Chế tạo và nghiên cứu động học quá trình nhả chất dinh dưỡng của một số loại phân bón nhả chậm (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ o0o TRẦN QUỐC TOÀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH NHẢ CHẤT DINH DƯỠNG CỦA MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN NHẢ CHẬM Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội, năm 2016 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Đại Lâm GS.TS Nguyễn Văn Khôi Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học Viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ, 18 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy– Hà Nội Vào hồi phút ngày tháng năm Có thể tìm luận án : - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Viện Học viện Khoa học Công nghệ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, hiệu sử dụng phân bón Việt Nam nước giới thấp, phần lại bị mát nhiều nguyên nhân bay amoniac, trình rửa trôi Điều làm tăng chi phí, giảm hiệu kinh tế gây ô nhiễm cho môi trường, đất, nước không khí Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo loại phân bón nhả chậm vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho trồng thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân thiện với môi trường mối quan tâm đặc biệt nhà khoa học Việt Nam nước nông nghiệp, nhu cầu sử dụng phân bón sản xuất nông nghiệp hàng năm lớn đặc biệt phân bón nhả chậm Tuy nhiên, việc nghiên cứu phân bón nhả chậm Việt Nam mới, việc sử dụng phân bón nhả chậm sản xuất nông nghiệp hạn chế giá thành phân bón nhả chậm nhập cao, gây chi phí lớn sản xuất Từ thực tế tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài “ Chế tạo nghiên cứu động học trình nhả chất dinh dưỡng số loại phân bón nhả chậm” ứng dụng sản xuất nông nghiệp Việt Nam Mục tiêu luận án - Chế tạo số loại phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan nghiên cứu động học trình nhả chất dinh dưỡng số loại phân bón nhả chậm - Ứng dụng phân bón nhả chậm cho số trồng (cây bí xanh, chè) 3.Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo số loại phân bón nhả chậm (Ure, NPK) với vỏ bọc polyurethan - Xây dựng mô hình động học trình nhả chậm phân bón - Nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho số trồng (cây bí xanh, chè) Bố cục luận án Luận án gồm 135 trang gồm phần Mở đầu, tổng quan, thực nghiệm, kết thảo luận, kết luận, danh mục công trình khoa học tác giả có liên quan đến luận án công bố, điểm luận án, tài liệu tham khảo phụ lục Luận án có 58 hình 33 bảng với 133 tài liệu tham khảo, công bố báo có nội dung liên quan tạp chí chuyên ngành nước NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: TỔNG QUAN Trình bày tổng quan vấn đề sau: Vai trò phân bón sản xuất lương thực, tác động phân bón tới môi trường, sinh thái sức khỏe Giới thiệu chung phân bón nhả chậm Giới thiệu số nguyên vật liệu dùng chế tạo phân bón nhả chậm Ứng dụng phân bón nhả chậm Từ nghiên cứu tổng quan luận án tập trung vào nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp chế tạo lõi phân nhả chậm bọc màng polyurethan Từ xác định loại phân bón phù hợp với chu kì sinh trưởng bí xanh chè thử nghiệm phân bón nhả chậm cho bí xanh chè Chương 2: THỰC NGHIỆM Chương trình bày 16 trang gồm mục sau: 2.1 Nguyên vật liệu hóa chất: 2.2 Thiết bị 2.3 Một số phương pháp phân tích phân bón 2.4 Phương pháp tiến hành 2.4.1 Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón Tinh bột biến tính dung dịch NaClO với thời gian xác định Lựa chọn thời gian biến tính tinh bột thích hợp để chế tạo lõi phân bón Xác định hàm lượng tinh bột thích hợp công thức phân bón ure NPK khác 2.4.2 Nghiên cứu trình tạo vỏ bọc cho phân bón Tiến hành tạo vỏ bọc polyurethan cho phân bón phương pháp phun phủ Nghiên cứu ảnh hưởng paraffin, hàm lượng polyurethan đến trình tạo lớp vỏ 2.4.3 Xây dựng mô hình động học trình nhả chậm phân bón 2.4.3.1 Nghiên cứu trình nhả phân bón nước Đối với mẫu, 10g phân bón nhả chậm đưa vào chai nhựa đậy kín chứa 200ml nước cất sau đặt tủ ổn nhiệt 25oC Sau khoảng thời gian định dung dịch gạn để xác định hàm lượng dinh dưỡng (N, P, K) 200ml nước cất thêm vào chai, tiếp tục trì 25oC Dung dịch lắc trước lấy mẫu phân tích Từ kết thực nghiệm ta thiết lập phương trình động học biểu kiến bậc 0, bậc 1, bâc Sau đánh giá phù hợp phương trình thông qua hệ số tương quan R2 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến trình nhả phân bón nghiên cứu nhiệt độ 10-400C Sự ảnh hưởng pH môi trường đến trình nhả phân bón nghiên cứu pH=4,0-9,0 2.4.3.2 Nghiên cứu trình nhả phân bón đất 2.4.4 Khảo nghiệm phân bón nhả chậm cho số trồng 2.4.4.1 Khảo nghiệm phân bón nhả chậm cho bí xanh Phân ure NPK (16:16:16) nhả chậm với độ dày thích hợp ứng dụng thử nghiệm cho bí xanh Mô hình thử nghiệm thiết kế theo công thức với lần nhắc lại Địa điểm thử nghiệm: Xã Bá Xuyên- TP Sông Công – Thái Nguyên Thời gian thử nghiệm: từ 7/2015 đến 10/2015 2.4.4.2 Ứng dụng phân bón nhả chậm cho chè Phân ure NPK (30:10:10) nhả chậm với độ dày thích hợp để ứng dụng thử nghiệm cho chè kinh doanh LDP1 Mô hình thử nghiệm thiết kế theo công thức với lần nhắc lại Địa điểm thử nghiệm: xóm Phúc Thành, xã Hoá Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên Thời gian thử nghiệm: từ 3/2015 đến 12/2015 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chương trình bày 52 trang bao gồm mục sau 3.1 Chế tạo lõi phân nhả chậm 3.1.1 Biến tính tinh bột 3.1.1.1 Ảnh hưởng thời gian biến tính tới tính chất tinh bột Khi tăng thời gian biến tính KLPTTB tinh bột giảm số cacboxyl cacboxyl tăng Bảng 3.1: Ảnh hưởng thời gian biến tính tới KLPTTB số cacboxyl tinh bột Thời gian (giờ) KLPTTB (g/mol) x 104 11 47,8 26,2 10,5 4,8 2,4 Cacboxyl (mmol/100g tinh bột) 0,054 0,068 0,092 0,110 0,138 3.1.1.2 Ảnh hưởng thời gian biến tính tinh bột đến độ bền lõi phân Các lõi phân ure nhả chậm tạo với điều kiện: hàm lượng ure 90%, bentonit 7% 3% tinh bột với thời gian biến tính thay đổi từ 0-11% Khi thời gian biến tính tăng từ 1-7 khả kết dính tinh bột biến tính tăng nên độ bền lõi phân tăng dần, độ rã giảm độ cứng tăng Thời gian biến tính tối chọn để nghiên cứu 3.1.1.3 Phổ IR tinh bột tinh bột biến tính Ngoài pic đặc trưng tinh bột tinh bột biến tính xuất thêm pic dao động hóa trị 1735 cm-1 nhóm C=O Điều oxi hóa phân tử tinh bột hình thành nhóm chức cacboxyl 3.2.2 Lựa chọn chất kết dính cho phân bón ure nhả chậm Các mẫu lõi phân dạng tròn, có đường kính trung bình 3-4mm, chứa 90% ure, hàm lượng chất kết dính polyme thay đổi từ 0-5%, lại bentonit tạo thành, đem xác định độ rã độ cứng Hình 3.5 Ảnh hưởng chất kết dính đến độ rã lõi phân bón ure Với hàm lượng polyme từ 1,0-3,0% khả kết dính phân bón với chất mang giảm theo thứ tự: Tinh bột biến tính>PVAc > PVA > tinh bột, dẫn đến độ cứng lõi phân bón giảm độ rã tăng theo thứ tự 3.2.3 Lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK nhả chậm 3.2.3.1 Lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK (16:16:16) Kết nghiên cứu độ rã độ cứng cho thấy hàm lượng tối ưu chế tạo lõi phân NPK (16:16:16) nhả chậm là: ure 20,76%; (NH4)2HPO4 29,75%; KCl 26,67%; bentonit 16,82% tinh bột 6,00% 3.2.3.2 Lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK (30:10:10) Kết nghiên cứu độ rã độ cứng cho thấy hàm lượng tối ưu chế tạo lõi phân NPK (30:10:10) nhả chậm là: ure 55,80%; (NH4)2HPO4 18,59%; KCl 16,67%; bentonit 6,44% tinh bột 2,50% 3.2.4 Nghiên cứu trình tạo vỏ bọc cho phân bón 3.2.4.1 Đặc trưng vật liệu lớp vỏ bọc a Phổ hồng ngoại (IR) Phổ IR vật liệu vỏ đặc trưng chủ yếu pic hấp thụ: dải hấp thụ rộng 3294cm-1 đặc trưng cho dao động kéo liên kết NH nhóm isocynat; pic 1730cm-1 đặc trưng cho dao động kéo C=O nhóm urethan; pic vị trí 1219 1056cm-1 tương ứng với dao động kéo C-O nhóm N-CO-O isocyanat b Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) Có thể thấy lớp phủ PU bị phân hủy khoảng nhiệt độ từ 200oC đến 700oC với tổn hao trọng lượng tổng số 89,85% Kết chứng tỏ phân bón ure nhả chậm bọc PU có độ bền nhiệt tốt 3.2.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng parafin đến lớp phủ polyurethan (a) bề mặt chứa 0% parafin (b) bề mặt chứa 5% parafin (c) bề mặt chứa 7% parafin (d) bề mặt chứa 10% parafin Hình 3.13 Ảnh SEM lớp vỏ PU Hình 3.13a cho thấy parafin, có nhiều lỗ hổng vết nứt xuất bề mặt lớp phủ polyurethan Lớp vỏ PU hoàn thiện sau bổ sung 5%; 7% 10% parafin so với khối lượng lớp phủ tạo thành bề mặt lõi phân bón bón với cấu trúc chắc, đặc, không quan sát thấy khuyết tật Tuy nhiên chất bôi trơn lớn làm giảm mật độ liên kết ngang lớp màng PU nên làm tăng khả nhả dinh dưỡng Vì hàm lượng parafin 5% lớp phủ PU thích hợp cho trình tạo lớp phủ 3.2.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng polyurethan đến độ dày lớp vỏ Bảng 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng PU đến độ dày lớp vỏ tỉ lệ bọc STT Hàm lượng PU Độ dày trung Tỉ lệ bọc (%) bình lớp vỏ (µm) (%) 3,0 15-20 5,0 25-30 10,0 40-50 15,0 70-80 5 20,0 90-100 25,0 110-120 10 Khi tăng hàm lượng polyurethan độ dày tỉ lệ bọc viên phân tăng lên Trong luận án chọn lớp vỏ PU có độ dày trung bình 30; 50; 70 µm cho nghiên cứu 3.3 Xây dựng mô hình động học trình nhả chậm phân bón 3.3.1 Nghiên cứu trình nhả phân bón nước 3.3.1.1 Đặc tính nhả dinh dưỡng phân bón ure nhả chậm Hình 3.16 Đặc tính nhả N mẫu phân ure nhả chậm nước Trong nước, tốc độ nhả N phân bón ure nhả chậm có chiều dày lớp vỏ trung bình 30µm 82,21% sau 21 ngày phân bón có chiều dày lớp vỏ trung bình 50µm 81,22% sau 42 ngày tốc độ nhả N phân bón có chiều dày lớp vỏ trung bình 70µm 80,31% sau 77 ngày Bảng 3.3 Mô hình động học phân ure nhả chậm với độ dày 25-30 µm Phân ure với độ dày lớp vỏ 25-30 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả R2 Ct=71,02t +1055 71,02 0,740 -1 Ln(Cb-Ct)=-0,224.t +8,104 0,224 ngày 0,968 5,256.10-4 -4 Bậc 1/(Cb-Ct)=5,256.10 t– 8,319 0,814 g.l-1.ngày-1 Bảng 3.4 Mô hình động học phân ure nhả chậm với độ dày 40-50 µm Phân ure với độ dày lớp vỏ 40-50 µm Bậc phản ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả R2 Bậc Ct=52,74t +665,9 52,74 0,848 Bậc Ln(Cb-Ct)=-0,083.t +8,043 0,083 ngày-1 0,992 -4 5,256.10 Bậc 1/(Cb-Ct)=1,532.10-4 t– 2,949 0,814 g.l-1.ngày-1 Bảng 3.5 Mô hình động học phân ure nhả chậm với độ dày 70-80 µm Phân ure với độ dày lớp vỏ 70-80 µm Bậc phản ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả R2 Bậc Ct=36,15t +529,0 36,15 0,871 Bậc Ln(Cb-Ct)=-0,051.t +8,133 0,051 ngày-1 0,971 5,256.10-4 -4 Bậc 1/(Cb-Ct)=1,532.10 t– 2,949 0,814 g.l-1.ngày-1 Các kết tính toán cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc mô tả tốt trình nhả chất dinh dưỡng phân bón (R2 1) 3.3.1.2 Đặc tính nhả dinh dưỡng phân bón NPK nhả chậm a Phân bón NPK (30:10:10) Bậc phản ứng Bậc Bậc Hình 3.17 Đặc tính nhả N mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm nước Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc N phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=61,843.t +605,51 Ln(Cb-Ct)=-0,0767.t +7,851 1/(Cb-Ct)=0,0001.t– 0,0001 61,843 0,851 -1 0,0767 ngày 0,995 -1 -1 0,0001g.l ngày 0,875 Bảng 3.8 Các tham số động học phương trình động học nhả N phân NPK (30:10:10) với độ dày 70-80 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc N phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=30994.t +345,58 30,994 0,901 -1 Ln(Ccb-Ct)=-0,0459.t +7,9247 0,0459 ngày 0,993 -1 -1 1/(Ccb-Ct)=0,0001.t– 0,0006 0,0001g.l ngày 0,797 Bảng 3.9 Các tham số động học phương trình động học nhả P phân NPK (30:10:10) với độ dày 25-30 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc P phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 25-30 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=11,897.t + 111,57 Ln(Ccb-Ct)=-0,2368.t+ 6.0212 1/(Ccb-Ct)= 0.0051.t - 0.008 11,897 0.2368t ngày-1 0.0051 g.l-1.ngày-1 0,7302 0.9903 0,835 Bảng 3.10 Các tham số động học phương trình động học nhả P phân NPK (30:10:10) với độ dày 40-50 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc P phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=7.334.t + 68.205 Ln(Ccb-Ct)=-0,0738.t +5,9031 1/(Ccb-Ct)=0,0009.t– 0,0006 7.334 0,0738 ngày-1 0,0009g.l-1.ngày-1 0,880 0,994 0,824 Bảng 3.11 Các tham số động học phương trình động học nhả P phân NPK (30:10:10) với độ dày 70-80 µm 11 Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc P phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=4,5857.t +48,444 4,5857 0,903 -1 Ln(Ccb-Ct)=-0,045.t +6,0235 0,045 ngày 0,985 -1 -1 1/(Ccb-Ct)=0,0007.t– 0,0047 0,0007 g.l ngày 0,697 Bảng 3.12 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (30:10:10) với độ dày 25-30 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc K phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 25-30 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=22,251.t + 219,93 Ln(Ccb-Ct)= -0,2685.t + 6.713 1/(Ccb-Ct)=0,0043.t - 0.0082 22,251 0.2685 t ngày-1 0.0043 g.l-1.ngày-1 0,714 0.9833 0,808 Bảng 3.13 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (30:10:10) với độ dày 40-50 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc K phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=13,852.t + 129,72 Ln(Ccb-Ct)=-0,0774.t +6,5597 1/(Ccb-Ct)=0,0004.t– 0,0018 13,852 0,0774 ngày-1 0,0004 g.l-1.ngày-1 0,884 0,986 0,7169 Bảng 3.14 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (30:10:10) với độ dày 70-80 µm Bậc phản ứng Bậc Bậc Bậc K phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Ct=8,6482.t +100,14 8,6482 0,887 Ln(Ccb-Ct)=0,0438 ngày-1 0,989 0,0438.t+6,6269 1/(Ccb-Ct)=0,0004.t– 0,0018 0,0004 g.l-1.ngày-1 0,717 12 b Phân bón NPK (16:16:16) Hình 3.20 Đặc tính nhả N phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm Hình 3.21 Đặc tính nhả P phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm Hình 3.22 Đặc tính nhả K phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm * Động học trình nhả chất dinh dưỡng phân NPK (16 :16 :16) 13 Bảng 3.15 Các tham số động học phương trình động học nhả N phânNPK (16:16:16) với độ dày 25-30 µm Bậc phản N phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 25-30 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Ct=37,021.t +272,64 37,021 0,831 -1 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,189.t +7,2313 0,189 ngày 0,998 -1 -1 Bậc 1/(Ccb-Ct)= 0,0007.t– 0,0005 0,0007 g.l ngày 0,891 Bảng 3.16 Các tham số động học phương trình động học nhả N phânNPK (16:16:16) với độ dày 40-50 µm Bậc phản N phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Ct=33,187t +336,38 33,187 0,848 -1 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,0751.t +7,225 0,0751 ngày 0,996 -1 -1 Bậc 1/(Ccb-Ct)=0,0002.t– 0,0001 0,0002 g.l ngày 0,894 Bảng 3.17 Các tham số động học phương trình động học nhả N phânNPK (16:16:16) với độ dày 70-80 µm Bậc phản N phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Ct=16,696.t +185,2 16,696 0,902 -1 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,0455.t +7,304 0,0455 ngày 0,993 -1 -1 Bậc 1/(Ccb-Ct)=0,0002.t– 0,0001 0,0002 g.l ngày 0,830 Bảng 3.18 Các tham số động học phương trình động học nhả P phânNPK (16:16:16) với độ dày 25-30 µm Bậc phản P phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 25-30 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Bậc Bậc Ct=19,091.t +176,03 Ln(Ccb-Ct)=-0,2206.t +6,4688 1/(Ccb-Ct)= 0,0025.t– 0,0034 14 19,091 0,2206 ngày-1 0,0025 g.l-1.ngày-1 0,740 0,993 0,846 Bảng 3.19 Các tham số động học phương trình động học nhả P phânNPK (16:16:16) với độ dày 40-50 µm Bậc phản P phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Bậc Bậc Ct=11,841.t +104,02 Ln(Ccb-Ct)=-0,0681.t +6,3707 1/(Ccb-Ct)=0,0005.t+ 0,0002 11,841 0,0681 ngày-1 0,0005 g.l-1.ngày-1 0,894 0,995 0,852 Bảng 3.20 Các tham số động học phương trình động học nhả P phân NPK (16:16:16) với độ dày 70-80 µm Bậc P phân NPK (30:10:10) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm phản PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 ứng Bậc Ct=7,4163.t +72,391 7,4163 0,912 -1 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,0421.t +6,4873 0,0421 ngày 0,990 -1 -1 Bậc 1/(Ccb-Ct)=0,0004.t– 0,0017 0,0004 g.l ngày 0,751 Bảng 3.21 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (16:16:16) với độ dày 25-30 µm Bậc phản K phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 25-30 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Bậc Bậc Ct=35,452t +344,61 Ln(Ccb-Ct)=-0,2521.t +7,1478 1/(Ccb-Ct)= 0,0021.t– 0,0038 35,452 0,2521 ngày-1 0,0021g.l-1.ngày-1 0,723 0,986 0,817 Bảng 3.22 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (16:16:16) với độ dày 40-50 µm Bậc K phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 40-50 µm phản PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 ứng Bậc Ct=22,212t +208,24 22,212 0,884 15 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,0774.t +7,0314 0,0774 ngày-1 0,987 Bậc 1/(Ccb-Ct)=0,0004.t– 0,0005 0,0004 g.l-1.ngày-1 0,771 Bảng 3.23 Các tham số động học phương trình động học nhả K phânNPK (16:16:16) với độ dày 70-80 µm Bậc phản K phân NPK (16:16:16) với độ dày lớp vỏ 70-80 µm ứng PT động học biểu kiến Hằng số nhả (k) R2 Bậc Ct=13,86.t +160,5 13,86 0,887 Bậc Ln(Ccb-Ct)=-0,0438.t +7,0986 0,0438 ngày-1 0,989 Bậc 1/(Ccb-Ct)=0,0002.t– 0,0012 0,0002 g.l-1.ngày-1 0,717 Kết nghiên cứu cho thấy, với độ dày lớp vỏ tỉ lệ nhả N, P, K loại phân nhả chậm NPK (30:10:1) NPK (16:16:16) khác không nhiều Điều chứng tỏ với phân bón có vỏ bọc polyurethan khả nhả dinh dưỡng phụ thuộc vào độ dày lớp vỏ Quá trình nhả dinh dưỡng phân bón nhả chậm phù hợp với phương trình động học biểu kiến bậc 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả nhả dinh dưỡng phân bón Khi nhiệt độ tăng tốc độ nhả dinh dưỡng phân ure phân NPK (16:16:16) tăng dần 3.3.3 Ảnh hưởng pH đến khả nhả dinh dưỡng phân bón Trong môi trường axit môi trường kiềm tốc độ nhả dinh dưỡng tăng dần 3.3.3 Quá trình nhả phân bón đất 3.3.3.1 Đặc tính nhả dinh dưỡng phân bón ure nhả chậm 16 Hình 3.47 Đặc tính nhả N mẫu phân ure nhả chậm đất 3.3.3.2 Đặc tính nhả dinh dưỡng phân bón NPK nhả chậm đất Hình 3.48 Đặc tính nhả N phân bón NPK nhả chậm đất Hình 3.49 Đặc tính nhả P phân bón NPK nhả chậm đất Hình 3.50 Đặc tính nhả dinh K phân bón NPK nhả châm đất 3.2.3 Đánh giá khả phân hủy sinh học lớp vỏ phân bón 17 Hình 3.51 Độ giảm khối lượng vỏ phân nhả chậm đất (a) bề mặt ban đầu (b) bề mặt sau tháng Hình 3.52 Ảnh SEM bề mặt vỏ viên phân có độ dày 30µm chôn đất Sau thời gian chôn đất vỏ phân có giảm khối lượng Kết ảnh SEM cho thấy sau thời gian chôn đất hình thái cấu trúc bề mặt lớp vỏ polyme thay đổi mạnh, liên kết chuỗi polyme bị bẻ gãy tạo thành mảnh polyme có kích thước nhỏ Sự phân hủy sinh học vi sinh vật, nấm mốc đất thông qua enzym có hoạt tính làm giảm độ bền, suy yếu liên kết Theo thời gian lớp vỏ polyurethan vỡ vụn, phân hủy, không gây tượng tích tụ dư lượng nhựa đất 3.4 Nghiên cứu ứng dụng phân bón nhả chậm cho số trồng 3.4.1 Ứng dụng phân bón nhả chậm cho bí xanh 3.4.1.1 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến thời gian sinh trưởng 18 Bảng 3.24 Ảnh hưởng phân bón ure nhả chậm đến thời gian sinh trưởng Thời gian từ gieo đến (ngày) Công thức phân bón Ure nhả chậm NPK nhả chậm Xuất tua CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 Xuất Xuất Ra hoa hoa lần đực đầu đầu tiên 30 25 24 26 28 30 26 25 26 29 47 46 41 43 46 47 46 42 42 47 59 56 53 55 58 59 57 53 55 58 66 64 60 62 66 66 65 61 62 66 Thu đợt đầu Thời gian thu 75 73 70 71 74 75 73 71 72 74 30 40 41 37 25 30 41 41 38 26 Tổng thời gian sinh trưởng 105 113 111 108 99 105 114 112 100 101 3.4.1.2 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến sinh trưởng phát triển Bảng 3.25 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến sinh trưởng phát triển bí xanh Công thức phân bón Ure nhả chậm NPK nhả chậm CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 LSD0.05 CV% CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 LSD0.05 CV% Chiều dài thân (m) 3,21c 3,67ª 3,50b 3,45b 3,38b 0,15 0,45 3,21c 3,69a 3,51b 3,48b 3,41b 0,17 0,85 Số Số hoa thân đực/cây (hoa) (lá) c 30,25 8,40c a 33,42 8,51b ab 32,35 8,72a b 31,65 8,70a d 28,52 8,38c 1,26 0,10 2,16 0,68 30,25d 8,40 33,47a 8,54b 32,38b 8,73ab c 31,68 8,75a e 28,57 8,41b 0,20 0,20 1,36 1,48 Số hoa cái/cây (hoa) Số quả/cây (quả) 2,21d 2,40c 2,57b 2,77a 2,20d 0,13 2,91 2,21c 2,45b 2,60a 2,79a 2,24bc 0,22 5,15 1,31b 1,33b 1,41a 1,43a 1,32b 0,05 3,53 1,31b 1,35b 1,43a 1,47a 1,34b 0,08 5,44 Tỉ lệ đậu (%) 79,25d 80,60c 82,87b 84,72a 82,12b 0,98 1,66 79,25d 82,46c 83,65b 85,12a 82,35c 0,84 0,56 Ghi chú: chữ a, b, c, d khác cột khác có ý nghĩa mức 95% 19 3.4.1.3 Ảnh hưởng lượng phân bón nhả chậm đến hình thái cấu trúc bí xanh Bảng 3.26 Ảnh hưởng lượng phân bón nhả chậm đến hình thái cấu trúc bí xanh Công thức phân bón CT1 CT2 Ure nhả CT3 chậm CT4 CT5 CT1 CT2 NPK CT3 nhả chậm CT4 CT5 Chiều dài Đường kính (cm) (cm) 52,2 12,4 54,2 12,8 56,5 13,5 58,7 13,8 50,5 12,4 52,2 12,4 54,3 12,8 56,6 13,7 58,9 14,0 50,7 12,4 Độ dày cùi (cm) 3,25 3,36 3,35 3,42 3,14 3,23 3,36 3,37 3,44 3,15 Màu sắc vỏ Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm 3.3.1.4 Ảnh hưởng phân bón ure nhả chậm đến suất yếu tố cấu thành suất Bảng 3.27 Ảnh hưởng phân bón ure nhả chậm đến suất yếu tố cấu thành suất Công thức phân bón Ure nhả chậm NPK nhả chậm CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 LSD0.05 CV% CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 LSD0.05 CV% Số TB/cây (quả) 1,31b 1,33b 1,41a 1,43a 1,32b 0,05 3,53 1,31b 1,35ab 1,43a 1,47a 1,34b 0,08 5,44 Khối lượng TB (kg) 1,83c 2,11b 2,16b 2,29a 1,65d 0,11 2,85 1,83b 2,15ab 2,17ab 2,31a 1,68c 0,18 4,93 Năng suất lí thuyết (tấn/ha) 45,55d 53,33c 57,87b 62,22a 40,85e 0,51 0,54 45,55d 55,15c 58,96b 64,52a 42,77e 0,16 0,17 Năng suất thực thu (tấn/ha) 33,48d 36,79c 39,95b 43,12a 28,58e 1,01 1,52 33,48d 38,05c 40,68b 45,16a 29,93e 0,15 0,22 % Năng suất so với đối chứng 100 109,9 119,3 128,8 85,5 100 113,6 121,5 134,9 89,4 Ghi chú: chữ a, b, c, d khác cột khác có ý nghĩa mức 95% 20 3.3.1.5 Đánh giá hiệu kinh tế thu sử dụng phân bón nhả chậm cho bí xanh Bảng 3.28 Hiệu kinh tế thu mô hình ứng dụng phân bón nhả chậm cho bí xanh Tổng thu Tổng chi Lãi Công thức (triệu (triệu (triệu phân bón đồng/ha) đồng/ha) đồng/ha) CT1 368,3 36,0 332,3 CT2 383,0 47,1 335,9 Ure CT3 439,5 44,3 395,2 nhả CT4 474,3 41,6 432,7 chậm CT5 314,4 38,8 275,6 CT1 368,3 36,0 332,3 CT2 418,5 48,5 370,0 NPK CT3 447,4 45,7 401,7 nhả chậm CT4 496,7 43,0 453,7 CT5 329,2 40,2 289,0 Chú ý: Giá bán bí xanh thời điểm thu hoạch vụ đông 2015 11.000 đồng/kg 3.3.1.6 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến tính chất lý hóa đất Bảng 3.29 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến tính chất lý – hóa đất CEC (me/100g pH OM (%) Công thức đất) phân bón Trước Sau Trước Sau Trước Sau CT1 6,55 6,58 20,68 21,80 4,45 4,56 Ure CT2 6,58 6,59 20,61 22,15 4,48 4,54 6,57 20,69 22,32 4,50 4,67 nhả CT3 6,57 6,58 20,65 22,27 4,42 4,61 chậm CT4 6,59 CT5 6,54 6,58 20,67 22,30 4,48 4,53 CT1 6,57 6,56 20,68 21,80 4,52 4,63 NPK CT2 6,59 6,68 20,65 22,29 4,50 4,61 6,67 20,68 22,24 4,54 4,69 nhả CT3 6,53 6,71 20,61 22,38 4,48 4,65 chậm CT4 6,62 CT5 6,56 6,55 20,69 22,22 4,50 4,60 Kết cho thấy bón phân nhả chậm không ảnh hưởng đến tính chất lý hóa đất 21 3.3.2 Ứng dụng phân bón nhả chậm cho chè 3.3.2.1 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến yếu tố cấu thành suất chè Bảng 3.30 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến yếu tố cấu thành suất chè (tính trung bình lứa hái) Công thức Mật độ búp Chiều dài Khối lượng Tỷ lệ búp phân bón (búp/m2) búp (cm) búp mù xòe (%) (g/búp) CT1 776,00dc 6,95cbc 0,45c 11,25ca CT2 855,70b 7,02ab 0,49ab 9,20 CT3 920,22 a 7,08 a 0,51aba 8,68de Ure nhả CT4 1010,27e 7,16c 0,52 8,12 chậm CT5 726,56 6,82 0,47bc 11,05b LSD 0,05 6,02 0,14 0,07 0,06 CV% 0,38 d 1,07c 5,25c 0,38 CT1 776,36c 6,95bc 0,45ab 11,25ca CT2 882,05 7,03ab 0,50ab 9,92 CT3 956,62ba 7,10 a 0,51 a 9,11de NPK nhả CT4 1023,73e 7,18c 0,53 8,54 chậm CT5 745,29 6,90 0,47bc 10,88b LSD 0,05 6,34 0,13 0,05 0,07 CV% 0,40 1,01 5,20 0,39 Ghi chú: chữ a, b, c, d khác cột khác có ý nghĩa mức 95% 3.3.2.2 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến suất chè Bảng 3.31 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến suất chè (tính trung bình lứa hái) Năng suất Năng suất % Năng suất Công thức thực thu TB lứa hái so với phân bón (tấn/ha) (tấn/ha) đối chứng CT1 59,50d 8,50d 100 CT2 63,21bc 9,03bc 106,24 CT3 67,34 9,62 113,18 Ure nhả CT4 72,52ae 10,36ea 121,88 chậm CT5 49,70 7,10 83,53 LSD 0,05 1,13 0,04 CV% 2,3 0,25 CT1 59,50dc 8,50dc 100 CT2 64,96b 9,28b 109,18 CT3 69,51a 9,93 116,82 NPK nhả CT4 76,33e 10,90ea 128,23 chậm CT5 50,57 7,22 84,94 LSD 0,05 1,15 0,05 CV% 2,4 0,29 Ghi chú: chữ a, b, c, d khác cột khác có ý nghĩa mức 95% 22 3.3.2.3 Đánh giá hiệu kinh tế thu sử dụng phân bón nhả chậm cho chè Bảng 3.32 Hiệu kinh tế thu mô hình ứng dụng phân bón nhả chậm cho chè (tính lứa hái) Công thức Tổng thu Tổng chi Lãi phân bón (triệu đồng/ha) (triệu đồng/ha) (triệu đồng/ha) CT1 297,50 136,67 160,83 CT2 316,05 190,55 125,50 Ure nhả CT3 336,70 174,58 162,12 chậm CT4 362,60 159,56 203,04 CT5 248,50 119,33 129,17 CT1 297,50 136,67 160,83 CT2 324,80 189,79 135,01 NPK nhả CT3 347,55 168,69 178,86 chậm CT4 381,65 149,63 232,02 CT5 252,85 101,24 151,61 Chú ý: Giá bán chè xanh thời điểm thu hoạch 5.000 đồng/kg 3.3.2.4.Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến số tiêu lý hóa đất Bảng 3.33 Ảnh hưởng phân bón nhả chậm đến tính chất lý – hóa đất CEC OM pHKCl Công thức (me/100g đất) (%) phân bón Trước Sau Trước Sau Trước Sau CT1 4,25 4,28 11,81 11,83 3,17 3,23 CT2 4,25 4,28 11,79 11,85 3,18 3,24 Ure CT3 4,25 4,27 11,82 11,88 3,16 3,24 nhả chậm CT4 4,25 4,27 11,82 11,88 3,19 3,25 CT5 4,25 4,27 11,80 11,85 3,17 3,24 CT1 4,23 4,20 11,72 11,87 3,15 3,22 CT2 4,23 4,20 11,75 11,87 3,18 3,24 NPK CT3 4,23 4,21 11,75 11,89 3,16 3,26 nhả chậm CT4 4,23 4,21 11,78 11,86 3,17 3,27 CT5 4,23 4,21 11,74 11,88 3,17 3,26 Như bón phân nhả chậm không ảnh hưởng đến tính chất lý hóa đất Khả phân hủy sinh học vỏ phân bón tác động xấu đến tính chất đất 23 KẾT LUẬN Tinh bột biến tính thời gian dùng làm chất kết dính cho lõi phân nhả chậm Lõi phân ure, NPK (30:10:10) NPK (16:16:16) có hàm lượng tinh bột biến tính tối ưu tương ứng 3,0%; 2,5% 6,0% Đã chế tạo thành công phân ure nhả chậm NPK nhả chậm kĩ thuật vê viên bọc màng polyurethan Bằng cách điều chỉnh hàm lượng polyurethan (từ 3-25%) tạo lớp vỏ có chiều dày trung bình khác (từ 20 đến 120µm) Tốc độ nhả dinh dưỡng phân bón phụ thuộc chiều dày lớp vỏ Ở 25oC nước, thời gian nhả chất dinh dưỡng mẫu phân bón nhả chậm khoảng 15, 40 75 ngày tương ứng với chiều dày lớp vỏ trung bình 30, 50 70µm Trong đất, thời gian nhả chất dinh dưỡng mẫu phân bón nhả chậm khoảng 90, 180 270 ngày tương ứng với chiều dày lớp vỏ 30, 50 70µm Quá trình nhả chất dinh dưỡng phân bón phù hợp với mô hình động học biểu kiến bậc Đã nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, pH môi trường đến khả nhả chất dinh dưỡng phân bón Kết cho thấy tốc độ nhả dinh dưỡng tăng tăng nhiệt độ Trong môi trường axit (pH=4-6) môi trường kiềm (pH=8-9) tốc độ nhả dinh dưỡng tăng dần, nhiên ảnh hưởng không lớn Bằng phương xác định độ giảm khối lượng ảnh SEM cho thấy lớp vỏ phân bón sau thời gian chôn đất có khả phân hủy sinh học Đã ứng dụng phân bón nhả chậm có độ dày lớp vỏ trung bình 30µm cho bí xanh 70µm cho chè với công thức bón phân Khí sử dụng phân bón nhả chậm 60% so với lượng phân bón thông thường, cho suất hiệu kinh tế cao Phân nhả chậm không ảnh hưởng xấu đến tính đất, thích hợp cho phát triển bí xanh chè 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Trần Quốc Toàn, Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Thu Hương, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Thị Thu Hà, Trần Đại Lâm (2016), ‘’Tổng hợp nghiên cứu tính chất phân bón ure nhả chậm’’, Tạp chí Hoá học, T54(5e1,2), tr.106-110 Trần Quốc Toàn, Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Thu Hương, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Hoàng Thị Vân An, ‘’Ảnh hưởng chất kết dính chiều dày lớp phủ tới động thái nhả dinh dưỡng phân bón ure nhả chậm dạng viên’’, Đã chấp nhận đăng Tạp chí Hoá học Trần Quốc Toàn, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Trung Đức, Đỗ Công Hoan, Nguyễn Thu Hương (2016), ‘’Ảnh hưởng phân bón nhả chậm tới suất hiệu kinh tế chè kinh doanh huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên’’, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thái Nguyên,T158(13), tr.67-71 Trần Quốc Toàn, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Trần Đại Lâm, Đinh Thúy Vân (2016), ‘’Nghiên cứu tương tác polivinyl ancol, polivinyl axetat với ure bentonit Bình Thuận’’, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thái Nguyên, T159(14), tr.41-44 Trần Quốc Toàn, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Trung Đức, Đỗ Công Hoan, Nguyễn Thu Hương, ‘’Ảnh hưởng phân ure nhả chậm đến sinh trưởng suất giống bí xanh số Thái Nguyên’’, Đã chấp nhận đăng Tạp chí Khoa học Công nghệ Thái Nguyên 25 ... tiêu luận án - Chế tạo số loại phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan nghiên cứu động học trình nhả chất dinh dưỡng số loại phân bón nhả chậm - Ứng dụng phân bón nhả chậm cho số trồng (cây bí... nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo số loại phân bón nhả chậm (Ure, NPK) với vỏ bọc polyurethan - Xây dựng mô hình động học trình nhả chậm phân bón - Nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm. .. giá thành phân bón nhả chậm nhập cao, gây chi phí lớn sản xuất Từ thực tế tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài “ Chế tạo nghiên cứu động học trình nhả chất dinh dưỡng số loại phân bón nhả chậm ứng