Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)

Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG THAN SINH HỌC KẾT HỢP PHÂN BÓN CHO LÚA XUÂN NHẰM TĂNG NĂNG SUẤT VÀ CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẤT XÁM BẠC MÀU

Ở XÃ HỢP THỊNH, HUYỆN HIỆP HÒA, TỈNH BẮC GIANG

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp

đỡ, nhân dịp này em xin được bày tỏ lòng biết ơn với những sự giúp đỡ đó

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới ThS Phạm Hùng Sơn, người

đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt và theo sát em trong quá trình thực hiện khóa luậnnày

Để có được kết quả này em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Xuân Ánh ViệnThổ nhưỡng Nông Hóa đã nhiệt tình cung cấp tài liệu và hướng dẫn em hoàn thànhkhóa luận này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, người đã địnhhướng cho em làm đề tài này

Em xin cảm ơn ban chủ nhiệm khoa môi trường, các thầy cô giáo trong khoa vàtrong bộ môn công nghệ kỹ thuật môi trường, bộ môn thổ nhưỡng, đại học KHTN-ĐHQGHN, gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đê tài một cách hoàn thiện nhất, song

do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếusót nhất định Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, vàtoàn thể bạn đọc

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2016

Người thực hiện

Văn Thị Thu Dung

NSLT Năng suất lý thuyết

LSD 5% Giá trị sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức xác suất nhỏ hơn 5%

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1 Tổng quan về đất xám bạc màu và các biện pháp cải tạo 3

1.1 Đất xám bạc màu 3

1.2 Một số biện pháp cải tạo đất xám bạc màu 6

2 Tổng quan các nghiên cứu về than sinh học và ứng dụng trong nông nghiệp, cải tạo đất 7

2.1 Than sinh học 7

2.2 Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp 10

2.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học trên thế giới và Việt Nam 12

3 Tổng quan về địa bàn nghiên cứu 16

3.1 Vị trí địa lý 16

3.2 Tài nguyên đất 17

3.3 Kinh tế xã hội 18

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU19 2.1 Đối tương nghiên cứu 19

2.2 Nội dung nghiên cứu 19

2.3 Phương pháp nghiên cứu 19

2.3.1 Phương pháp kế thừa 19

2.3.2 Phương pháp thu thập thông tin, số liệu thứ cấp 19

2.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm: 20

2.3.4 Phương pháp xác định một số tính chất vật lý, hóa học của đất và than sinh học trong phòng thí nghiệm 20

2.3.5 Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu nghiên cứu 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22

3.1 Một số tính chất cơ bản của than sinh học phục vụ mục đích cải tạo đất .22 3.2 Ảnh hưởng của TSH kết hợp phân bón đến chất lượng đất và năng suất lúa xuân xã Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang 25

3.2.1 Ảnh hưởng của TSH kết hợp phân bón đến một số tính chất hóa học của đất nghiên cứu 25 3.2.2 Ảnh hưởng của TSH kết hợp phân bón đến năng suất lúa xuân tại xã Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa tại Thái Nguyên và Thanh Hóa 15

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng rau tại Thái Nguyên và Thanh Hóa 15

Bảng 1.5 Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng đậu phộng ở Ninh Thuận 16

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu lý hóa của đất và phương pháp phân tích 20

Bảng 2.2 Chỉ tiêu hóa lý học của than sinh học và phương pháp phân tích 21

Bảng 3.1 Một số tính chất cơ bản của than sinh học phục vụ mục đích cải tạo đất 22

Bảng 3.2 Kết quả phân tích mẫu đất nghiên cứu 25

Bảng 3.3 Kết quả phân tích mẫu đất nghiên cứu sau 12 tuần thí nghiệm 25

Bảng 3.4 Các yếu tố cấu thành năng suất lúa thí nghiệm 33

Bảng 3.5 Năng suất lúa thí nghiệm vụ xuân 2017 (tấn/ha) 34

DANH MỤC HÌNH

Hinh 1.1 Đất xám bạc màu trên đá cát vùng Trung du Đông Bắc 4

Hình 1.2 Đất xám bạc màu trên phù sa có có tầng loang lổ đỏ vàng, huyện Sóc Sơn, Hà Nội 4

Hình 1.3 Bản đồ huyện Hiệp Hòa, Bắc Giang 17

Hình 3.1 Hàm lượng các chỉ tiêu có trong than sinh học 22

Hình 3.2 pH ban đầu và sau 6 lần bón với các công thức khác nhau 26

Hình 3.3 Hàm lượng mùn (OC) trong đất 27

Hình 3.4 Hàm lượng Nito tổng số trong đất 28

Hình 3.5 Hàm lượng photpho tổng số trong đất 29

Hình 3.6 Hàm lượng Kali tổng số trong đất 29

Hình 3.7 Hàm lượng photpho dễ tiêu 29

Hình 3.8 Kali dễ tiêu qua các công thức bón 30

Hình 3.9 Magie trao đổi 31

Hình 3.10 Hàm lượng CEC tại các công thức thí nghiệm 32

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Việc sử dụng phân bón hóa học và hóa chất bảo vệ thực vật là chìa khóa dẫnđến sự thành công trong cách mạng xanh, trong nền nông nghiệp công nghiệp hóa đểđảm bảo nhu cầu lương thực, thực phẩm Tuy nhiên trong những năm gần đây, nhiềungười đã lo ngại về ảnh hưởng của phân bón hóa học đến môi trường và sức khỏe conngười Điều lo ngại này không chỉ trong những nước phát triển mà ngày càng trở nên

là vấn đề quan trọng ở những nước đang phát triển [4] Một trong những vấn đề nổi bật

đó là gây suy thoái đất cụ thể là làm đất trở thành đất xám bạc màu: nghèo kiệt dinhdưỡng làm giảm độ phì nhiêu đất do thiên hướng sử dụng nhiều phân bón hóa học, sửdụng ít phân bón hữu cơ

Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp trồng lúa nước từ lâu đời Trong khi

đó phần lớn đất trồng lúa ở nước ta là đất bạc màu Với đặc tính chua, nghèo kiệt chấtdinh dưỡng, dung tích hấp thụ thấp, thường khô hạn và chai cứng, đất lại dễ bị tácđộng bởi quá trình rửa trôi, xói mòn, ngoài ra đất còn chịu tác động rất lớn từ việc bónbừa bãi phân vô cơ … Do đó, đất bạc màu cần thiết phải được cải tạo để phục vụ chocanh tác cây trồng đạt hiệu quả cao

Than sinh học (Biochar) là loại than được sản xuất từ các nguồn sinh khối câytrồng nông nghiệp hay rác thải hữu cơ Nó được ví như “vàng đen” của ngành nôngnghiệp [6] Do đặc tính của than sinh học trong việc cải thiện chất lượng đất và tăngnăng suất cây trồng nên người ta đã kết hợp với một lượng phân bón vô cơ thích hợp

để nâng cao năng suất cây trồng và đặc biệt là giảm các tác động xấu đến chất lượngđất sử dụng

Với nguồn nguyên liệu dồi dào, sẵn có từ các phụ phẩm và quy trình sản xuấtđơn giản Việc sử dụng than sinh học kết hợp phân bón để nhằm tăng năng suất câylúa và cải thiện một số tính chất đất được biết như một giải pháp rất có triển vọng:giúp tăng năng suất cho lúa nhưng cũng đảm bảo được chất lượng đất mà chi phí lại

tiết kiệm Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết

hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang”.

2 Mục tiêu của đề tài

Đánh giá được khả năng sử dụng than sinh học kết hợp với phân bón để nhằmtăng suất lúa và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá khả năng cải thiện các tính chất xấu củađất bạc màu khi dùng than sinh học kết hợp phân bón cho cây lúa Tạo cơ sở cho ứngdụng than sinh học trong nông nghiệp để làm tăng năng suất cây trồng đồng thời cảitạo được tính chất đất

Dạng các bon cố định chiếm tỷ lệ khá lớn trong TSH (trung bình là trên 50%),giúp cố định các bon trong đất Khám phá này đang được các nhà khoa học ứng dụngmạnh mẽ vào mục đích tăng quá trình cố định các bon trong chương trình giảm thiểubiến đổi khí hậu

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Việc sử dụng than sinh học kết hợp với phân bón cho cây lúa nhằm tăng năngsuất và cải tạo đất đáp ứng được yêu cầu về mặt kinh tế và môi trường Góp phầnkhuyến cáo nông dân sử dụng than sinh học hợp lý cho một số loại đất để vừa bảo đảm

năng suất, vừa bảo vệ môi trường.

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 Tổng quan về đất xám bạc màu và các biện pháp cải tạo.

1.1 Đất xám bạc màu

a Khái niệm về đất xám bạc màu

Đất xám bạc màu hay còn gọi là Haplic Acrisols, có phản ứng chua đến rất chua,

độ pH dao động từ 3 – 4,5, nghèo cation kiềm trao đổi (Ca2+, Mg2+< 2mgdl/100g đất),

độ no bazo thấp (<50%), hàm lượng mùn tầng mặt nghèo đến rất nghèo (0,5% - 1,5%).Mức độ phân giải chất hữu cơ mạnh, các chất dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu đềunghèo

b Sự phân bố và phân loại

Đất xám bạc màu là loại đất hình thành ở vùng giáp ranh giữa đồng bằng và đồinúi Đây là loại đất xấu, độ chua cao, nghèo mùn và chất dinh dưỡng Tầng đất mỏng,thành phần cơ giới nhẹ, rất ít vi sinh vật và hoạt động yếu

Đất bạc màu thường phân bố ở những nơi có địa hình cao dễ xảy ra quá trình xóimòn, rửa trôi Ở Việt Nam, đất bạc màu có diện tích khoảng 1,8 triệu ha, trong đó phân

bố chủ yếu ở Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc Bộ Đất bạc màu đượcphân thành các đơn vị sau:

Đất xám bạc màu trên phù sa cổ: Tập trung chủ yếu ở miền Đông Nam Bộ như TâyNinh và một số tỉnh miền Bắc như Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái

Nguyên,… với diện tích khoảng 1,4 triệu ha Trên đất này người ta trồng cao su, cây

ăn quả, mía, chuối, ngô, sắn, đậu cô ve

Đất xám bạc màu glay trên phù sa cổ: Hầu hết đất bạc màu ở miền Bắc và đất trồnglúa ở Trảng Bàng, Củ Chi, Tây Ninh, Đồng Nai,… thuộc loại này với diện tích khoảng0,4 triệu ha

Đất xám bạc màu trên sản phẩm phong hóa của đá macma axit và đá cát chỉ có ởTây Nguyên và ở một vài khu vực dọc ven biển Miền Trung với diện tích khoảng 0,3triệu ha Trong bảng phân loại đất năm 1996, nhóm đất xám có 5 đơn vị

Hinh 1.1 Đất xám bạc màu trên đá cát vùng Trung du Đông Bắc [20]

Hình 1.2 Đất xám bạc màu trên phù sa có có tầng loang lổ đỏ vàng,

huyện Sóc Sơn, Hà Nội [20]

c Điều kiện hình thành.

- Địa hình: Đất xám bạc màu thường được hình thành ở những vùng giáp ranh giữađồng bằng và trung du miền núi, ở những nơi có địa hình dốc thoải có độ cao sovới mặt nước biển từ 5 – 10 m nên quá trình xói mòn, rửa trôi mạnh

- Đá mẹ: Chủ yếu là đá macma axit, đá cát, mẫu chất phù sa cổ khó phong hóa và tỷtrọng nhẹ

- Khí hậu: Điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa cùng với lượng mưa lớn (trung bình1.600mm/năm có vùng tới 3.000mm/năm) mưa tập trung (từ tháng 5 – 10 tập trung85% lượng mưa cả năm) Vì vậy lượng dinh dưỡng trong đất càng dễ bị rửa trôi

- Chế độ canh tác: Vùng đất bạc màu đã trải qua nhiều chế độ canh tác lạc hậu, bóclột đất như cấy chay, tưới tháo nước tràn bờ làm trôi màu đất Trong điều kiệnnhiệt đới gió mùa và địa hình dốc, hiện tượng rửa trôi rất phổ biến ở vùng đất bạcmàu Ngoài hiện tượng rửa trôi trên mặt, còn có hiện tượng rửa trôi theo chiềuthẳng đứng Các cation trao đổi như Canxi, Magie… và các hạt keo sét bị rửa trôitheo chiều sâu rồi tích tụ lại ở các tầng đất phía dưới làm cho phẫu diện đất trở nênkhông đồng nhất

d Một số tính chất lý hóa của đất bạc màu.

Tính chất vật lý

- Tầng canh tác có thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ sét của tầng canh tác nhỏ hơn 10%.

Xuống sâu tỷ lệ sét tăng lên có thể lên tới 45-50%

- Tầng canh tác dung trọng cao đến 1,58-1,65g/cm3, tỷ trọng 2,6-2,65 g/cm3, độ xốpnhỏ hơn 40%

- Tầng đế cày dung trọng đến 1,7-1,78 g/cm3, tỷ trọng 2,65-2,70g/cm3, độ xốp 35%

30 Tầng tích tụ có dung trọng 1,430 1,65 g/cm3, tỷ trọng 2,65-2,75 g/cm3 và độ xốpkhoảng 40-48%

- Độ ẩm: tầng đất 50 -70cm đến 250cm thường xuyên bằng 80-100% so với độ ẩm

trữ cực đại nhưng đất bị nén chặt nên mùa khô chỉ từ 21 - 24%

Tính chất hóa học

- Dinh dưỡng trong đất rất nghèo nàn về tất cả các yếu tố dinh dưỡng, cả dạng tổng

số và dễ tiêu

- Khả năng hấp phụ trao đổi, độ no bazơ thấp (CEC=3-5 mg/100g đất, V=45-50%)

- Do quá trình khoáng hóa xảy ra mạnh nên hàm lượng chất hữu cơ trong đất thấp

1.2 Một số biện pháp cải tạo đất xám bạc màu

Đất xám bạc màu có những tính chất lý hóa kém như vậy cộng với chế độcanh tác lạc hậu, bóc lột đất như cấy chay, tưới tiêu không đúng quy cách làm chođất mất màu mỡ, phân bón ít, diện tích bỏ hoang nhiều Như vậy đất bạc màu làloại đất cần nghiên cứu cải tạo một cách khoa học, để từng bước nâng cao độ phìcủa loại đất này Một số phương pháp đã được áp dụng như:

- Biện pháp cày sâu: nhằm đưa dần hạt sét từ dưới lên tầng đất mặt nhằm hạn chế sự

rửa trôi

- Bón vôi: cải tạo đất khô và cung cấp canxi cho cây trồng.

- Bón đất phù sa và đất đỏ: Đây là một trong những biện pháp cải tạo đất bạc màu

có hiệu nghiệm hơn nữa nhằm tăng tỷ lệ hạt mịn trong đất Theo thí nghiệm củaViện Khoa học Nông nghiệp, đất bạc màu trộn với 10% đất phù sa sông Hồng chonăng suất tăng 134%, trộn với 10% đất đỏ feralit tăng 138%

- Biện pháp thủy lợi: Tầng canh tác trong mùa khô luôn bị thiếu ẩm Ở tầng đất nền,

độ ẩm tương đối khá nhưng hoa màu ít tận dụng được vì sức hút bề mặt các phân

tử nước rất cao (nước hấp ẩm lên tới 12-16%) [2,3]

- Tính chất nước: Một trong những nguyên nhân làm cho những tính chất này xấu là

do tưới tiêu không hợp lý, không có nước tưới vào mùa khô hạn, không thoát đượcnước tưới khi gặp mưa to, kéo dài

- Xây dựng chế độ canh tác hợp lý: đưa cây họ đậu vào thành phần cơ cấu cây trồng

nhằm bồi dưỡng đất Tăng cường xới, xáo làm cho đất tơi xốp

- Bón than sinh học: Than sinh học có thể cung cấp dinh dưỡng khoáng ở dạng dễ

tiêu và tạo môi trường phát triển các tập đoàn sinh vật bộ rễ, chúng có khả nănggiữ dinh dưỡng, ngoài ra còn thể hiện độ chua đất

2 Tổng quan các nghiên cứu về than sinh học và ứng dụng trong nông nghiệp, cải tạo đất.

2.1 Than sinh học

Định nghĩa

TSH (biochar) còn gọi than nhiệt phân, có được từ đốt cháy các loại thựcvật đã được biết đến ít nhất từ 2000 năm trước ở vùng Amazon, được sử dụngtrong nông nghiệp để làm giàu dinh dưỡng cho đất [16] Thông qua quá trình nhiệtphân yếm khí các nguyên liệu thì cấu trúc tự nhiên của nó duy trì và cacbon vẫn ởtrong than với hàm lượng cao Than sinh học có thể cung cấp khoáng ở dạng dễtiêu và tạo môi trường phát triển các tập đoàn sinh vât bộ rễ, chúng có khả nănggiữ dinh dưỡng, ngoài ra còn cải thiện độ chua đất Than sinh học có thể tồn tại

8

nhiều năm trong đất với cấu trúc tơi xốp, diện tích bề mặt lớn và độ hấp phụ chấtcao, nhờ đó cải tạo được đặc điểm vật lý cũng như tăng sức trữ ẩm của đất Ngoài

ra than sinh học còn được sử dụng để xử lý ô nhiễm trong môi trường nước và môitrường đất bởi các tác nhân như: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…[13,14]

Đặc tính của than sinh học.

Đặc tính của TSH phụ thuộc nguyên liệu đầu vào và quá trình nhiệt phân.Cùng nguyên liệu đầu vào nhưng khác công nghệ sẽ cho ra các loại TSH khácnhau

- pH:

 Đối với các vật liệu giàu xenlulzo và hemixenlulozo thì có thể phân hủy ở200-3000C tạo ra các axit hữu cơ và phenolic làm giảm pH của sản phẩm.Khi nhiệt độ lớn hơn 3000C, muối kiềm bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ và làm

pH tăng lên, pH tăng liên tục ở nhiệt độ 6000 C Độ pH của TSH làm từ rơmngô pH của TSH sản xuất từ rơm ngô ở 6000C là khoảng 9,54 cho thấy rằng

nó có tiềm năng để cải tạo đất chua, đây có thể là một yếu tố quan trọngtrong sự di động của kim loại [14]

 pH của TSH làm từ phân bò sữa là khoảng 9,81, của TSH làm từ vỏ trấu làkhoảng 8,01 pH của TSH làm từ phân bò cao hơn là do phân bò đã có chứamột số lượng lớn khoáng chất chúng có thể bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ ởnhiệt độ cao hơn 3000 C, làm pH của sản phẩm tăng đến gần 10 [13]

- Thành phần, hàm lượng các nguyên tố có trong TSH:

 Thành phần nguyên tố có trong các mẫu TSH:

Nguyên liệu tre: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho thấy các nguyên

tố có trong TSH từ tre thu được là C, O, Al, Si, Ca, K, N, Mg

Nguyên liệu rơm rạ: Kết quả phân tích hình ảnh SEM và phổ EDS cho thấy,TSH từ rơm rạ có chứa các nguyên tố Si, C, O, N, K

Nguyên liệu gỗ keo lai: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho thấy, TSH

từ gỗ keo lai có chứa các nguyên tố: O, C, K, Al, Cl, N, Si, Ca, Mg

Như vậy, khi bón các loại TSH này vào trong đất có thể làm tăng một số nguyên tốdinh dưỡng trong đất như Mg, K, N, P, Ca, C, O

 Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố khác trong các mẫu TSH:

Dựa vào bảng 1.2, thấy rằng dạng cácbon cố định chiếm tỷ lệ khá lớn trong

TSH (trung bình là trên 50%) Chất hữu cơ bay hơi trong TSH từ gỗ keo lai có tỷ

lệ cao nhất (20,8%), cao hơn TSH từ tre 3,8% Chỉ tiêu này thấp nhất ở TSH từrơm ra (10,5%) Tỷ lệ tro trong mẫu TSH từ rơm rạ là cao nhất (35,6%), trong khi

đó tỷ lệ này giảm mạnh trong mẫu TSH từ tre (12,1%), đặc biệt là trong gỗ, tỷ lệnày giảm tới 31,8%, chỉ còn là 3,8% Nitơ trong TSH từ tre chiếm tỷ lệ phần trămcao nhất, đạt 1,02%, cao hơn so với TSH từ rơm rạ 0,17%, và 0,63% so với TSH

từ gỗ Tỷ lệ hydro trong TSH từ tre và gỗ gần như bằng nhau (lần lượt là 2,63%,2,64%) Tỷ lệ này thấp nhất ở TSH với nguồn nguyên liệu là rơm rạ, chỉ có 0,92%.Oxy là nguyên tố có tỷ lệ lớn thứ 2, sau các bon, trong nguyên tố được xác địnhtrong các mẫu TSH Gỗ keo lai cho TSH có tỷ lệ oxy cao hơn cả (12,89%), thấpnhất là với TSH từ rơm rạ, chỉ có 5,89% oxy [1]

Bảng 1.2 Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố có trong các mẫu TSH Chỉ tiêu

CHC bay hơi

10

 SSA của TSH được sản xuất từ rơm ngô là khoảng (SA=17,3m2/g) Thấyrằng diện tích bề mặt của TSH tăng lên khi tăng nhiệt độ nhiệt phân Khi sosánh với TSH sản xuất từ các nguyên liệu khác như cây gỗ (SA=206,7m2/g),thì thành phần sinh khối chứ không phải quy trình sản xuất sinh học đóngvai trò quan trọng trong SSA của TSH Diện tích bề mặt lớn cho thấy độxốp cao và có tác động quan trọng đến sự hấp phụ kim loại nặng [13].

2.2 Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp.

 TSH làm tăng năng suất cây trồng:

Ngoài việc TSH cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết, các axít humic cònchứa các hóc môn có khả năng tăng trưởng cây trồng Vì vậy bón TSH vào đất làmtăng đáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trưởng phát triển và năng suấtcây trồng Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng 24% và sinh khốicũng tăng 13% và chiều cao của cây có thể tăng thêm 1,26 đến 1,35 lần và sảnlượng tăng 2,3 đến 2,4 lần Với cây hàng năm năng suất có thể tăng 200% nếuđược bón lượng TSH cao [10]

Tất nhiên để tìm ra lượng TSH tối ưu bón cho cây trồng thì cần phải xácđịnh cho từng loại đất và cây trồng nhất định Một số nghiên cứu gần đây còn chothấy tác dụng của TSH đối với sinh trưởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếubón kết hợp với phân khoáng [10]

 TSH cải thiện dinh dưỡng dễ tiêu cây trồng

Bón TSH có thể làm tăng pH và giảm nhôm di động trong đất chua, tại cácvùng đất nhiệt đới bị khoáng hóa mạnh thâm canh cao Bón TSH làm tăng pH đấtđối với rất nhiều loại thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn

vị pH Kết quả là độ no bazơ tăng đến tận 10 lần so với trước khi bón TSH, cònCEC thì tăng đến 3 lần bởi vì khi bón TSH đồng thời cũng bổ sung thêm cácnguyên tố kiềm K, Ca, Mg vào dung dịch đất, tăng pH đất và tăng dinh dưỡng dễtiêu cho cây trồng trong đất Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng kể cả lượngTSH nhỏ bón vào đất thì cũng tăng một cách đáng kể lượng cation kiềm trong đất,

kể cả lượng đạm tổng số và lân dễ tiêu cũng tăng hơn so với đối chứng

 TSH cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất

TSH không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hưởng tínhchất lý học đất như khả năng giữ nước của đất Những tác dụng này có thể nângcao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất Những đặc tính lý hóahọc của các loại đất nghèo hữu cơ thường được cải thiện bằng các hình thức canhtác gắn liền với việc sử dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và cácchất mùn từ than Một nhược điểm rất lớn của việc sử dụng tàn dư hữu cơ là phảibón một lượng rất lớn từ 50 đến 200 tấn/ha thì mới cải thiện được một phần đặctính của đất Đáp ứng được lượng bón lớn như vậy là tương đối khó Trong khi đóchỉ cần bón một lượng nhỏ (1,5 tấn/ha) than giàu axít humic cũng làm tăng từ 20đến 130% hạt kết ổn định Hơn nữa chất thải hữu cơ lại có thể chứa rất nhiều chất

ô nhiễm hữu cơ và vô cơ

 TSH làm giảm mức độ thấm sâu của các chất trong đất

TSH có thể hạn chế sự thấm sâu của các chất gây ô nhiễm trong đất nôngnghiệp Điều này có thể do bởi khả năng hút bám của TSH đối với các chất hòa tannhư Al3+, NO3-, PO43- và các ion hòa tan khác [15] Với khả năng này, than sinh họcnên được nghiên cứu để ứng dụng vào việc hạn chế rửa trôi dinh dưỡng bề mặt ởcác lưu vực và hạn chế ô nhiễm nước ngầm gây ra bởi sự thấm sâu của các hóachất sử dụng trong nông nghiệp

Theo một nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2011) về đánh giá ảnh hưởngcủa than sinh học đến năng suất ngô và khí nhà kính trên đất sét tích vôi nghèo cacbon hữu cơ tại Hà Nam, Trung Quốc, thí nghiệm bón than sinh học được làm từrơm lúa mỳ nhiệt phân bằng lò ở nhiệt độ từ 350 – 5500C với lượng bón từ 0, 20,

40 tấn/ha Thí nghiệm này cho thấy than sinh học làm tăng năng suất ngô từ 7,3đến 15,8% mà không cần bón thêm nitơ và 8,8 và 12,1% tương ứng với 20 tấn/ha

và 40 tấn/ha than sinh học kết hợp với phân nitơ Trong nghiên cứu này cũng chothấy năng suất cây trồng tăng tương ứng với lượng than sinh học bón vào đất [15]

 Xử lý các chất ô nhiễm khác và làm phân ủ

Chất thải nông nghiệp như rơm rạ, phân chuồng giàu chất hữu cơ và cácnguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, do đó rất thuận lợi cho việc bổ sung

12

vào đất với mục đích cải thiện tính chất của đất và trả lại chất dinh dưỡng và tănghàm lượng hữu cơ trong đất.

Ủ phân compost là một trong những biện pháp ứng dụng rộng rãi đối vớiquá trình tái chế chất thải nông nghiệp, điều mà có thể tránh được những bất lợi docác độc tố khi bón trực tiếp vào đất TSH như một nhân tố có tác động lớn có thểthúc đẩy quá trình ủ không chỉ tạo cấu trúc và bổ sung chất khô mà còn cung cấp C

và năng lượng cho các vi sinh vật Nó cho thấy rằng, than sinh học là tác nhân tối

ưu hóa cho quá trình ủ phân gia súc, gia cầm bằng cách làm giảm mùi hôi và mất

N cũng như tạo ra loại phân ủ có thành phần dinh dưỡng cân bằng Do vậy, thansinh học có vai trò hỗ trợ trong việc xử lý hoặc thay thế sự dụng chất thải nôngnghiệp

 Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm

Các chất ô nhiễm có thể gây độc hại đối với hệ sinh thái nếu chúng dichuyển vào đất và đi vào cây trồng, sinh vật hoặc thấm vào nước ngầm Than sinhhọc đã được chứng minh là một chất hấp thu hiệu quả các chất gây ô nhiễm khácnhau, chất hữu cơ và chất vô cơ vì chúng có diện tích bề mặt lớn và có cấu trúcđặc Nhiều nghiên cứu khác cũng cho thấy than sinh học làm từ các vật liệu khácnhau có khả năng hấp thu kim loại nặng các chất ô nhiễm hữu cơ như PAHs, thuốctrừ sâu và các chất ô nhiễm khác [11]

2.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học trên thế giới và Việt Nam

2.3.1 Thế giới

Các nghiên cứu về biochar trên thế giới đã được tiến hành cách đây khá lâu

và từ năm 2007 bắt đầu có những bài báo công bố về loại than này Khái niệm vềbiochar ngày càng được chú ý trên cả trường chính trị và học thuật, với một sốnước (ví dụ: Anh, New Zealand, Mỹ) thiết lập các “Trung tâm nghiên cứubiochar’” Những phân tích tổng hợp các hiệu quả quan sát được từ sự ứng dụngbiochar vào đất của Verheijen và nnk (2009) cho thấy sự gia tăng của năng suấtmùa vụ: trung bình tăng 12% năng suất cây trồng/năm Những lý do chính đượcđưa ra là tăng cường khả năng giữ phân bón, giữ nước, tăng trao đổi cation và giảm

độ chặt đất Thêm vào đó, lợi ích môi trường từ việc ứng dụng biochar vào đất baogồm giảm sự mất nitơ vào nước và không khí, và giảm nhu cầu phân bón.

Biochar đã được ứng dụng nhưng chưa phổ cập trên thế giới, ví dụ như ở

Mỹ, Úc, Ấn Độ, Philippines, Thái Lan và ở Châu Phi Nhưng có nơi lại rất phổcập như Hawai [19]

Hiện nay nhiều vùng trên khắp thế giới đã áp dụng bón than sinh học chođất, than sinh học được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ từ5.500C – 7.000C với điều kiện yếm khí (điều kiện thiếu oxy và áp suất lớn thìcacbon sinh khối không bị cháy toàn bộ mà chuyển sang dạng giữa khoáng và hữucơ) trong các Biochar Reactor hay lò đốt nhiệt phân chuyên dụng với công suất lớn

100 - 200 tấn biochar/ngày

Theo GS Lehmann đã trình bày ở Hội hóa học Mỹ rằng sử dụng than sinhhọc cộng với phân hóa học đã làm tăng trưởng lúa mỳ mùa đông và rau quả lên 25-50% so với bón một mình phân hóa học TS N.Sai Bhaskar Reddy (2008) nghiêncứu ở đậu tương cũng nhận xét rằng có thêm Biocarbon vào đất nền, tỷ lệ nảy mầmcao, hệ rễ phát triển mạnh, quang hợp tăng, hoạt động của vi khuẩn cộng sinh cốđịnh nitơ mạnh mẽ hơn so với đối chứng (trên đất nền) [11]

Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, sản lượng cây trồng ở các vùng đấtbón Biochar ở Canada tăng lên từ 6-17% so với đối chứng, thân cây cứng hơn và

bộ rễ phát triển nhiều hơn (đến 68%) Hao hụt dưỡng chất phân bón do bị rửa trôigiảm rõ rệt, trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44%

Theo Elmer, Wade, Jason C White, and Joseph J Pignatello, Đại học tổnghợp Connecticut (2009) thì cho thêm than sinh học vào đất sẽ có được giá trị sinhhọc đặc biệt quan trọng bởi nó sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại, đặc biệt

là kim loại nặng và thuốc trừ sâu ngấm vào đất nên không gây ô nhiễm các nguồncung cấp thực phẩm [8]

Theo GS Johannes Lehmann, bộ môn Khoa học cây trồng và đất - Đại học

Cornell đã nói tại Hiệp hội khoa học và tiến bộ Mỹ (2006) rằng: “Các kiến thức

mà chúng ta có thể đạt được từ nghiên cứu các loại đất đen được tìm thấy trên toàn khu vực sông Amazon không chỉ dạy chúng ta làm thế nào để khôi phục đất bị

14

suy thoái, sản lượng thu hoạch tăng gấp ba và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có đất nông nghiệp nghèo mà còn có thể dẫn đến các công nghệ

để cô lập carbon trong đất và ngăn chặn những thay đổi quan trọng về khí hậu thế giới” Từ những nhận định và nghiên cứu trên, cho thầy rằng Biochar đang là một

nguồn năng lượng sinh học tiềm năng được nhiều nước quan tâm [12]

2.3.2 Việt Nam

Việt Nam có một tiềm năng sinh khối đáng kể là những phế phụ phẩm nôngnghiệp Theo ước tính Việt Nam với sản lượng lúa là 38 triệu tấn/năm (GSO,2009) thì sẽ có tương ứng 38 triệu tấn rơm rạ, 6-7 triệu tấn trấu Ngoài lúa còn cókhoảng 1,4 triệu tấn lá mía (chỉ tính lượng nông dân đốt tại ruộng) và một lượngkhông nhỏ các nguồn phụ phẩm khác như cỏ, lá, mùn cưa, bã mía…Đây là nguồnvật liệu rất phong phú và đầy hứa hẹn cho sản xuất TSH để phục vụ cuộc sống [7]

Sử dụng TSH không mới ở Việt Nam Đã có nhiều nghiên cứu công nghệ vàchế tạo thiết bị để sản xuất và ứng dụng TSH như Viện Môi trường Nông nghiệp(Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) nghiên cứu sản xuất thành công TSH từdăm gỗ, mùn cưa, rơm, rạ, trấu, bã mía, ngô, cà phê; Mai Thị Lan Anh (Đại họcKhoa học - Đại học Thái Nguyên) có sáng chế TSH từ rơm rạ, củi, lõi ngô, trấudùng làm phân bón; Đại học Nông Lâm - Đại học Huế đã nghiên cứu, thiết kế vàchế tạo thành công lò đốt tạo TSH từ phế phụ phẩm nông nghiệp công suất từ 50đến 300 kg trấu nguyên liệu/mẻ (2 giờ đốt), với các ưu điểm như tiết kiệm thờigian, công sức, ít tạo khói và khí thải, hiệu suất thu hồi TSH đạt từ 95 - 99%; ViệnThổ nhưỡng Nông hóa đã sử dụng TSH làm từ trấu để làm giá thể, đất nhân tạo vàphân bón hữu cơ vi sinh để sản xuất hoa cây cảnh và các loại rau đặc sản; Công ty

CP Phân bón và Dịch vụ tổng hợp Bình Định (Biffa), năm 2007 đã nhận chuyểngiao công nghệ từ Công ty Sino - Nhật Bản để sản xuất TSH từ cây bạch đàn rừngtrồng và đưa ra thị trường nhiều loại sản phẩm từ TSH; Hợp tác xã Công nghiệp -Dịch vụ Hưng Thịnh phường Nông Tiến (thành phố Tuyên Quang) được thành lậpnăm 2010, chuyên sản xuất và đưa ra thị trường TSH từ mùn cưa Và tại Sở Khoahọc và Công nghệ TP.HCM, đề tài “Nghiên cứu sản xuất than sinh học từ lục bình

phục vụ sản xuất nông nghiệp” đang được Trung tâm Nghiên cứu đất phân bón vàmôi trường phía Nam triển khai…[17].

Theo TS Nguyễn Hữu Ninh: “Chúng ta đi theo hai hướng: một là sản xuấtlớn (biochar) bài bản về công nghệ và đắt tiền hơn; thứ hai sản xuất theo cách thủcông, bán thủ công, bán tự động theo mô hình hộ gia đình, các hộ gia đình, mộtlàng, một xã với một hệ thống như thế” [16]

 Sử dụng than sinh học cho nông nghiệp

Việt Nam, thử nghiệm sử dụng TSH để trồng lúa ở Thái Nguyên, với NPK + 2,5 tấn TSH

cho năng suất lúa chỉ đứng sau NPK + 10 tấn compost (Bảng 1.3); trong khi trồng rau với

NPK + compost cho năng suất cao nhất, nhưng nếu bón thêm TSH, năng suất lại giảm

(Bảng 1.4) Với TSH từ trấu, trồng đậu phộng ở Ninh Thuận bón đồng thời NPK+ phân xanh + TSH cho năng suất cao nhất (Bảng 1.5) Để sử dụng TSH đạt hiệu quả, cần có

những nghiên cứu áp dụng cụ thể cho từng loại TSH theo từng vùng đất và loại cây trồng

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa tại Thái Nguyên và Thanh Hóa

Công thức

Năng suất trungbình(Tấn/ha)

So sánh năngsuất khi chỉbón NPK (%)

Năng suất trungbình(Tấn/ha)

So sánh năngsuất khi chỉbón NPK (%)