ảnh hưởng của biochar đến hàm lượng lân hữu dụng trên đất phèn

Thành phần lân trong đất và Biochar được sử dụng trong thí nghiệm Phân bố nghiệm thức Một số tính chất hóa học của đất trước thí nghiệm.. Về mặt hóa học Biochar có tác dụng gia tăng CEC,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

LÂN HỮU DỤNG TRÊN ĐẤT PHÈN

Luận văn tốt nghiệp Ngành: KHOA HỌC ĐẤT

Cần Thơ - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

LÂN HỮU DỤNG TRÊN ĐẤT PHÈN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Ts NGUYỄN MINH ĐÔNG LÊ NGUYỄN NGỌC NGÂN

MSSV: 3113652 KHOA HỌC ĐẤT K37 – TT1172A1

Cần Thơ - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

_

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Chứng nhận luận văn tốt nghiệp với đề tài “Ảnh hưởng của Biochar đến hàm

lượng lân hữu dụng trên đất phèn” do sinh viên Lê Nguyễn Ngọc Ngân, lớp Khoa

học đất Khóa 37, Bộ Môn khoa học đất, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng,

Trường Đại Học thực hiện từ tháng 07/2013 đến tháng 11/2013

Ý kiến đánh giá của Cán bộ hướng dẫn:

Cần Thơ, ngày… tháng …năm 2014

Giáo viên hướng dẫn

Ts Nguyễn Minh Đông

ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

_

XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hội đồng chấm báo cáo luận văn tốt nghiệp chấp nhận đề tài “Ảnh hưởng của Biochar đến hàm lượng lân hữu dụng trên đất phèn” do sinh viên Lê Nguyễn

Ngọc Ngân, lớp Khoa học đất Khóa 37, Bộ Môn khoa học đất, Khoa Nông nghiệp

và Sinh học ứng dụng, Trường Đại Học thực hiện từ tháng 07/2013 đến tháng 11/2013

Ý kiến đánh giá của Hội đồng:

Luận văn tốt nghiệp được đánh giá ở mức: Kính trình Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thông qua

Cần thơ, ngày … tháng … năm 2014 Chủ tịch Hội đồng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Ảnh hưởng của Biochar đến hàm lượng lân hữu dụng trên đất phèn” là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu và kết quả trình

bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào nghiên cứu trước đây

Tác giả luận văn

Lê Nguyễn Ngọc Ngân

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc

Thầy cố vấn học tập lớp Khoa Học Đất Khóa 37-Ts Nguyễn Minh Đông đã hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

ThS Nguyễn Thị Kim Phượng đã tận tình hướng dẫn tôi trong việc nghiên cứu và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này

Trong thời gian học tập và r n luyện tại Trường Đại Học Cần Thơ, em đã được qu í thầy cô truyền đạt rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu Đây sẽ là vốn sống vô cùng quan trọng giúp đỡ em trong quá trình làm việc và công tác về sau

Xin chân thành cảm ơn

Xin cám ơn các anh chị học viên cao học, các bạn sinh viên thực hiện đề tài tại đây

đã nhiệt tình chỉ dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Thân gửi

Các anh, chị và các bạn trong nhóm đã luôn đồng hành cùng em trong suốt quá trình học tập tại trường Kính chúc tập thể lớp Khoa Học Đất K37 sức khỏe và thành công

Cuối cùng: cho phép tôi gửi lời cảm ơn……

Trân trọng kính chào!

TIỂU SỬ CÁ NHÂN

Phần I - LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ và tên: Lê Nguyễn Ngọc Ngân

Sinh ngày: 01/03/1992

Nguyên quán: Châu Thành- Hậu Giang

Họ và tên cha: Lê Hoàng Tư

Họ và tên mẹ: Nguyễn Thị Thu Vân

Phần II - QUÁ TRÌNH HỌC TẬP CỦA BẢN THÂN

Năm 1999 - 2003: học tại Trường Tiểu học Thị Trấn 3 Huyện Phụng Hiệp

Năm 2003 - 2007: học tại Trường Trung học cơ sở An Hòa 1 Tp Cần Thơ

Năm 2007 - 2010: học tại Trường Trung học phổ thông Bùi Hữu Nghĩa, Tp Cần Thơ

Năm 2011 - 2015: học tại Trường Đại học Cần Thơ, Chuyên ngành Khoa Học Đất

- Khoá 37 (2011 - 2015), Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ

Hệ đào tạo: Chính quy, Thời gian đào tạo: 2011-2015

Phần III - ĐỊA CHỈ LIÊN HỆ

121A Phường An Khánh, Quận Ninh Kiều, Thành phố Cần Thơ

Email: ngan113652@student.ctu.edu.vn, điện thoại: 0986.236903

Al và Fe Do đó, việc tận dụng các nguồn chất thải sinh học để sản xuất Biochar giúp cải tạo đất và nâng cao hiệu quả kinh tế canh tác trên đất phèn và nâng cao thu nhập cho nông dân Vì vậy, đề tài được thực hiện nhằm xác định hiệu quả của Biochar (một mình hay kết hợp lân bón) trong việc nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất phèn Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 7-2013 đến tháng 11-

2013 bố trí trong chậu tại phòng phân tích Bộ môn Khoa học Đất – Khoa NN & SHUD – Đại học Cần Thơ Thí nghiệm thừa số 2 nhân tố: 2 mức độ lân (không bón và bón 60 kg P2O5/ha) và 3 mức độ Biochar (không bón, bón Biochar trấu và bón Biochar củi) Mẫu ủ được phân tích mỗi 10 ngày, 20 ngày, 30 ngày, 45 ngày ,

60 ngày theo quy trình hedley Kết quả thí nghiệm cho thấy Biochar từ trấu hay củi đều có pH cao (9,5 và 10,1), nên sử dụng tốt cho cải tạo đất phèn, và Biochar

có xu hướng làm tăng pH đất (trước khi ủ 3,8, sau khi ủ 3,95) Động thái của lân hữu dụng ( H2O-P, NaHCO3-P) từ 10 ngày đến 45 ngày, hàm lượng H2O-P rất thấp không đáng kể, lượng lân dễ tiêu khi trích NaHCO3-Pi của các nghiệm thức bón Biochar trấu có xu hướng cao hơn các nghiệm thức khác (87,2-75,5-62,9-76,0 mgP2O5/kg) Kết thúc quá trình ủ hàm lượng lân dễ tiêu NaHCO3Pi có xu hướng tăng, NaHCO3Pi có xu hướng giảm Lượng lân khó tiêu khi trích NaOH-P và HCl-

P trong các nghiệm thức có bón Biochar có xu hướng giảm so với nghiệm thức đối chứng(100,1 mgP2O5/kg) Do đề tài thực hiện trong phòng thí nghiệm nên chưa đủ điều kiện thấy rõ ảnh hưởng của Biochar Cần tiến hành thí nghiệm trong dài hạn trên đất ph n trong điều kiện đồng ruộng có trồng cây để thấy được ảnh hưởng của Biochar trên đất ph n rõ ràng hơn

MỤC LỤC

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM TẠ iv

TIỂU SỬ CÁ NHÂN v

TÓM TẮT vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iix

DANH SÁCH HÌNH x

DANH SÁCH BẢNG xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

1.1 Biochar 2

1.1.1 Định nghĩa biochar 2

1.1.2 Thành phần của Biochar 2

1.1.3 Phương pháp sản xuất Biochar 3

1.1.4 Ứng dụng Biochar trong nông nghiệp 4

1.1.5 Ảnh hưởng của Biochar đến năng suất cây trồng 6

1.2 Đất ph n 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Phân bố đất ph n 7

1.2.3 Các trở ngại của đất ph n 8

1.2.4 Lân trong đất ph n 9

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG TIỆN PHƯƠNG PHÁP 9

2.1 Phương tiện 9

2.1.1 Thời gian và địa điểm 9

2.1.2 Vật liệu thí nghiệm 9

2.2 Phương pháp thí nghiệm 9

viii

2.2.1 Bố trí thí nghiệm 10

2.2.2 Phương pháp thí nghiệm 10

2.2.3 Chỉ tiêu theo dõi 11

2.2.4 Phương pháp sử lý thống kê 12

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ THẢO LUẬN 21

3.1 Tính chất hóa học của đất trước thí nghiệm 21

3.2 Chỉ tiêu pH trích nước của các mẫu ủ 22

3.3 Động thái của lân hữu dụng trong quá trình ủ 23

3.3.1 Động thái lân hòa tan trong nước (H2O-P) trong quá trình ủ 23

3.3.2 Động thái của lân trích bằng NaHCO3 (NaHCO3-Pi) trong quá trình ủ.24 3.4 Ảnh hưởng của Biochar đến hàm lượng lân sau khi ủ 25

3.4.1 Lân hữu dụng (H2O-P, NaHCO3-Pi, NaHCO3-Po) sau khi kết thúc quá trình ủ 25

3.4.2 Lân khó tiêu (NaOH-Pi, NaOH-Po, HCl-Pi, H2SO4-P ) sau khi kết thúc quá trình ủ 26

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 280

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ Chương

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên từ viết tắt

IEA International energy Agency

.Quy trình phân tích lân theo hedley (1982)

Chỉ tiêu pH của các mẫu sau khi ủ

Lân hữu dụng ở thời điểm 60 ngày

Hàm lượng lân không hữu dụng ở thời điểm 60 ngày, tương

Đặc tính hóa học của Biochar

Thành phần lân trong đất và Biochar được sử dụng trong thí nghiệm

Phân bố nghiệm thức

Một số tính chất hóa học của đất trước thí nghiệm

Động thái của lân lân trích nước trong quá trình ủ (H2O-P)

Động thái của lân trích bằng NaHCO3 (NaHCO3-Pi) trong quá trình ủ

Lân không hữu dụng ở thời điểm 60 ngày

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu sử dụng Biochar nhằm cải tạo đất và hạn chế sự phát thái khí CO2 vào khí quyển thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Biochar là than sinh học, được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxygen từ nguyên liệu có nguồn gốc dư thừa thực vật và rác thải Nhiều nghiên cứu trước đây cho thấy việc bón Biochar vào đất

đã làm tăng độ màu mỡ của đất thông qua việc giảm quá trình chua hóa đất, nâng cao khả năng dự trữ dinh dưỡng của đất Các lợi ích cải tạo đất bao gồm sự thay đổi các đặc tính vật lý như sa cấu, cấu trúc, kích cỡ tế khổng do đó có ý nghĩa về

sự thoáng khí, khả năng giữ nước (Downie et al., 2009) Về mặt hóa học Biochar

có tác dụng gia tăng CEC, tăng pH đất, tăng khả năng hấp phụ kim loại, đạm và các chất hữu cơ như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ cỏ, tăng hoạt động và mật số của các loại vi sinh vật Đặc biệt Biochar làm gia tăng đáng kể năng suất cây trồng (Verherien et al., 2010) Đồng thời, việc sử dụng Biochar có ý nghĩa rất lớn với môi trường, việc bón Biochar vào đất như là một cách để tồn trữ lượng carbon có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ môi trường

Đồng bằng sông Cửu Long được biết đến như là nơi sản xuất lúa gạo lớn nhất của

cả nước, với diện tích tự nhiên khoảng 4 triệu ha; trong đó đất phèn và đất phèn nhiễm mặn chiếm một diện tích khoảng 2,0 triệu ha, tương đương với 40% tổng diện tích tự nhiên của toàn đồng bằng Đất phèn có rất nhiều trở ngại ảnh hưởng đến canh tác chẳng hạn như thiếu lân vì hàm lượng các ion Fe, Al, Mn trong đất phèn hoạt động cao làm nhanh chóng phản ứng với ion H2PO4- tạo thành hợp chất lân không tan, làm giảm hàm lượng lân hữu dụng, ảnh hưởng lớn đến năng suất cây trồng Chính vì vậy, việc cải tạo đất phèn và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón trên đất phèn là nhu cầu cấp bách nhằm cải thiện điều kiện sản xuất, nâng cao thu nhập cho người dân Các nghiên cứu trước đây cho thấy, việc bổ sung Biochar vào đất phèn có thể giúp loại bỏ các yếu tố bất lợi đối với lân hữu dụng, nâng cao

pH đất Biochar có thể hấp phụ sắt, nhôm giúp giải phóng lượng lớn lân hữu dụng vào dung dịch đất, gia tăng sự hấp thu lân của cây trồng (Steiner et al, 2007) Chính vì những lý do trên, đề tài “Ảnh hưởng của Biochar đến hàm lượng lân hữu dụng trên đất ph n” được thực hiện nhằm:

- Xác định hiệu quả của Biochar trong việc nâng cao hàm lượng lân hữu dụng của lân trong đất phèn

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 Biochar

1.1.1 Định nghĩa biochar

Biochar (than sinh học) là sản phẩm còn lại của quá trình nhiệt phân không hoàn toàn các vật liệu hữu cơ như gỗ, lá, tàn dư thực vật, chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxygen (O2) và nhiệt độ tương đối thấp (<700oC) (Schahczenski, 2010) Biochar được nhiệt phân từ than củi đốt truyền thống và than hóa thông thường và có thời gian tồn tại trong đất đến trên ngàn năm (Skjemstad và ctv, 1998; Swift 2001)

Biochar còn được định nghĩa là sản phẩm hữu cơ bị nhiệt phân, được sản xuất với mục đích làm phân bón cải tạo đất và hấp thụ carbon (Lehmann và Joseph, 2009) Theo Brian Bibens, kỹ sư của UGA, một trong những nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp tái chế khí thải carbon, nguyên liệu làm Biochar

có thể là từ chất thải động vật, nông nghiệp và lâm nghiệp, chẳng hạn dăm gỗ, vỏ bắp, vỏ đậu phộng, thậm chí phân gà

Biochar được cho là có khả năng trong việc cải thiện những vùng đất nghèo chất dinh dưỡng, cải thiện tính chất lý hóa của đất, giữ nước rất tốt và được cho là giải pháp hiệu quả cho đất nông nghiệp bị hoang mạc hóa

1.1.2 Thành phần của Biochar

Trong kỹ thuật cổ điển trước đây than tro được tạo thàng do phế thải thực vật được đốt cháy trong không khí và khi được sử dụng để bón vào trong đất thì tro này được gọi là Biochar, tuy nhiên kĩ thuật này phóng thích một lượng lớn CO2 và các khí khác vào môi trường Hiện nay Biochar được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxygen Việc chuyển carbon trong sinh khối thành carbon trong Biochar có thể tích lũy 50% carbon có trong vật liệu ban đầu so với

sự tích lũy hàm lượng C thấp nếu đốt (3%) và so với 10-20% nếu để phân hủy sinh học sau 5-10 năm; do đó đã tích lũy một lượng C bền hơn so với đốt hoặc phân hủy sinh học

Độ hữu hiệu của sự chuyển C từ sinh khối thành C trong Biochar tùy thuộc vào loại vật liệu đốt Lehmann và ctv, (2006) báo cáo rằng có khoảng hơn 12% tổng C do hoạt động của con người có thể giảm bớt nếu việc đốt phế thải được giảm bớt nếu việc đốt phế thải đươc thay thể bằng viêc sản xuất Biochar

Thành phần của Biochar rất biến động gồm các thành phần bền và dễ tan (Shosi và ctv, 2009) Carbon, chất dễ bay hơi, chất khoáng dễ tan (tro) và nước

3

(antal and Gronli, 2003) CEC của Biochar biến động rất thấp đến khoảng 40 cmolc g-1 và thay đổi khi bón vào đất (Lehmann, 2007), có thể do sự rửa trôi của các hợp chất khoonh tan trong nước (Briggs và ctv, 2005) hoặc do sự carboxylate hóa carbon thông qua quá trình oxy hóa sinh học (Cheng và ctv, 2006; Liang và ctv, 2006) Chan and Xu (2009) báo cáo pH trung bình là 8.1 với khoảng biến động

từ 6.2-9.6

Biochar thô và nhiều khả năng chịu được tạo ra bằng cách nhiệt phân các nguyên liệu gốc gỗ (Winsley, 2007) Ngược lại, Biochar sản xuất từ tàn dư thực vật, phân súc vật và rong biển nói chung là tốt hơn và ít mạnh mẽ (thấp hơn độ bền

cơ học) Loại thứ hai là cũng giàu dinh dưỡng, và đó dễ dàng phân hủy bởi các cộng đồng vi sinh vật trông môi trường( Sohi et al.,2009) Hàm lượng tro của của than sinh học phụ thuôc vào hàm lượng tro của sinh khối nguyên liệu Cỏ, vỏ trấu hạt, tàn dư rơm rạ và phân sản xuất than sinh học có hàm lượng tro cao, trái ngược với nguyên liệu gỗ (Demirbas 2004) Dộ ẩm là một thành phần quan trọng khác của than sinh học (Antal và Gronli, 2003), độ ẩm cao hơn làm tăng chi phí sản xuất và vân chuyển cho các cơ sở sản xuất than sinh học Giữ độ ẩm lên đến 10% (theo trọng lượng) xuất hiện được mong muốn (Collison và ctv.2009)

1.1.3 Phương pháp sản xuất Biochar

Nguyên lý sản xuất Biochar

Biochar được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxy ở nhiệt độ cao (350- 700oC), phương pháp nhiệt phân có thể sản xuất bằng lò thủ công hoặc trong các nhà máy lớn Quá trình nhiệt phân đã chuyển hóa chất hữu

cơ thành 3 thành phần: khí, lỏng và chất rắn có thành phần khác nhau tùy theo loại vật liệu và các điều kiện của quá trình nhiệt phân Các chất khí có thể cháy bao gồm khí metan (CH4) và các loại khí hydrocarbon khác có thể ở dạng dầu Các chất khí này có thể sử dụng như nhiên liệu để đốt lại Quá trình nhiệt phân có thể được ứng dụng trong các lò thủ công nghiệp hay các nhà máy lớn

Theo IEA (2007), quá trình nhiệt phân được chia thành:

- Quá trình nhiệt phân nhanh với nhiệt độ trung bình khoảng 500oC cho ra 75% ở dạng chất lỏng (25% nước), 13% dạng khí và 12% Biochar;

- Quá trình nhiệt phân trung bình sẽ cho ra 50% chất lỏng (50% nước), 20% chất khí và 30% Biochar;

- Quá trình nhiệt phân chậm với nhiệt độ trung bình khoảng 400oC nhưng thời gian kéo dài hơn sẽ cho ra 30% chất lỏng (70% nước ), 35% chất khí và 35% Biochar;

- Quá trình nhiệt phân tạo khí với nhiệt độ rất cao trên 800oC cho ra 5% chất lỏng ở dạng như nhựa đường (5% nước), 85% chất khí và 10% Biochar

Theo Bridgwater (2007), thành phần chất lỏng, khí gas và Biochar ở các điều kiện nhiệt phân khác nhau được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Thành phần chất lỏng, khí gas và Biochar ở các điều kiện nhiệt phân

khác nhau

Kiểu nhiệt

Chất lỏng (%)

Than (%)

Khí (%)

Nguyên liệu sản xuất Biochar

Nguyên liệu sản xuất Biochar rất phong phú như rơm, vỏ trấu, cây cối, xác mía, xơ dừa, phụ phẩm giấy, cao su, rác thải đô thị, phân gia xúc Tùy theo nguyên liệu dùng sản xuất Biochar quyết định tỷ lệ các thành phần than, chất lỏng, khí và các tính chất lý hóa học.Thành phần nguyên liệu và điều kiện nhiệt phân là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc, tính chất lý học, hóa học của

Biochar do đó ảnh hưởng đến vai trò và sự chuyển biến của Biochar trong đất

1.1.4 Ứng dụng Biochar trong nông nghiệp

Biochar được sử dụng làm phân bón để tăng năng suất cây trồng, cải thiện tính chất đất do đó đã mang lại lợi ích về nhiều mặt Các lợi ích về cải tạo đất bao gồm sự thay đổi các đặt tính vật lý như sa cấu, cấu trúc, kích cỡ tế khổng do đó có

ý nghĩa về sự thoáng khí, khả năng giữ nước (Downie et.,2009) Về mặt hóa học Biochar có tác dụng gia tăng CEC, tăng pH đất, tang khả năng hấp phụ kim loại, đạm và các chất hữu cơ như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ cỏ, mycorrhiza Đặc biệt sử dụng Biochar làm tăng đáng kể năng suất cây trồng (Verherien et al.,2010) Tuy nhiên theo Verherien et al (2010) việc sản xuất và sử dụng Biochar cũng

có nhiều đe dọa cần được nghiên cứu và xử lý tốt như sự đa dạng của các loài sinh vật đất, sự mặn hóa, sự nén dẽ nếu không được áp dụng thích hợp và có những ảnh

5

hưởng khác đến chu trình chất đạm, chu trình C khi bón vào đất và khả năng tích lũy C của Biochar trong các điều kiện khác nhau cũng cần được nghiên cứu

1.1.4.1 Biochar cải thiện độ phì của đất

Biochar tồn tại trong đất nhiều năm trong đất, nhờ đó cải tạo thổ nhưỡng tơi xốp hơn, giữ được nhiều nước cho đất ẩm hơn, tạo môi trường phát triển các tập đoàn vi sinh vật hoạt động ngang tầm bộ rễ và từ đó tạo ra dưỡng chất tự nhiên cho các cây trồng Mục đích cuối cùng là cải thiện nền đất bạc màu, gia tăng sản lượng, giảm bớt chi phí cũng như sự lệ thuộc vào phân bón hóa học cùng thuốc trừ sâu

Việc rải bón có thể thực hiên nhiều lần nhiều vụ Nhưng không ngại mật độ quá cao vì Biochar có tính trung hòa chứ không acid như thứ tro xám Người ta tính toán kinh tế bằng cách lấy giá trị tăng thêm sản lượng và giảm bớt phân bón trong các năm sau bù vào đầu tư sản xuất hay tiền mua Biochar

Việc cân đối này luôn có lợi và lợi lớn cho các nông gia (Hoàng Xuân Phương, 2009)

Biochar tác động đến tính vật lý và hóa học đất

- Vật lý đất:

Do bản chất của than sinh học có tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, nó có một khả năng độc đáo để thu hút và giữ độ ẩm, chất dinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp thậm chí còn giữ lại những chất dinh dưỡng khó kìm giữ như nitơ và phospho Than sinh học giúp thực vật phát triển tốt, giảm nhu cầu phân bón (ước tính 10%), giảm rửa trôi các chất dinh dưỡng, giảm độ chua của đất, tăng pH đất, lưu trữ carbon trong một bồn rửa ổn định lâu dài, tăng tập hợp đất do sợi nấm tăng, giảm độc tính nhôm, cải thiện việc xử lý đất nước, tăng mức đất ở có sẵn để dùng

Ca, Mg, P và K, tăng hô hấp của vi sinh vật đất, tăng sinh khối vi sinh vật đất, tăng

nấm rễ Arbuscular mycorrhyzal, kích thích vi sinh vật cố định đạm cộng sinh

trong cây họ đậu, tăng khả năng trao đổi cation Việc tăng cường khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng của đất bởi than sinh học không chỉ làm giảm các yêu cầu phân bón mà còn tác động tích cực đến khí hậu và môi trường của đất canh tác Bởi vì phần lớn phân bón hóa học thường dựa trên nhiên liệu hóa thạch, do đó than sinh học có lợi ích gián tiếp giúp làm giảm biến đổi khí hậu bằng cách giảm nhu cầu phân bón

- Hóa học đất:

Về mặt hóa học Biochar có tác dụng gia tăng CEC, tăng pH đất, tăng khả năng hấp phụ kim loại, đạm và các chất hữu cơ như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ cỏ, mycorrhiza Đặc biệt sử dụng Biochar làm tăng đáng kể năng suất cây trồng

(Verherien et al.,2010) Than sinh học cải thiện sự phát triển của thực vật, nâng cao năng suất cây trồng, tăng sản xuất lương thực và bền vững trong khu vực có đất bị cạn kiệt, các nguồn tài nguyên hữu cơ có giới hạn, nước không đủ hoặc sử dụng nhiều phân bón hóa chất nông nghiệp Không phải tất cả các loại đất điều phản ứng tốt với Biochar có thể cần nhiều thời gian khảo sát nhiều vụ để thấy kết quả

Nghiên cứu đã chứng minh rằng Biochar có thể làm tăng khả năng trao đổi cation của đất Khi Biochar tiếp xúc với oxygen và nước trong môi trường đất, xảy

ra phản ứng oxy hóa tự phát, dẫn đến gia tăng điện tích âm và do đó tăng khả năng trao đổi cation (Joseph et al, 2009)

Biochar tác động đến vi sinh vật đất

Biochar có diện tích bề mặt rộng lớn và cấu trúc lỗ phức tạp (một gam riêng biệt có thể có diên tích bề mặt lớn hơn 1000 mét vuông) cung cấp một môi trường sống an toàn cho vi sinh vật bảo vệ khỏi sự cạnh tranh và tấn công của các sinh vật

ăn thịt khác

Biochar tương đối ổn định và có khả năng tồn tại lâu trong đất, do đó nó không phải là chất nền tốt cho vi sinh vật Tuy nhiên Biochar tươi thêm cho đất có thể chứa các chất nền phù hợp hỗ trợ sự tăng trưởng của vi sinh vật Tùy vào nguyên liệu và điều kiện sản xuất một số Biochar có thể chứa bio-old và các hợp chất hưu cơ có thể hỗ trợ cho sự tăng trưởng của vi sinh vật và sinh sản của nhóm

vi sinh vật nhất định, từ đó cộng đồng vi sinh vật trong than sẽ thay đổi theo thời gian bổ sung cho đất tham gia vào vai trò sinh thái trong môi trường đất

Tuy nhiên theo Verherien et al (2010) việc sản xuất và sử dụng Biochar cũng

có nhiều đe dọa cần được nghiên cứu và xử lý tốt như sự đa dạng của các loài vi sinh vật đất, sự mặn hóa, sự nén dẽ nếu không được áp dụng phù hợp và có những ảnh hưởng khác trên chu trình chất đạm, chu trình C khi bón vào đất và khả năng tích lũy C của Biochar trong các điều kiện khác nhau

1.1.5 Ảnh hưởng của Biochar đến năng suất cây trồng

Theo Chan et al (2007) đã tiến hành một thử nghiệm nhà kính bằng cách sử dụng củ cải được trồng trong đất Úc và thấy rằng thêm Biochar than thảo (pH 9.4)

ở mức 100 tấn mỗi ha tăng đáng kể độ pH của đất từ 4,77 đến 5,99, mà không ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật Tuy nhiên, bổ sung cả hai than sinh học và phân đạm thì ảnh hưởng đáng kể đến độ pH của đất và sự sinh trưởng của cây trồng

Trong các thử nghiệm trong nhà kính theo Van Zwieten et al (2010a) cho thấy sự gia tang hiệu quả sử dụng khi lúa mì được trồng với Biochar và bón phân đạm Trong các thí nghiệm khác trong nhà kính Van Zwieten et al (2010b) được

7

tìm thấy tác động tích cực của Biochar và bón phân đạm trên sự tăng trưởng của đậu tương, lúa mì và củ cải trong đất ferrasol, trên đất có tính acid, nghèo dinh dưỡng

Trong đất nhiệt đới, sinh khối trên mặt đất đã tăng được 189% khi 23 tấn Biochar mỗi ha đã được thêm vào đất Columbia (Major et al.,2010)

Trong các thử nghiệm thực địa liên tiếp, sản lượng ngô trong bốn năm sau khi bón Biochar cho hiệu quả cao qua các năm ứng dụng Trong năm đầu khi bón Biochar cho thấy không thấy hiệu quả (Major et al.,2010b) Trong năm thứ hai, thứ

ba và thứ tư sau khi 20 tấn mỗi ha Biochar, năng suất ngô tăng 28, 30 và 140% tương ứng Theo Chen et al.,2010 cũng báo cáo tăng sản lượng khi thêm Biochar trong lĩnh vực sản xuất mía, gạo và ngô ở Nhật Bản, Lào và In-đô-nê-xi-a

1.2 Đất phèn

1.2.1 Khái niệm

Đất phèn là tên gọi dùng để chỉ các vật liệu là kết quả của các quá trình sinh hóa xảy ra mà acid sulphuric được tạo thành sẽ sinh ra với một lượng cá ảnh hưởng lâu dài đến những đặc tính chủ yếu của đất (Pons 1973, Võ Thị Gương, 2003)

Đất ph n được hình thành do sản phẩm bồi tụ phù sa với vật liệu sinh phèn (vật liệu chứa nhiều sulfur, chủ yếu dưới dạng pyrite, xác sinh vật chứa lưu huỳnh), phát triển mạnh ỏ khu vực đầm mặn khó thoát nước

Đất phèn thường có màu đen hoặc nâu ở tầng đất mặt Đất thường bị úng ở tầng C, có mùi đặc trưng của lưu huỳnh và H2S Nếu để đất đen có hong khô ngoài không khí sẽ xuất hiện màu vàng và bốc mùi của chất lưu huỳnh đó chính là chất phèn gồm hỗn hợp của sunfat sắt

1.2.2 Phân bố đất phèn

Diện tích đất phèn ở Việt Nam trên 1,8 triệu ha chiếm 5,5% diện tích đất tự nhiên toàn quốc, trên 650.000 nghìn ha là đất phàn tiềm tang, chiếm 35% tổng diện tích đất ph n và đất phèn hoạt động hơn 1,2 triệu ha, chiếm 65% tổng diện tích đất

ph n Được hình thành ở các tỉnh đồng bằng Nam bộ như Tiền Giang, Hậu Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang,… các Tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và lẻ tẻ ở một số tỉnh miền trung (Lê Thanh Bồn, 2009)

Trong đó ĐBSCL chiếm khoảng 2,0 triệu ha bao gồm đất phèn tiềm tàng và đất phèn hoạt động Loại đất này thường xuất hiện ở địa hình trũng thấp, tầng mặt thường chứa nhiều hữu cơ và các tầng bên dưới là tầng vật liệu sinh phèn (Trần Kim Tính,1999) Đất phèn phân bố ở:

- Vùng Đồng Tháp Mười thuộc các huyện Hồng Ngự, Cao Lãnh, Tam Nông (Đồng Tháp) chạy về Mộc Hóa (Long An), Tiền Giang với diên tích gần 700 nghìn

ha, phần ở tỉnh đồng tháp gần 200 nghìn ha Đồng Tháp Mười là nơi tập trung đất phèn lở nhất ĐBSCL, khoảng 40% diện tích toàn vùng đất phèn

- Vùng Tứ Giác Long xuyên bao gồm diện tích cả hai tỉnh Kiên Giang và An Giang, gồm các huyện An Biên, Hà Tiên, Bảy núi, Hòn Đất… Tổng diện tích khoảng 490 nghìn ha

- Vùng Bán Đảo Cà Mau dưới dạng phèn tiềm tàng, phèn nhiễm mặm, phèn ít phèn trung bình và phèn nhiều… có các điểm tập trung phèn nhiều như: Khánh

An, khu vực từ Cà Mau đi Kiên Giang hoặc An Hòa, Vĩnh Thành, và Hồng Dân (Bạc Liêu)

- Vùng Đất Phèn Tây Sông Hậu (Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Bến Tre, Hậu Giang), đây là vùng đất phèn trung bình, phèn mặn xen kẽ giữa các dãy phù sa trung tính

Phân loại đất phèn: Dựa vào sự hình thành và phát triển của đất, Pons (1973) đã chia đất phèn thành hai loại: đất phè tiềm tàng (Potential acid sulphate soil) và đất phèn hoạt động (Actual acid sulphate soil) Trạng thái của đất phèn tiềm tàng nằm

trong tình trạng khử và trang thái của đất phèn hoạt động trong tình trạng oxy hoá Đặc tính bất lợi của đất phèn hoạt động là:

- Nồng độ H2S cao gây độc cho cây; pH thấp làm nồng độ Al, Fe, Mn rất cao gây độc cho cây trồng, làm giảm độ hữu dụng của N, P, Ca, Mg trong đất

- Thiếu lân: hàm lượng các ion Fe, Al, Mn trong đất phèn hoạt động cao làm nhanh chóng phản ứng với ion H2PO4- tạo thành hợp chất lân không tan

- Độc chất nhôm: đất pH thấp do nồng độ ion H+, Fe, Al3+ cao, nhôm bị thủy phân phóng thích ion H+ làm cho đất càng chua hơn (Van Breemen, 1978)

1.2.3 Các trở ngại của đất phèn

- Trở ngại do pH thấp : pH là yếu tố đầu tiên đánh giá tính chua hay kiềm của một loại đất, trên đất phèn pH biến động theo mùa, theo ngày và thậm chí trong một ngày Sự biến động này rõ nhất là trong nước phèn và phụ thuộc vào sự hiện diện của các cation và anion trong đất như: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Mn4+, làm cho đất có pH cao ngược lại sự có mặt của Al3+, H+, Fe2+, H2SO4, HCl làm cho pH giảm pH thấp gây tác động trực tiếp đến sự hấp thu các dưỡng chất làm ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây Khi pH thấp làm giảm đáng kể độ hữu dụng của N, P, K,

Ca, Mg trong đất, gây thiếu dinh dưỡng nếu không được cải thiện và không cung cấp bổ sung các dưỡng chất này (Võ Thị Gương và Tất Anh Thư, 2010)