Nghiên cứu phát triển phân bón hữu cơ vi sinh nhả chậm từ bùn bể biogas: giải pháp ổn định dinh dưỡng cho cây trồng

GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

• Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .1 Ý nghĩa khoa học

Mặc dù làm tăng đáng kể sản lượng cây trồng, cách thực hành này cũng làm giảm mạnh di sản sinh thái với tốc độ đáng lo ngại, bao gồm phát quang rừng, bạc màu đất, ô nhiễm công nghiệp, giảm chất lượng nước mặt – nước ngầm, mất sự đa dạng quần thể sinh học, kéo theo hàng loạt những hậu quả nghiêm trọng tác động ngược lại con người và quần thể động thực vật (Altieri, 2002). Giới chuyên môn nhận định cần thiết phải xây dựng một hệ thống sản xuất lương thực được dựa trên những chiến lược tăng cường thay thế, còn gọi là “tăng cường sinh thái”, nỗ lực tập trung thúc đẩy hiệu quả sử dụng phân bón, giảm nhu cầu phân bón và thuốc bảo vệ thực vật trong khi vẫn duy trì được mức sản lượng nông sản nhờ phục hồi độ phì nhiêu của đất đồng thời tăng hiệu quả sử dụng nước và chất lượng nước (Tittonell, 2014). Nhóm phân bón này có bổ sung hợp chất ổn định đạm giúp cải thiện hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng N đang được giới chuyên môn trong và ngoài nước đặc biệt quan tâm, mặc dù thị phần trong nước hiện còn thấp (chỉ khoảng 2-3%) nhưng có tiềm năng mở rộng lớn (Lê Công Nhất Phương và cộng sự, 2017);.

Trong đó, bất kể đối tượng phát triển thuộc nhóm phân bón nào, mục tiêu quan trọng nhất cần phải đạt được chính là các chất dinh dưỡng cần thiết trong đất cho cây hấp thu phải được cung cấp ở dạng “ổn định”, không phải ở dạng dễ bay hơi, chẳng hạn như dạng liên kết amino axit với cộng đồng vi sinh, dạng ion hòa tan trong dung dịch đất hay ở dạng muối khoáng. Điều này khiến cho nhu cầu thực tế sử dụng phân bón từ bùn lỏng gặp nhiều hạn chế như chi phí vận chuyển cao, đòi hỏi phải được xử lý bước đầu để đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm và môi trường và cách thức bón phân đặc biệt với liều lượng thấp và nén sâu dưới lớp đất, mặc dù vậy hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng vẫn không cao do dễ mất mát thông qua bay hơi và rửa trôi. Vì vậy, một trong những cách tiếp cận hợp lý hiện nay để thúc đẩy phát triển sản phẩm phân bón từ bùn bể biogas, nhằm đáp ứng yêu cầu xử lý chất thải nông nghiệp theo xu hướng tăng cường nông nghiệp sinh thái, chính là tiến hành cô đặc - tách nước bùn lỏng bể biogas để thu được sản phẩm bùn đặc hơn cùng với dịch loãng thu hồi có chứa chủ yếu nitơ ở dạng tự do.

Bùn đặc hơn có thể được sử dụng làm nguyên liệu hữu cơ phối trộn sinh khối các chủng vi sinh ổn định đạm và/hoặc phân giải phốt-phát khó tan; trong khi dịch NH4+ thu hồi có thể được chuyển thành dạng muối (NH4)3PO4 hòa tan và bổ sung đồng thời vào quá trình ủ phân compost, nhằm duy trì độ ẩm và bổ sung các chất dinh dưỡng N và P cho đối tượng phân compost. Ý tưởng phát triển phân bón này được cung cấp hướng xử lý giảm bớt thể tích hỗn hợp bùn lỏng nhằm giảm chi phí vận chuyển, thu hồi và chuyển đổi thành phần dinh dưỡng dồi dào trong bùn làm nguồn dinh dưỡng bổ sung N và P cho quá trình ủ phân compost trong định hướng nghiên cứu tiếp theo.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

• B, C: các thí nghiệm lặp lại của mỗi nghiệm thức)

Kết quả phân tích thành phần và thông số hóa lý đặc trưng của đất trồng thực nghiệm được trình bày trong Bảng 4.4 cho thấy tỉ lệ đóng góp của cát, bùn và sét trong mẫu đất nghiên cứu lần lượt khoảng 13%, 39% và 47%, thuộc loại kết cấu đất sét pha bùn (Tổ chức Nông Lương Thế Giới - FAO). Lượng NH4+-N đáng kể được thêm vào dưới dạng (NH4)2PO4 để tổng hợp phân bón dạng hạt trong nghiên cứu này có thể giải thích cho hiện tượng NH4+-N và NO3--N giải phóng liên tục sau 7 ngày vào trong nước ngâm phân bón. Nhìn chung, phân bón tổng hợp từ bùn thải biogas kết hợp dinh dưỡng vô cơ cho hiệu quả tăng trưởng cao hơn so với PTM, đặc biệt phân tổng hợp có phủ màng (PP) cho hiệu quả tăng trưởng chiều cao và số lá cao hơn đáng kể so với PTM và phân tổng hợp không phủ màng (PKP).

Tuy nhiên, nhược điểm của phân bón hóa học với sự hòa tan nhanh của dinh dưỡng ở dạng N vô cơ là mức thất thoát N rất lớn do tốc độ hòa tan cao hơn so với tốc độ hấp thu dinh dưỡng của thực vật (Wang và cộng sự, 2021). Trong nghiên cứu này, việc bổ sung N vô cơ dưới dạng urê và (NH4)3PO4 trong công thức phân bón tổng hợp từ bùn thải biogas thể hiện một cách tiếp cận chiến lược để thực hành sử dụng kết hợp các loại phân bón hữu cơ và vô cơ. Việc ổn định NH4+-N trên các hạt đất tích điện âm hiệu quả có thể góp phần làm chậm tốc độ giải phóng NH4+-N từ phân bón dạng hạt kết hợp N vô cơ và bùn thải biogas, từ đó làm giảm sự thất thoát NH4+-N qua nước thoát của nghiệm thức PKP và PP (Zhu và Wang, 2011).

Mức thất thoát NH4+-N trong nước thoát thấp hơn ở nghiệm thức PP so với nghiệm thức PKP cho thấy màng phủ polymer cho hiệu quả tốt trong làm chậm tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng từ viên phân bón tổng hợp. Lớp màng phủ gelatin- glutaraldehyde có thể giúp giảm tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng bằng cách hạn chế sự khuếch tán của nước vào bên trong viên phân và ra ngoài môi trường thông qua quá trình trương nở và thẩm thấu. Nói cách khác, khi tiếp xúc với môi trường đất ẩm, lớp màng phủ polymer trương nở cho phép nước khuếch tán chậm vào trong viên phân và hòa tan chất dinh dưỡng đồng thời hạn chế tốc độ giải phóng chất vào môi trường đất.

Ở giai đoạn cây con, nhu cầu dinh dưỡng thấp, tốc độ chuyển hóa cao trong nghiệm thức PP giải phóng hàm lượng NH4+-N lớn, không được thực vật hấp thu hết và lượng dư thừa sẽ thất thoát qua nước tưới lớn hơn so với nghiệm thức PKP ở cùng giai đoạn. Nồng độ NH4+-N trong đất tăng khi phân bón được bổ sung vào đất trồng, ghi nhận đạt cao nhất trong khoảng 5 – 7 ngày sau khi bổ sung phân bón vào ngày thứ 2 và ngày thứ 19 của chu kỳ trồng cây. Có thể thấy, hàm lượng NH4+-N trong đất của 2 nghiệm thức PKP và PP không có sự khác biệt đáng kể trong suốt chu kỳ trồng cây mặc dù ghi nhận nồng độ NH4+-N trong đất của nghiệm thức PP đạt cực đại (100,02 mg/kg) ở thời điểm trễ hơn (ngày thứ 28) so với các nghiệm thức PTM và PKP.

Sự khác biệt về nồng độ NH4+-N và thời điểm tích lũy NH4+-N cực đại trong đất ở nghiệm thức PP so với các nghiệm thức PTM và PKP có thể chứng minh cho khả năng hoạt động hiệu quả của lớp màng phủ polymer bên ngoài viên phân tự tổng hợp, giúp làm chậm quá trình nhả dinh dưỡng ra môi trường đất. Nhìn chung, nhờ phân giải chậm chất dinh dưỡng, phân bón tổng hợp giúp làm giảm thất thoát dinh dưỡng theo nước tưới đồng thời tăng cường tích lũy dinh dưỡng trong đất, giúp cây trồng sinh trưởng tốt đồng thời giảm ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường. Điều này khẳng định công năng của lớp màng composite trong việc ngăn cản sự giải phóng ồ ạt thành phần NH4+ trong viên phân được tổng hợp từ bùn thải bể biogas, nâng cao hiệu quả làm giảm thất thoát dinh dưỡng cần thiết ra môi trường.