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

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ, TỈNH PHÚ THỌ CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ, TỈNH PHÚ THỌ ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH ĐỨC CÔNG HÀ NỘI, NĂM 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực, khách quan chưa sử dụng công bố công trình khác Các thông tin, số liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc công bố theo quy định TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đoàn Thị Bích Hòa ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Môi Trường Trường ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội tận tình dạy bảo, truyền đạt cho kiến thức tảng suốt thời gian học tập tạo điều kiện thuận lợi cho 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 đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu khoa học, thực hoàn thành luận văn Chúng xin cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Phòng vật liệu polyme, phòng chức tạo điều kiện sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu trình thực luận văn Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến đề tài “Nghiên cứu ứng dụng số vật liệu tiên tiến, thân thiện môi trường canh tác nông, lâm nghiệp vùng Tây Bắc”- Đề tài KHCN thuộc Chương trình Tây Bắc mã số KNCN-TB.08C/13-18 cung cấp cho nhiều tài liệu tài trợ kinh phí để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè người thân giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho hoàn thành khoá học thực thành công luận văn Luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ phía hội đồng báo cáo, giáo viên phản biện thầy cô khoa để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Học viên Đoàn Thị Bích Hòa iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU 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 điều kiện tự nhiên 1.1.2 Khí hậu thủy văn 1.2 Đặc điểm chè 1.2.1 Đặc điểm sinh vật học chè 1.2.2 Những yếu tố tác động đến sinh trưởng phát triển chè 1.2.3 Nhu cầu dinh dưỡng chè 1.3 Đặc điểm đất trồng chè Phú Thọ 1.3.1 Tổng quan đất 1.3.2 Đất trồng chè Phú Thọ 10 1.4 Giới thiệu chung polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước) phân bón NPK nhả chậm 10 1.4.1 Giới thiệu chung polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước) 10 1.4.2 Giới thiệu chung phân bón NPK nhả chậm 15 1.5 Tình hình nghiên cứu polyme giữ ẩm phân bón NPK nhả chậm Việt Nam giới 21 1.5.1 Các đề tài, dự án nghiên cứu ứng dụng chất giữ ẩm (polyme ưa nước) nông nghiệp Việt Nam giới 21 1.5.2 Các đề tài, dự án nghiên cứu ứng dụng phân bón NPK nhả chậm nông nghiệp Việt Nam 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 thời gian nghiên cứu 33 2.2 Hóa chất, dụng cụ vật liệu nghiên cứu 33 iv 2.2.1 Hóa chất, dụng cụ 33 2.2.2 Vật liệu 33 2.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm 34 2.4 Nghiên cứu khả cải tạo đất sau sử dụng polyme giữ ẩm phân NPK nhả chậm 37 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu chuẩn bị mẫu 38 2.4.2 Phương pháp phân tích xác định tiêu đất 39 2.5 Xác định tiêu suất chè 39 2.6 Thang đánh giá hàm lượng tiêu đất 40 2.7 Phương pháp xử lý số liệu 41 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết phân tích tính chất hóa lý độ phì nhiêu đất trồng chè trước sử dụng polyme giữ ẩm phân bón nhả chậm 42 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm phân bón NPK nhả chậm sau sử dụng đến khả cải tạo đất trồng chè 43 3.2.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến thay đổi độ ẩm đất 43 3.2.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến độ xốp đất 46 3.2.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến chất hữu đất 48 3.2.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến tính hóa lý đất 50 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến suất chè kinh doanh 58 3.3.1 Mật độ búp khối lượng búp chè 58 3.3.2 Hiệu kinh tế sử dụng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC v DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AMS-1 : Polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước) PG : Phụ gia CHC : Chất hữu CEC : Dung lượng hấp thu OM : Hàm lượng chất hữu đất KL-búp : Khối lượng búp chè MĐ-búp : Mật độ búp chè LSD0,05 : Sai khác có ý nghĩa thống kê với mức tin cậy 95% CV% : Hệ số biến động TCVN : Tiêu chuẩn việt nam PTN : Phòng thí nghiệm TN : Thí nghiệm STT : Số thứ tự KHKT : Khoa học khí tượng KHCN : Khoa học công nghệ NXB : Nhà xuất vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Công thức tỷ lệ sử dụng Polyme giữ ẩm Phân nhả chậm NPK 36 Bảng 3.1 Kết phân tích tiêu hóa lý đất trước sử dụng vật liệu công thức 42 Bảng 3.2 Độ ẩm đất công thức sử dụng vật liệu theo dõi PTN 44 Bảng 3.3 Ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến độ ẩm đất đất trồng chè 45 Bảng 3.4 Ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến độ xốp đất 47 Bảng 3.5 Ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến chất hữu đất 48 Bảng 3.6 Kết phân tích tiêu đất tháng 12/2016 50 Bảng 3.7 Kết phân tích tiêu đất tháng 01/2017 51 Bảng 3.8 Kết phân tích tiêu đất tháng 02/2017 52 Bảng 3.9 Kết phân tích tiêu đất tháng 03/2017 53 Bảng 3.10 Kết phân tích tiêu đất tháng 04/2017 53 Bảng 3.11 Kết phân tích tiêu đất tháng 05/2017 54 Bảng 3.12 Tổng hợp kết xử lý số liệu thống kê chi tiêu khối lượng búp mật độ búp chè 58 Bảng 3.13 Ảnh hưởng AMS-1 phân nhả chậm đến suất chè 61 Bảng 3.14 Hiệu kinh tế thu công thức thí nghiệm 62 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 tháng đầu năm 2017 Hình 1.2 Cơ chế trương hấp thụ nước 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 hấp thụ nước (a); sau hấp thụ nước (b) mô tả trình giữ nước cho AMS-1 cho trồng (c) 25 Hình 1.5 Hình ảnh polyme giữ ẩm phân bón NPK nhả chậm thành phẩm, ứng dụng nông nghiệp chế tạo Viện Hóa học- Viện hàn lâm KH CN Việt Nam 32 Hình 2.1 Ảnh mô hình thí nghiệm cho chè 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 polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến độ ẩm đất 45 Hình 3.2 Biểu đồ ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến độ xốp đất 47 Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến chất hữu đất 49 Hình 3.4 Biểu đồ kết hàm lượng Nitơ tổng so với công thức CT0-ĐC1 56 Hình 3.5 Biểu đồ kết hàm lượng P2O5 dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1 56 Hình 3.6 Biểu đồ kết hàm lượng K2O dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1 57 Hình 3.7 Ảnh hưởng AMS-1 phân NPK nhả chậm đến mật độ búp 60 Hình 3.8 Ảnh hưởng AMS-1 phân NPK nhả chậm đến khối lượng búp 60 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong năm gần đây, với diễn biến trình biến đổi khí hậu, điều kiện canh tác nông nghiệp ngày gặp nhiều khó khăn đất đai ngày bị thoái hóa, thiên tai, dịch bệnh, yếu tố ngoại cảnh khác tác động mạnh mẽ đến trồng làm cho suất, chất lượng hàng hóa nông nghiệp giảm Nước phân bón hai yếu tố vô quan trọng định đến suất, chất lượng nông sản độ phì nhiêu đất Bởi vậy, từ lâu người ý đến việc tưới tiêu bón phân cho trồng Hiện hiệu sử dụng phân bón hóa học thấp, lượng phân đạm, lân, kali bón vào đất không trồng sử dụng hết mà thất thoát môi trường nhiều Điều làm tăng chi phí, giảm hiệu kinh tế gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường đất, nước không khí Để nâng cao hiệu sử dụng phân bón khả cải tạo đất; nâng cao hiệu kinh tế hạn chế ô nhiễm môi trường góp phần phát triển nông nghiệp xanh, gần giới có xu hướng nghiên cứu ứng dụng phân bón nhả chậm Phân bón nhả chậm dạng phân có khả lưu giữ cung cấp dinh dưỡng cho thời gian dài, làm giảm thiểu khả thất thoát dinh dưỡng rửa trôi bốc hơi, góp phần tiết kiệm lượng phân sử dụng hạn chế ô nhiễm môi trường Polyme siêu hấp thụ nước (hay gọi polyme giữ ẩm) loại polyme có khả giữ lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khối lượng chất đa điện ly tổng hợp có tác dụng làm bền gia cố cấu trúc đất, tạo nguồn nước giữ trự đất để trồng hấp thụ Việc sử dụng loại polyme cho nông nghiệp làm tăng lượng ẩm sẵn có vùng rễ, nhờ kéo dài khoảng thời gian lần tưới Sự phát triển chè phụ thuộc vào nhiều yếu tố khí hậu, đất đai, điều kiện chăm sóc đặc biệt lượng nước phân bón Cây chè loại có xuất xứ yêu cầu lượng mưa hàng năm thích hợp cho 1.500 – 2.000 mm, hàng 55 Từ bảng kết cho thấy vào tháng 5/2017 tiêu lý hóa dinh dưỡng đất trồng chè so với đối chứng CT0-ĐC1 có thay đổi rõ: pH tăng đạt từ 4,23 - 4,38 Hàm lượng tiêu đa lượng catrion trao đổi có chiều hướng tăng so với đối chứng toàn thí nghiệm công thức cụ thể sau: N tổng tăng 10,9 %%; P2O5 (tổng) tăng 3,6% K2O (tổng) tăng 4,82% ; P2O5 dễ tiêu tăng 10%, K2O(dễ tiêu) tăng 9,2%, Ca2+ tăng 4,6%, Mg2+ tăng 4%, CEC tăng 5,1% Vào gần cuối tháng có mưa lớn dẫn đên dộ ẩm đất tăng lên tạo điều kiện cho vi sinh vật phân hủy mạnh chất hữu phân NPK Qua tháng sử dụng phân bón NPK nhả chậm, theo kết nghiên cứu đề tài ”Tổng hợp nghiên cứu tính chất phân bón ure nhả chậm’’ Viện Hóa Học, Tạp chí Hoá học, 2016 theo chế nhả dưỡng nhả dưỡng khoảng 60% N,P,K vào đất cho hấp thu, điều phù hợp với quy định phân nhả chậm Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu So với công thức đối chứng tiêu đa lượng N, P, K tăng lên chế nhả phân nhả chậm chúng nhả từ từ nên phân bón không bị xói mòn, rửa trôi mưa lớn hay lũ quét tan nhanh phân thường gặp nước Do hàm lượng tiêu dinh dưỡng N, P, K tồn đất công thức có sử dụng phân bón nhả chậm có xu hướng cao công thức đối chứng sửu dụng phân bón thông thường Với công thức CT0-ĐC2 sử dụng phân bón đơn thông thường kết hợp polyme giữ ẩm cho kết tiêu đa lượng N tăng 3,5%, P2O5 dễ tiêu tăng 2,3%, K2O(dễ tiêu) tăng 3% Chứng tỏ polyme giữ ẩm vai trò giữ ẩm có khả nằng lưu giữ phân bón, tăng cường thêm khả hấp thu số tiêu dinh dưỡng cho đất Đặc biệt công thức CT3- NPK sử dụng 80% phân bón nhả chậm 100 kg AMS/ha kết tiêu nghiên cứu thể tính ưu việt so với công thức đối chứng tiêu đa lượng tăng từ 6% - 10% Nhận thấy tỷ lệ vật liệu cho kết cải tạo đất tốt Riêng công thức CT4-NPK phân tích thông số hóa lý cho kết thấp tương đương với công thức CT0-ĐC2, lượng phân bón sử dụng có 70% không đáp ứng đủ dinh dưỡng cho 56 chè hấp thu, phần bị thất thoát môi trường, tỷ lệ vật liệu không đảm bảo hiệu cho mục đích sử dụng Biểu đồ thể kết tiêu đa lượng sau sử dụng polyme giữ ẩm phân bón NPK nhả chậm (kết tháng 5/2017) sau tháng thí nghiệm so với công thức đối chứng: Hình 3.4 Biểu đồ kết hàm lượng Nitơ tổng so với công thức CT0-ĐC1 Hình 3.5 Biểu đồ kết hàm lượng P2O5 dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1 57 Hình 3.6 Biểu đồ kết hàm lượng K2O dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1 Nhìn chung, so với mẫu đất trước thí nghiệm qua tháng sử dụng vật liệu phân bón tổ hợp vật liệu phân bón nghiên cứu có ảnh hưởng tích cực đến tính chất đất trồng chè vùng nghiên cứu theo hướng cải thiện độ chua đất pH khoảng tăng lên đạt cao 4,38; tăng độ ẩm độ xốp đất, tăng hàm lượng chất hữu cơ, đạm, lân dễ tiêu, kali dễ tiêu, Ca trao đổi dung lượng hấp thu Các tiêu P2O5 (tổng) K2O (tổng), Mg2+ biến động Chất hữu tăng cao vào tháng 5/2017 tăng 10,1%; N tổng tăng 13% , P2O5 dễ tiêu tăng 12%, K2O dễ tiêu tăng 12,3%, Ca2+ tăng 6,8%, Mg2+ tăng 2,7%, CEC tăng 5% Điều sử dụng phân bón NPK nhả chậm hạn chế khả dinh dưỡng bị rửa trôi theo dòng chảy nên lượng phân bón giữ lại đất cao so với công thức đối chứng Theo thang đánh giá hàm lượng tiêu đất sau sử dụng vật liệu tính hóa lý đất đánh sau: từ mẫu đất ban đầu có hàm lượng đạm N tổng số, chất hữu cơ, K2O tổng, P2O5 dễ tiêu K2O dễ tiêu mức nghèo sau sử dụng polyme giữ ẩm phân bón nhả chậm số có biến động theo hướng tích cực tăng dần lên gần đạt mức trung bình, P2O5 dễ tiêu đạt mức trung bình Các kết cho thấy sử dụng polyme giữ ẩm phân bón nhả chậm làm thay đổi tích cực đến độ phì, tính lý hóa đất, tiêu đa lượng 58 trung lượng tăng dần toàn thí nghiệm Điều khẳng định vai trò polyme giữ ẩm phân bón nhả chậm việc cải tạo đất, bảo vệ đất: tăng cường phân giải vi sinh vật tăng độ phì nhiêu, làm tăng lượng chất trao đổi catrion loại chất khoáng, tăng kết cấu đất, cải thiện tính chất vật lí khả giữ ẩm đất 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng polyme giữ ẩm NPK nhả chậm đến suất chè kinh doanh 3.3.1 Mật độ búp khối lượng búp chè Khối lượng búp mật độ búp hai yếu tố cấu thành lên suất chè Quá trình sinh trưởng búp diễn nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiều yếu tố giống cây, cấp đất, khí hậu, giai đoạn phát triển loại phân bón Qua trình bố trí theo dõi thí nghiệm thu thập số liệu tổng hợp ảnh hưởng polyme giữ ẩm phân bón nhả chậm tiêu sinh trưởng khối lượng búp mật độ búp chè Sau sử dụng phương pháp phân tích phương sai phần mềm IRRISTAT 5,0 để xác định ảnh hưởng vật liệu tiên tiến thiết kế công thức đến tiêu sinh trưởng chè (khối lượng búp, mật độ búp) Kết phân tích thể bảng đây: Bảng 3.12 Tổng hợp kết xử lý số liệu thống kê chi tiêu khối lượng búp mật độ búp chè Công thức Khối lượng búp Mật độ búp CT0-ĐC1 70,9 559 CT0-ĐC2 73,1 570 CT1- NPK 80,1 610 CT2- NPK 75,6 590 CT3- NPK 73,6 578 CT4- NPK 67,9 550 LSD0,05 1,82 10,49 CV% 2,1 1,4 59 Qua bảng kết bảng phân tích ANOVA cho thấy ngưỡng so sánh (sai số có ý nghĩa thống kê phép tính LSD0,05) sau: - Đối với tiêu khối lượng búp (KL-BUP) giá trị LSD0,05 = 1,82 có giá trị PROB =0,000