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,

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm sau khi sử dụng đến khả năng cải tạo đất trồng chè .... Phân bón nhả chậm là dạng phân có khả năng lưu giữ và cung

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

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

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

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đoàn Thị Bích Hòa

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 cho tôi kiến thức nền tảng trong suốt thời gian học tập và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

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

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

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến đề tài “Nghiên cứu ứng dụng một số vật liệu tiên tiến, thân thiện môi trường trong canh tác nông, lâm nghiệp vùng Tây Bắc”- Đề tài KHCN thuộc Chương trình Tây Bắc mã số KNCN-TB.08C/13-18 đã cung cấp cho tôi 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 công luận văn này

Luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ phía hội đồng báo cáo, giáo viên phản biện

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

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) trong 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 trong nông 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 33

2.2 Hóa chất, dụng cụ và vật liệu nghiên cứu 33

2.2.2 Vật liệu 33

2.3 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 NPK nhả chậm 37

2.4.1 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 sử dụng polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm 42

3.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm sau khi sử dụng đến khả năng cải tạo đất trồng chè 43

3.2.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến sự thay đổi độ ẩm của đất 43

3.2.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp của đất 46

3.2.3 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

3.3.2 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC

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

Bảng 2.1 Công thức và tỷ lệ sử dụng Polyme giữ ẩm và Phân nhả chậm NPK 36

Bảng 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý của đất trước khi sử dụng vật liệu tại các công thức 42

Bảng 3.2 Độ ẩm đất tại các công thức sử dụng vật liệu được theo dõi trong PTN 44

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ ẩm đất trên đất trồng chè 45

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp của đất 47

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ của đất 48

Bảng 3.6 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 12/2016 50

Bảng 3.7 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 01/2017 51

Bảng 3.8 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 02/2017 52

Bảng 3.9 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 03/2017 53

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

Bảng 3.11 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 05/2017 54

Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả xử lý số liệu thống kê đối với chi tiêu khối lượng búp và mật độ búp chè 58

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của AMS-1 và phân nhả chậm đến năng suất của cây chè 61

Bảng 3.14 Hiệu quả kinh tế thu được của các công thức thí nghiệm 62

Hình 1.1 Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 và 6 tháng đầu năm 2017 5

Hình 1.2 Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước 12

Hình 1.3 Quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm 17

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 cây trồng (c) 25

Hình 1.5 Hình ảnh polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm thành phẩm, ứng dụng trong nông nghiệp được chế tạo tại Viện Hóa học- Viện hàn lâm KH và CN Việt Nam 32

Hình 2.1 Ảnh mô hình thí nghiệm cho cây chè tại Phú Hộ-Phú Thọ 37

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

Hình 3.1 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ ẩm đất 45

Hình 3.2 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp đất 47

Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ của đất 49

Hình 3.4 Biểu đồ kết quả hàm lượng Nitơ tổng so với công thức CT0-ĐC1 56

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

Hình 3.6 Biểu đồ kết quả hàm lượng K2O dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1 57

Hình 3.7 Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến mật độ búp 60

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

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, cùng với diễn biến của quá trình biến đổi khí hậu, các điều kiện canh tác nông nghiệp ngày càng gặp nhiều khó khăn do đất đai ngày càng bị thoái hóa, thiên tai, dịch bệnh, cũng như các yếu tố ngoại cảnh khác tác động mạnh mẽ đến cây trồng làm cho năng suất, chất lượng hàng hóa nông nghiệp giảm Nước và phân bón là hai yếu tố vô cùng quan trọng quyết định đến năng suất, chất lượng nông sản và độ phì nhiêu của đất Bởi vậy, từ lâu con người đã chú ý đến việc tưới tiêu và bón phân cho cây trồng

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 ra ngoài môi trường còn nhiều Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gây 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 cao hiệu quả kinh tế và hạn chế ô nhiễm môi trường góp phần phát triển nền nông nghiệp xanh, gần đây trên thế giới có xu hướng nghiên cứu và ứng dụng phân bón nhả chậm Phân bón nhả chậm là dạng phân có khả năng lưu giữ và cung cấp dinh dưỡng cho cây trong thời gian dài, làm giảm thiểu khả năng thất thoát dinh dưỡng

do rửa trôi hoặc bốc hơi, góp phần tiết kiệm lượng phân sử dụng và hạn chế ô nhiễm môi trường Polyme siêu hấp thụ nước (hay còn gọi là polyme giữ ẩm) là loại polyme có khả năng giữ một lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khối lượng của nó

và là chất đa điện ly tổng hợp có tác dụng làm bền và gia cố cấu trúc đất, tạo nguồn nước giữ trự trong đất để cây trồng hấp thụ Việc sử dụng loại polyme này cho nông nghiệp sẽ làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đó kéo 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 và Phú Thọ nói riêng có đặc điểm nóng ẩm vào vụ Hè Thu và hanh khô vào vụ Đông Xuân, điều này làm cho việc canh tác cây chè chủ yếu chỉ diễn ra vào các tháng Hè Thu là chủ yếu Đất trồng chè ở Phú Hộ chủ yếu là đất đồi thấp, chua và nghèo dinh dưỡng Đồng thời xói mòn, rửa trôi do gặp những trận mưa lớn là mối đe dọa thường xuyên đối với đất đồi dốc và vùng nhiệt đới ẩm gây nên sự mất dinh dưỡng

và độ phì nhiêu của lớp đất mặt, dẫn đến sự axít hóa trong đất làm cho đất bạc màu, khô cằn, thời gian canh tác và sử dụng đất cũng bị rút ngắn Để giảm những tác động đó cải tạo và phục hồi đất sau quá trình canh tác là vô cùng cần thiết

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn đó, em đã chọn đề tài “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” Việc sử dụng hai loại vật

liệu này có tác dụng giữ ẩm, giữ chất dinh dưỡng cho cây trồng, tăng độ phì nhiêu cho đất, đặc biệt khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế thì sử dụng nước và phân bón hiệu 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 nhả chậm tối ưu

+ Đánh giá được khả năng cải tạo đất trồng chè sau khi sử dụng kết hợp vật liệu 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 NPK

nhả chậm được thiết kế với các công thức sử dụng tỷ lệ vật liệu khác nhau

- Nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến các tính chất hóa lý, độ phì nhiêu của đất trồng chè

- Đánh giá khả năng tiết kiệm phân bón NPK nhả chậm so với phân thông thường thông qua năng suất và hiệu quả kinh tế của cây chè

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Các kết quả thu được góp phần hoàn thiện qui trình kỹ thuật sử dụng polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm hợp lý cho cây chè từ đó khắc phục 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 canh tác nông nghiệp, góp phần cải tạo đất trồng chè ở Phú Hộ nói riêng và các khu vực đất 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 miền

Bắc có 4 mùa rõ rệt

Phú Hộ là 1 xã của thị xã Phú Thọ Xã

có tổng số diện tích theo km2 16,3 km², tổng số dân vào năm 2003 là 99.383 người, mật độ dân số tương ứng 637 người/km² Phú Hộ có Viện nghiên cứu Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc, có Viện nghiên cứu cây ăn quả

Khu vực nghiên cứu có địa hình kiểu đồi bát úp trung du miền núi, có độ dốc trung 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 phát triển trên phiến thạch mica, tầng đất mịn khá sâu 1-3m Thành phần cơ giới thị nặng, xuống sâu là đất sét; (2) Đất feralit phát triển trên đá Granit, phiến thạch fecmantit

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 sét nặng

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 suất của 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 mùa

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 đa dạng

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

Hình 1.1 Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 và 6 tháng đầu năm 2017 Chú thích: Mưa (mm), số giờ nắng (kW/h/m 2 ), độ bốc hơi (mm), nhiệt độ (T o )

1.2 Đặc điểm của cây chè

Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà lá và chồi 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, chè được 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 1 trong những cây trồng được quan tâm và phát triển mạnh đặc biệt là ở vùng trung

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 đốt

- 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 sinh

thực 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 mầm dinh dưỡng gồm có tôm và hai hoặc ba lá non Kích thước của búp thay đổi tùy thuộc 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 liệu khởi đầu cho quá trình chế biến, do vậy số lượng búp, năng xuất búp là mối quan tâm của người thu hái , còn chất lượng nguyên liệu, phẩm cấp búp và tiêu chuẩn búp 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 cây chè mỗi một búp sinh ra từ 1 nách lá, do vậy nhiều lá mới có nhiều búp, năng xuất

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]

a Ánh sáng

Cây chè là một cây rừng mọc trong những điều kiện ẩm ướt, râm mát của vùng khí hậu cận nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á Về nhu cầu ánh sáng, cây chè là cây trung tính trong giai đoạn cây con, lớn lên ưa sáng hoàn toàn Dưới bóng râm, là chè xanh đậm, lóng dài, búp non lâu, hàm lượng nước cao nhưng búp thưa, sản lượng thấp vì quang hợp yếu Ánh sáng tán xạ ở vùng núi cao có tác dụng tốt đến phẩm chất chè hơn ánh sáng trực xạ Sương mù nhiều, ẩm ướt, nhiệt độ thấp, biên

độ nhiệt ngày đêm lớn ở vùng đồi núi cao là điều kiện để sản xuất chè có chất lượng cao trên thế giới

b Nhiệt độ

Nhiệt độ không khí thuận lợi cho sinh trưởng của chè là 22-280C; búp chè sinh

400C chè bị khô xém nắng lá non

c Nước

Nước giữ vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và công nghệ chế biến Nước là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh, là nguyên tố quan trọng để đảm bảo các hoạt động sinh lý của cây chè Về nông nghiệp, nước quyết định sản lượng và chất lượng của chè; trong công nghiệp, nước là thành phần biến đổi nhiều trong các công đoạn héo, vò, lên men, sấy khô

Hàm lượng nước trong chè biến động theo từng bộ phận, giống chè, biện pháp

kỹ thuật và khí hậu thời tiết trong năm Nói chung, các tổ chức non có nhiều nước 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 thế giới

là 1.500-2.000mm Độ ẩm tương đối không khí từ 80-85% có lợi cho sinh trưởng 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 gia vào sự hình thành các axitamin và protein Bón đủ đạm lá chè có màu xanh, quang hợp 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 với không 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 vai trò quan trọng trong việc tích luỹ năng lượng cho cây, có tác dụng thúc đẩy sự phát triển của cây chè, nâng cao chất lượng chè, làm tăng khả năng chống rét, chống hạn cho chè Thiếu lân lá chè xanh thẫm, có vết nâu 2 bên gân chính, búp nhỏ, năng suất thấp

c Kali

Kali có trong tất cả các bộ phận của cây chè nhất là thân, cành và các bộ phận đang sinh trưởng Kali tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cây làm tăng khả năng hoạt động của các men, làm tăng sự tích luỹ gluxit và axitamin, tăng khả năng giữ 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 thể hiện rõ nét ở các đồi chè nhiều tuổi chuyên bón các loại đa lượng lâu năm Phân vi lượng 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 đất được hình thành do sự bồi lắng phù sa sông, biển và gió[4] Đất có bản chất cơ bản 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: sinh học, 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 năng lượng từ đất làm đất lạnh đi

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

Đất được hình thành qua 2 quá trình: đại tuần hoàn địa chất và tiểu tuần hoàn 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 đại dương hình thành trầm tích Trải qua thời kỳ địa chất, do các chấn động, đá trầm tích được trồi lên rồi lại chịu phong hóa Thực chất của vòng tiểu tuần hoàn sinh học chính là quá trình hình thành đất, thực hiện do hoạt động sống của động vật, thực vật và vi sinh vật Trong vòng tuần hoàn này sinh vật đã hấp thu năng 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, sản phẩm của quá trình phân hủy là nguồn thức ăn cho sinh vật ở thế hệ sau Hai quá trình này không thể tách rời nhau: vì nếu không có đại tuần hoàn địa chất thì không có muối khoáng và môi trường tơi xốp cho tiểu tuần hoàn sinh học phát triển và ngược lại Nếu không

có vòng tiểu tuần hoàn sinh học thì không tích lũy chất hữu cơ, không hình thành mùn mà mùn là yếu tố quyết định độ phì nhiêu của đất [5]

Phân loại đất ở Việt Nam (Hội Khoa học đất Việt Nam, 2000): đất cát, đất mặn, 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

lũ quét gây nên sự mất độ phì nhiêu của lớp đất mặt, dẫn đến sự axít hóa trong đất Đất thuộc loại đất chua pH của đất khoảng 4, trong khi cây chè thích hợp với đất hơi chua pH từ 4,5-5,5 Để tăng năng suất cho cây chè người dân cũng đã dùng các biện pháp cải tạo bổ sung dinh dưỡng cho đất Tuy nhiên nếu đất dốc lại bón loại phân lân tan nhanh sau 48 giờ gặp nước phân tan hết thì cây chè chưa kịp hấp thụ

chè bị vàng lá phát triển kém Tùy vào từng vùng đất mà bón các loại phân hóa học như phân đạm urê, các loại phân NPK tuy nhiên nếu không sử dụng đúng và đủ thì ngoài làm cho đất chua, không bổ sung được các chất trung và vi lượng còn làm cho

đất ngày càng chai cứng

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 cấu trúc 3 chiều, có khả năng trương, hấp thụ và giữ một lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khối lượng của chính nó, ngoài ra còn có tác dụng làm bền và gia cố cấu trúc

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 tạo lưới 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 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 Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăng khả năng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống sót của cây cũng như kéo dài thời hạn sử dụng của cây cảnh trong chậu, bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cải thiện khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng do rửa trôi [7] Đặc biệt việc sử dụng nước hiệu quả ngày càng trở nên quan trọng khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế

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

Độ ẩm của đất có vai trò rất quan trọng đối với đời sống cây trồng, nhất là đối với cây chè là loại cây ăn lá nên nhu cầu nước là rất lớn Ở những vùng khí hậu nóng vào mùa khô có sự bốc hơi và thoát hơi nước cao, nhu cầu nước cho cây chè ngày càng cao Độ ẩm ảnh hưởng đến chuyển hoá dinh dưỡng khoáng và phân huỷ chất hữu cơ trong đất và là điều kiện để sinh vật đất sinh trưởng, phát triển.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 một 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 hạn hán Polyme này cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất cát và làm chậm thời điểm cây 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 đưa vào môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung môi, đó là sự hydrat hoá

do các nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước phân cực và liên kết hydro giữa các phân tử nước (tương tác tĩnh điện) Các hiệu ứng này làm giảm năng 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), quá trình này cũng làm tăng entropy Nhờ sự có mặt của chất tạo lưới tạo thành mạng lưới 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 so với 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, các mạch được trung hoà chứa các điện tích cùng 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 tiếp xúc với nước, các ion Na+ bị hydrat hoá làm giảm lực hút của chúng đối với các nhóm -COO- (do hằng số điện môi của nước cao) Quá trình 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 dời khỏi gel do chúng vẫn bị hút

yếu với các nhóm -COO- dọc theo mạch chính polyme và giống như là bị giữ lại bởi một màng bán thấm Do đó, động lực của quá trình trương là chênh lệch áp suất thẩm thấu bên trong và bên ngoài gel Qúa trình hút giữ nước của polyme giống như một miếng xốp trắng hút nước Khi polyme được bón vào đất ngay khi gặp nước trở thành một khối gel trong suốt, nó sẽ hút nước và trương nở gấp 400 lần, sau đó nhả dần để cung cấp độ ẩm cho cây trong thời gian không có mưa hoặc thiếu 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 được tưới [8]

Việc sử dụng hydrogel làm tăng hiệu quả sử dụng nước do nước thấm qua 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 bị héo Nhờ làm 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 cũng làm 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 thu dinh 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 cây trồng mà còn giảm thiểu rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngăn ngừa ô nhiễm nguồn 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 khả năng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống sót của cây cũng như kéo 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 hay tăng khối lượng trung bình của thân, rễ và chiều cao măng Pinus

patula tới hơn 800 % [11] 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 polyme 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 phát 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 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 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 đặc điểm trao đổi chất, hoạt tính các enzyme trong thực vật Thực nghiệm 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 Kết quả cho thấy hàm lượng nước tương đối trong lá ở cây yến mạch có sử dụng polyme siêu hấp thụ nước thì cao hơn nhiều Mặc dù polyme ít có ảnh hưởng tới sự tích luỹ sinh khối trong điều kiện tưới đủ và trung bình nhưng nó vẫn làm tăng sinh khối 52,7% trong điều kiện tưới thiếu [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 tiếp xúc của chúng với môi trường là không thể tránh khỏi Thử nghiệm độc tính sinh thái cho thấy không có bằng chứng về ảnh hưởng có hại của các polyme này đối với 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 cũng chứng tỏ rằng các polyme này rất khó phân huỷ

Gần đây, người ta đã phát hiện ra rằng nấm que trắng có khả năng phân huỷ các polyme siêu hấp thụ nước Nấm que trắng là một sinh vật tồn tại khắp nơi có khả năng phân huỷ nhiều loại dị sinh vật khó phân huỷ nhất Trọng lượng phân tử cao và được tạo lưới là các tính chất khiến cho các polyme siêu hấp thụ nước 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 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 nấm nhưng quá trình hoà tan và khoáng hoá của copolyme nhanh hơn là polyacrylat Vi khuẩn đất hoà tan polyme kém hơn và không có khả năng khoáng hoá polyme nguyên vẹn Tuy nhiên, vi khuẩn đất kết hợp với nấm trong quá trình phân huỷ polyme trong đất, nấm hoà tan polyme và vi khuẩn đất 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 [8],[13]

Polyme siêu hấp thụ nước trên cơ sở tinh bột ghép polyacrylonitrin và các hợp phần khử trùng hợp bằng axit không chứa tinh bột của nó cũng có khả năng phân huỷ bởi một chủng vi khuẩn hình que trực khuẩn cầu dương tính Gram thường gặp trong tự nhiên được phân lập tại chỗ có nội bào tử ở vị trí trung tâm Điều này được chứng minh bởi khả năng phát triển của chủng trong môi trường chứa polyme siêu hấp thụ nước và các hợp phần của nó như một nguồn cacbon hay nitơ duy nhất Mạch nhánh polyacrylonitrin thu được sau khi khử trùng hợp polyme siêu hấp thụ nước bằng axit được sử dụng bởi chủng phân lập được như một nguồn nitơ duy nhất Các phép đo trọng lượng đối với polyme siêu hấp thụ nước trên cơ sở polyacrylonitrin và polyacrylonitrin cho thấy polyme siêu hấp thụ nước 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 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 được những yêu cầu đặt ra, đó chính là phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer -SRFs) và phân bón nhả có kiểm soát (Controlled Release Fertilizer-CRFs) [14]

Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứa dinh dưỡng cho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn cho cây hấp thu và sử dụng sau 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 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 thương mại thường 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 nhả chậm trong đất như sau:một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinh dưỡng hoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới những điều kiện nhất 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 và nhiều yếu

tố khác Trên thực tế, hầu hết các nỗ lực nhằm đưa ra cơ chế của quá trình nhả chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm đều dựa trên việc thừa nhận rằng sự nhả dinh dưỡng được kiểm soát bởi tốc độ thấm nước và hơi vào phần lõi 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

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 chuyển thành dạng hydrogels, làm tăng kích thước các lỗ trống của màng phủ, hình thành một lớp nước giữa lớp phủ trương và phần lõi, tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phần lõi

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

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

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

Cơ chế khuếch tán này giải thích một cách hiệu quả bản chất quá trình nhả chất dinh dưỡng từ phân bọc nhả chậm Để dự đoán quá trình nhả chậm bằng các 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, nhiệt độ có thể chế tạo được loại phân bón nhả chậm có tốc độ nhả dinh dưỡng phù hợp 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 thuộc chính vào cơ chế khuếch tán, với việc chấp nhận bỏ qua yếu tố nhiệt độ, chiều dày lớp 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 kết

dính chặt vào đất và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón [17] Việc sử dụng phân bón nhả chậm có thể giảm từ 20-30% (hoặc lớn hơn) lượng phân bón so với phân bón thông thường mà vẫn cho năng suất như nhau Các chất dinh dưỡng được cung 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 và đúng cách Đồng thời giúp rễ cây phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề kháng của cây

- Phân bón nhả chậm giúp cải thiện sự hấp thu các chất dinh dưỡng của thực 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 cây trồng từ hạt) Không gây chết cây do sốc dinh 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 như cháy lá, ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng phú dưỡng Ngoài ra phân bón nhả chậm còn cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảy mầm của cây [18]

- Giảm số lần bón phân trong một vụ, chỉ cần bón 1 lần duy nhất cho cả vụ nên 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 phân bón tiên tiến và sáng tạo, hệ thống canh tác công nghệ cao Trong sản xuất rau chuyên 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, an toàn của rau quả và nông sản [19]

- Giảm độ pH trong đất có môi trường kiềm Sử dụng phân bón ure bọc lưu huỳnh làm tăng độ axit vì cả lưu huỳnh và ure đều góp phần làm đất chua (pH đất

có tính kiềm bị giảm) [20] Tuy nhiên, quá trình axit hóa có thể có lợi cho sự hấp thu phốt pho và sắt (Fe) Ngoài ra, lưu huỳnh là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất 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 ngày càng tăng dẫn đến việc sử dụng phân bón hóa học ngày càng lớn Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng phân bón của cây trồng hiện nay là rất thấp Trung bình có khoảng 50-60% phân đạm, lân, kali khi bón vào đất sẽ không được cây trồng sử dụng mà thải ra ngoài môi trường Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gây hiệu 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 được nhiều 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, theo các công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt Một phần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí Sự thất thoát nitơ ra

ngoài không khí là nguyên nhân chính làm giàu lượng nitơ trong bầu khí quyển Tại nhiều khu vực trên thế giới, nitơ và cả photpho xảy ra tình trạng tích tụ thành một lượng quá lớn cho phép gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, sức khỏe và hệ sinh thái Khi lượng phân bón dư thừa đi vào nguồn nước mặt đã làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng trong nước và gây ra hiện tượng phú dưỡng và tảo nở hoa gây hại Mặt khác, khi tảo và thực vật bậc thấp bị chết, xác của chúng bị phân hủy yếm khí, 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 dụng của

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 ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật Trong đường ruột, các nitrat bị khử thành nitrit, các nitrit được tạo ra được hấp thụ vào máu kết hợp với hemoglobin làm khả năng chuyên chở oxy của máu bị giảm Nitrit còn là nguyên nhân 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 đối lớn, đặc biệt là khi sử dụng chúng trong môi trường đất có tính kiềm Sự giải phóng amoniac khi sử dụng phân bón có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong hệ sinh thái, là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật Một lượng NH3 có thể bị oxi hóa và được chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từ nguồn khí thải công nghiệp) tạo thành mưa axit Mưa axit là nguyên nhân phá hủy mùa màng hoặc axit hóa các hồ chứa nước, gây ra tình trạng ngộ độc nhôm trong cá và thực vật Hiện nay, sự biến đổi khí hậu, thời tiết khắc nhiệt cũng là nguyên nhân chủ yếu gây thất thoát phân bón Ngoài việc phân bón bị mất mát do nước mưa dư chảy tràn thì hiện tượng lũ lụt, làm xói mòn đất, phá vỡ cấu trúc của đất làm tăng nhanh lượng phân bón bị rửa trôi Sự nóng dần lên của trái đất đã làm tăng tốc độ hoà 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 môi trường, đặc biệt là nguồn nước ngầm, gây mưa axit, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà 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 trong đất

Ví dụ khi thất thoát (NH4)2SO4 sẽ làm dư thừa ion SO42- làm đất bị chua, pH của đất 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 thất thoát

sẽ làm tăng hàm lượng kim loại nặng như Cu, Zn, Mn trong đất làm cho thực vật sinh trưởng trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ tích lũy kim loại nặng trong 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 dụng nhiều 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 Nam năm 2014 khoảng 11 triệu tấn phân bón các loại, nếu hiệu suất sử dụng các loại phân bón trung bình khoảng 45-50%, thì mỗi năm ngành nông nghiệp đã lãng phí khoảng 40-44 nghìn tỷ đồng Việc thất thoát phân bón là nguyên nhân chính làm tăng chi phí đầu vào cho sản xuất nông nghiệp Ở Việt nam, ước tính chi phí cho phân bón và thuốc bảo vệ thực vật chiếm khoảng 50% giá thành sản xuất lúa hiện nay [14]

1.5 Tình hình nghiên cứu polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm ở Việt Nam 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 điển hình như sau:

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

Vật liệu siêu hấp thụ nước Gam-sort, một loại polyme hay gel siêu hấp thụ nước (SAP) được chế tạo từ tinh bột sắn và một số phương pháp khác bằng phương pháp chiếu xạ do Trung tâm Vinagamma TP.Hồ Chí Minh nghiên cứu và chế 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 phân bằng enzym hay chôn trong đất cho thấy khả năng ứng dụng an toàn trong nông nghiệp, giá thành rẻ hơn so với sản phẩm nhập ngoại cùng loại khoảng 30 lần GAM-sort tiết kiệm nước tưới, phân bón và có thể ứng phó với biến đổi khí hậu

- 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 ngày mới phân hủy cấu trúc Bã vật liệu sau khi phân hủy không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng của đất, do Viện Công nghệ hóa học nghiên cứu và ứng dụng thành công [10]

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

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

trong nông nghiệp như: Đề tài: KC.02.10: “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme siêu hấp thụ nước” thuộc Chương trình Khoa học Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước, mã số KC02.10 (nghiệm thu 2003) và dự án Cấp nhà nước,mã số KC02.DA01/06-10 “Hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu polyme siêu hấp thụ nước và ứng dụng chúng để giữ ẩm và cải tạo đất” (nghiệm thu 2008) Kết thúc hai nhiệm vụ này, nhóm nghiên cứu đã làm chủ hoàn toàn dây chuyền công nghệ sản xuất 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 muối sinh 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 giữ nước từ quá trình đồng trùng hợp ghép acide acrylic với tinh bột đã được biến tính AMS-1

là một polymer siêu thấm, có khả năng trương nở và giữ nước cho cây trồng 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 có tác 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 nhiều nước 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 nên không gây hại môi trường Hiện nay, sản phẩm AMS-1 đang được ứng dụng và triển 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, Ninh Thuận, Quảng Trị Kết quả cho thấy đã làm tăng khả năng giữ ẩm cho đất trồng cà phê 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 nền gồm 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 hút nước cao 300-600 lần, có thể giữ được 3 tháng-2 năm mới phân hủy cấu trúc Bã vật liệu sau khi phân hủy không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng của đất Lợi ích kinh tế mà Polyme giữ ẩm đã, đang và sẽ mang lại cho nông nghiệp Việt nam là rất lớn Nó giúp cho người sản xuất tiết kiệm cả thời gian và công sức chăm sóc cây trồng mà hiệu quả kinh tế vẫn cao Như vậy chất giữ ẩm mở ra một giải pháp làm ổn định việc cung cấp nước cho cây Mục tiêu đầu tiên và quan trọng nhất của Polyme giữ ẩm hiện nay đối với ngành trồng trọt ở Việt Nam là chống hạn hán, cải tạo và ổn định dinh dưỡng cho đất nuôi cây Do vậy chế tạo thành công chất siêu hấp thụ nước (Polyme giữ ẩm) là một giải pháp chiến lược của ngành 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 năng thấm, tăng kích thước đoàn lạp đất, giảm dung trọng đất, tăng khả năng giữ nước, cải thiện khả năng sống sót của cây trồng chịu hạn, cải thiện khả năng thu hồi dinh dưỡng và tăng sinh khối cho cây trồng

- Iran là vùng đất khô, các hệ thống sản xuất mùa màng đều phải thích nghi 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 và polyme 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 hợp của 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 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 hấp thụ nước [10]

- Woodhouse và Johnson “Effect of superabsorbent polymers on survival and

growth 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 khí giúp tăng tỷ lệ nảy mầm nhờ tăng lượng nước sẵn có Sản phẩm polyme siêu hấp thụ nước với sức căng liên kết với nước trong khoảng hiệu lực cho cây trồng có khả năng tăng độ ẩm xung quanh hạt nảy mầm Đưa polyme vào đất cát giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng nảy mầm của lúa mì, cỏ ba lá trắng và xà lách Khả năng nảy mầm của mẫu đối chứng chỉ đạt 10% trong khi các mẫu có bổ sung polyme 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 stress condition”, 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 và polyme 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 sự hấp thu dinh dưỡng, dung tích trao đổi cation (CEC) và cung cấp ẩm cho đất Sự hấp 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 hấp thụ 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 cây trồng (c)

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

 Ở Việt Nam

Hiện nay ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu và chế tạo thành công phân bón NPK nhả chậm và ứng dụng vào trong sản xuất nông nghiệp Một số kết quả điển hình như sau:

- Năm 2002, Trần Khắc Chương và Mai Hữu Khiêm (ĐH Bách Khoa TpHCM) điều chế phân ure-zeolite Phân nhả chậm ure-zeolite đã được thử nghiệm hai vụ lúa tại trại thực nghiệm lúa Long Phú(Sóc Trăng) đã cho kết quả tốt, tiết kiệm 30% lượng phân bón và thời gian tác dụng kéo dài 50 ngày Đối với cây dưa hấu, đậu phộng tại Củ Chi (TpHCM) cho thấy qua 2 đợt thử nghiệm phân ure-vi lượng zeolite đã tăng năng suất hạt lên 9% [17] Đến nay, hai nhà khoa học này đã hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết bị sản xuất viên ure-zeolite

- Năm 2004-2005, PGS.TS Nguyễn Cửu Khoa – Phòng Vật Liệu Hóa Dược – Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng thông qua đề tài nghiên cứu cấp cơ sở của Viện

đã tổng hợp thành công phân nhả chậm ở quy mô nhỏ phòng thí nghiệm nhằm kéo dài thời gian nhả chậm của phân ure, đặc biệt trong môi trường nước Vật liệu ure nhả chậm (USR) này được điều chế dựa trên phản ứng tạo ure – formaldehit từ ure

và formalin Loại phân này khi bón vào đất sẽ phân giải chậm cấu trúc của vật liệu

và sinh ra ure trong suốt quá trình phân giải Năm 2007-2008, bắt đầu thử nghiệm bón phân ure nhả chậm USR cho lúa tại ấp Thanh Phong, xã Tân Long Hội, Măng

Nitơ, năng suất lúa dùng phân USR cao hơn từ 6,37-9,66% so với đối chứng bón phân ure thông thường Kết quả thử nghiệm trên cây cải bẹ xanh tại vườn thực nghiệm Linh Xuân, Thủ Đức, Tp.HCM cho thấy mặc dù giảm 50% lượng phân ure nhưng các chỉ số cảm quan (màu sắc, lá cây), số lá cải, chiều cao của cây và năng suất hầu như không chênh lệch so với bón phân ure thông thường Năm 2009-2010, nhóm nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ chế tạo loại phân ure nhả chậm và

mở rộng thí nghiệm bón phân nhả chậm trên nhiều loại cây (lúa, cam, thanh long) ở nhiều vùng đất khác nhau [17],[19]

- Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công phân bón nhả chậm: Dạng viên tròn, đường kính 7-8mm,

vỏ bọc ngoài bằng polyme (polyurethane), chiều dày vỏ bọc 70µm, thời gian nhả 9 tháng Hiện nay loại phân bón nhả chậm này được ứng dụng triển khai ở nhiều vùng đất trong nước như Tây Nguyên, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Nghệ An hiệu quả cao năng suất cây trồng tăng đáng kể [20]

- Bùi Thanh Hương và cộng sự đã nghiên cứu khả năng nhả chậm chất khoáng N-P-K trong phân hữu cơ khoáng trên nền tinh than bùn: Kết quả bước đầu cho thấy than bùn đã làm giảm tốc độ rửa trôi các khoáng N, P, K và kéo dài thời gian nhả khoáng Nhóm nghiên cứu đề tài này đã chế tạo thành công 2 loại polyme nhiệt dẻo

là polyacrylamit và polyvinyl axetat có khả năng sử dụng làm vật liệu tạo màng bọc cho phân bón [18]

- Năm 2015, Nguyễn Thanh Tùng: Chế tạo thành công các dạng phân bón nhả chậm, sử dụng phân bón nhả chậm có thể kích thích sự phát triển của cây dưa chuột, làm tăng khối lượng khô của xà lách, củ cải và một số loại rau khác

- Dự án 3PAD Tại tỉnh Bắc Kạn áp dụng phân nén NK bón dúi cho lúa: tiết kiệm được 30-35% lượng đạm so với cách bón vãi thông thường Chỉ bón dúi 1 lần cho cả vụ, hạn chế tối đa cỏ dại và sâu bệnh, tiết kiệm được công lao động, chi phí cũng như giảm được tác hại đối với môi trường, giúp tăng năng suất lúa từ 10-20% Dự án còn cho thấy, thâm canh lúa, sản xuất cây công nghiệp bằng phân nhả chậm rất phù hợp với tỉnh miền núi do phải canh tác trên địa hình độ dốc lớn, ruộng bậc thang thường xuyên hứng chịu lũ quét, xói mòn rửa trôi, đất lại nghèo dinh dưỡng

- Tạp chí Khoa học và Công Nghệ, tập 43, số 4, 2005 nhóm tác giả Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự đã công bố nghiên cứu ảnh hưởng của polymer siêu hấp thụ nước (polyacrylic acid, PAA) tới khả năng lưu giữ phân bón trong môi trường

đất Kết quả cho thấy PAA cũng có khả năng lưu giữ một số nguyên tố đa lượng N,

K và nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn

Cho đến nay, các chất giữ ẩm đã được triển khai ứng dụng và thử nghiệm trên các tỉnh bao gồm: Gia Lai, Bình Phước, Đồng Nai, Ninh Thuận, Bình Thuận, Trà Vinh… Kết quả cho thấy khi sử dụng chất giữ ẩm CH có thể giảm được 30-50% lượng nước tưới cây trồng, giảm chi phí chăm sóc cây trồng và góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế cho nông nghiệp cụ thể đối với các loại cây bắp, bông, mía góp phần làm tăng lợi nhuận từ 3 – 20 triệu đồng/1ha, đối với các loại cây cà phê, xoài, quýt, mít

 Trên thế giới

Có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới về các loại phân nhả chậm: [16],[24]

 Phân nhả chậm không vỏ bọc trên cơ sở Ure-fomanldehyde (UF)

Phân nhả chậm UF đại diện cho một trong những công nghệ sản xuất phân phóng thích đạm có kiểm soát, được giới thiệu lần đầu vào năm 1936 và được thương mại hóa vào năm 1955 Các đặc tính nông học và cơ chế phóng thích dưỡng chất của phân bón UF: Sự chuyển đổi trở ra thành chất đạm sẵn có cho cây trồng từ sản phẩm UF là một tiến trình bao gồm nhiều bước, trước tiên là sự hòa tan, và sau

đó là quá trình phân giải bởi vi sinh vật Một khi đã vào trong dung dịch đất, UF được chuyển ra thành đạm có sẵn cho cây trồng qua cả hai quá trình: phân giải bởi

vi sinh vật hay thủy phân Sự phân giải do vi sinh vật là cơ chế chính yếu của sự phóng thích N Các yếu tố môi trường nhiệt độ, độ ẩm, pH và sự hiếu khí của đất tác động đến hoạt động của vi sinh vật và đến mức độ phóng thích N

 Phân bón tan chậm có vỏ bọc :

+ Phân bọc lưu huỳnh:

Công nghệ sản xuất phân bọc lưu huỳnh ( Sulfur-coated-SCU ) được phát triển trong thập niên 1960 và 1970 bởi Trung Tâm Phát Triển Phân Bón Quốc Gia (Mỹ) Lưu huỳnh được chọn là vật liệu vỏ bọc chính vì nó có giá rẻ và có giá trị như một chất dinh dưỡng cấp 2 (trung ương)

Phân bọc lưu huỳnh (SCU) đơn giản là các hạt ure được bọc một lớp lưu huỳnh, và thường là thêm một chất trám kín SCU thường có màu nâu hoặc vàng hay màu trắng, tùy vào nguồn ure và loại chất trám kín được sử dụng Chất trám kín mềm được dùng như là một lớp bọc thứ hai trên lớp bọc lưu huỳnh để điền đầy vào các khe nứt nhỏ của lớp vỏ bọc S để giúp duy trì lớp lưu huỳnh bị bể khi chuyên chở, bốc xếp Hàm lượng N toàn phần của SCu thay đổi theo số lượng chất bọc Nhiều loại thay đổi trong khoảng 30-40% N

+ Phân được bao bọc bởi lớp màng polymer ( polyolefins, polyurethanes, resins, polyethylene, polyesters, nhựa alkyd ) và phân được bao bọc bởi lớp màng sulfur Sử dụng tác nhân gây ức chế men urease và tác nhân ức chế quá trình nitrat hóa: NBTPT: N-(n-butyl)thiophosphoric triamide; DCD (dicyandiamide); dầu Neem để làm chậm sự phân giải ure do Vi sinh vật Nitrosomonas, Nitrobacter [15]

- Goertz Harvey đã nghiên cứu và sản xuất thành công phân NPK nhả chậm từ hỗn hợp dung dịch ure và formalđehit với chất nền khô từ nguồn P (supephotphat, apatit…) và K (KHCO3, K2CO3, K3PO4…) để tạo nên hỗn hợp đồng nhất NPK

- Shao và cộng sự đã trộn phân N, P, K với phân nguyên tố vi lượng và chất kết dính Na2SiO3 để tạo thành phân NPK nhả chậm có hiệu quả cao và giá thành thấp [24]

- Năm 2008, Tang và các cộng sự đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả của phân NPK được bọc bởi polymer lên cây tiêu: Kết quả cho thấy khi sử dụng loại phân này năng suất hạt tiêu tăng 8,5% so với phân bón thông thường Chất dinh dưỡng không bị rủa trôi, tăng khả năng cải tạo đất [25]

- Năm 2010, Zhao và cộng sự đã công bố trên tạp chí Journal of Polymer Research một loại phân NPK nhả chậm dựa trên tổng hợp một loaị polymer hữu cơ chứa hàm lượng cao của các nguyên tố N,P và K Kết quả thử nghiệm cho thấy 75% lượng phân NPK được nhả ra sau 30 ngày Năng suất cây trồng tăng cao, đất trở nên tơi xốp giàu dinh dưỡng [26]

- Zhan và cộng sự đã tổng hợp thành công polyme siêu hấp thụ nước đồng thời mang phân P nhả chậm Sản phẩm được điều chế từ phản ứng este hóa của PVA với

H3PO4 Sản phẩm thu được chứa 31,2% P2O5

Với những ưu điểm vượt trội so với phân bón tan nhanh, hiện nay trên thế giới, phân bón nhả chậm ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, trồng vườn đặc biệt đối với vùng đất trung du, đồi núi, cao nguyên, đất trống, đồi núi trọc, đất bạc màu, hải đảo nơi có khả năng xói mòn lớn [27] Phân bón nhả chậm không chỉ giúp tăng năng suất các loại cây công nghiệp dài ngày như chuối, chè, cao su, ca cao, cà phê, hồ tiêu, bông mà còn góp phần xây dựng một ngành nông nghiệp xanh, sạch và an toàn Các ứng dụng của phân bón NPK nhả chậm:

- Trong trồng rau, củ, quả: Mỹ và Canada là những 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 Những năm gần đây phân bón nhả chậm là một trong những loại phân bón tăng trưởng nhanh nhất ở Trung Quốc bởi sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc và sự cần thiết phải nâng cao hiệu quả phân bón, tăng năng suất cây trồng và giảm tác động của phân bón đến môi trường [14] Tại Nhật Bản phân bón nhả chậm được sử dụng trong nông nghiệp chủ yếu để trồng lúa, rau, cây ăn quả và chỉ có một phần nhỏ được sử dụng cho làm vườn, cây cảnh Tại Mỹ, Canada, Tây Âu, khoảng 90% phân bón nhả chậm được sử dụng cho mục đích phi nông nghiệp (sân golf, làm vườn, thảm cỏ chuyên nghiệp, cây cảnh), chỉ có khoảng 10% được sử dụng cho nông nghiệp, chủ yếu là rau, dưa hấu, dâu tây, cam, quýt và các loại trái cây khác [14] Những năm trở lại đây việc sử dụng phân nhả chậm trở nên phổ biến hơn, các cây trồng chính sử dụng là cây công nghiệp như dâu tây, rau, dưa hấu, cam quýt, các loại trái cây khác và gạo

- Trồng lúa và cây lương thực: Trên thế giới, khoảng 10% tổng lượng phân

bón N sử dụng là cho lúa Lúa là một trong số các loại cây lương thực chính có thể phát triển tốt dưới điều kiện lũ lụt Những cố gắng để tăng hiệu quả sử dụng N (NUE) của lúa dẫn đến sự phát triển một số phương pháp quản lí chất dinh dưỡng