4. Cấu trúc của luận văn
1.4.2 Tình hình nghiên cứu phân bón theo công nghệ nano ở Việt Nam
Riêng ở Việt Nam, với thời gian gần 10 năm (2001-2010) nghiên cứu và phát triển vật liệu nano sử dụng cho phân bón, Công ty TNHH Công nghệ Na Nô là Công ty Việt Nam tiên phong trong việc nghiên cứu thành công và
chính thức đưa ra thị trường một số sản phẩm phân bón trung vi lượng nano, bao gồm: Phân bón rễ nano và Phân bón lá nano.
Các nhà khoa học đã phân tích biết rằng cây trồng hấp thu từ môi trường bên ngoài với khoảng 70 nguyên tố hóa học khác nhau. Trong đó có những chất không rõ vai trò tác dụng của chúng, có thể chúng được hấp thụ vào cây một cách tình cờ do cơ chế thẩm thấu của bộ rễ. Nhưng có khoảng 20 nguyên tố hóa học được xác định là cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đó là: Carbon (C), Oxy (O), Hydro (H), Nitơ (N), Lân (P), Kali (K), Canxi (Ca), Lưu huỳnh (S), Magiê (Mg), Silic (Si), Boron (B), Clo (Cl), Mangan (Mn), Sắt (Fe), Kẽm (Zn), Đồng (Cu), Molipden (Mo), Niken (Ni), Selenium (Se), và Natri (Na).
Dựa trên việc hấp thu dinh dưỡng của cây trồng, các nhà khoa học đã phân loại và chia dinh dưỡng phân bón thành 3 nhóm sau:
- Phân bón đa lượng: Thành phần chính là Đạm - Lân - Kali (NPK), đây là lượng phân bón cây trồng cần nhiều trong suốt quá trình sinh trưởng.
- Phân bón trung lượng: Bao gồm Canxi (Ca), Magiê (Mg), Lưu huỳnh (S) và Silic (Si) là lượng phân bón cây trồng cần tương đối, dùng cho việc mang và trao đổi chất của cây.
- Phân bón vi lượng: Bao gồm Sắt (Fe), Đồng (Cu), Kẽm (Zn), Boron (Bo), Molipđen (Mo), Titan (Ti), Mangan (Mn)... Là lượng phân bón cây trồng cần ít nhất nhưng không thể thiếu trong suốt quá trình sinh trưởng, giống như cơ thể sống của con người luôn phải bổ sung vitamin các loại dù liều dùng rất thấp.
Trong quá trình chăm sóc bón phân cho cây trồng, nguời nông dân thuờng chỉ tập trung vào phân bón đa luợng (NPK) và hầu như không chú ý tới việc bổ sung phân bón trung luợng và vi luợng. Đồng thời việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và thuốc diệt cỏ đã dẫn tới tình trạng nhiễm độc đất;
môi truờng pH đất vị axit hoá làm cho các chất trung luợng cõ sẵn trong đất bị cố định lại không tan đuợc, khiến bộ rễ không hấp thu đuợc các chất dinh duỡng cần thiết. Nên dù nguời nông dân có bón nhiều NPK thì bộ rễ cây trồng vẫn không thể hấp thu và mức độ nặng là gây độc cho đất và cây trồng.
Dựa trên đặc tính lấy dinh dưỡng của bộ rễ cũng như khả năng hấp thu dinh dưỡng của bộ lá thì nguồn dinh dưỡng được cây trồng hấp thu nhanh chóng nhất là ở dạng kích thước rất nhỏ, đơn vị đo lường là nanomet. Phân bón rễ trung vi lượng (Nanô R-004 và Nanô R-011) và Phân bón Lá trung vi lượng (Nanô Real, Nanô Potassium, Nanô Root, Nanô Gold) của Công ty TNHH Công nghệ Na Nô được sản xuất theo công nghệ nano, giúp cho cây trồng dễ dàng hấp thu và chuyển hoá các chất dinh dưỡng cần thiết để phát triển.
- Phân bón rễ nanô: Là tổ hợp các nguyên tố trung vi lượng như: CaO, Fe2O3, K2O, TiO2, MnO, MgO, ZnO, B có chức năng chính là cung cấp dinh dưỡng (T.E thiết yếu) để cây trồng phát triển. Ngoài ra, nhờ vào tính chất nanomet của Ion sắt hóa trị không (Fe0) nên sản phẩm có thêm các chức năng bổ sung như: cải tạo lại môi trường pH đất phèn chua trở nên trung tính; phân huỷ các độc tố của thuốc diệt cỏ, thuốc bảo vệ thực vật, các chất hữu cơ; phân hủy các hệ keo đất có hại giúp cho phân bón không bị cố định. Nhờ đó mà bộ rễ của cây trồng dễ dàng hấp thu và vận chuyển trao đổi chất nhanh nhờ vào các nguyên tố trung vi lượng nano.
Nhờ vào các nguyên tố trung vi lượng nano, phân bón rễ nanô còn có các chức năng bổ sung giúp bộ rễ cây trồng phát triển tốt như: giúp bộ rễ tăng sức kháng lại các bệnh do nấm gây hại, vi khuẩn, virus có trong đất; giúp chuyển hóa nhanh dinh dưỡng nên cây trồng luôn khỏe mạnh xanh tốt; tăng năng suất và chất lượng nông sản.
- Phân bón lá trung vi lượng nano: Với các phân bón lá truyền thống thì tính thấm của các vi chất dinh dưỡng thông qua các lớp biểu bì lá bị hạn chế bởi khả năng điện hóa và hòa tan muối không đầy đủ. Sử dụng các yếu tố không tích điện với kích thước nhỏ hơn bao gồm các hạt nano kim loại sẽ nâng cao hiệu quả.
Thực tế là các hạt nano đi qua thành tế bào biểu bì sẽ mở ra khả năng áp dụng công nghệ nano cho các mục đích nông học. Các thành phần nano được phun lên bề mặt lá cũng có thể đi qua các lỗ khí khổng và sau đó di chuyển nhanh đến các mô khác nhau. Liên quan trong nghiên cứu sự trao đổi chất của giai đoạn phân tán, có chứa các hạt nano oxit, các phân tử H2O, và nhóm -OH bao quanh các hạt kim loại.
Nhờ vào kích thước nhỏ của các hạt nano mà chúng có thể kết hợp với nucleic axit (đặc biệt là sự hình thành của DNA) cùng với các protein gắn vào màng tế bào có thể thâm nhập nhanh vào các cơ quan tế bào, do đó thúc đẩy nhanh quá trình trao đổi chất của cây. Trong tế bào chất, các hạt nano có thể liên kết với các tế bào chất khác nhau và can thiệp vào các quá trình trao đổi chất tại khu vực đó.
Kết quả của việc sử dụng phân bón trung vi lượng nano trong sản xuất nông nghiệp, với mô hình thực nghiệm trên diện rộng, trên một số đối tượng cây trồng, trên một số địa bàn khác biệt về điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu, đã mang lại hiệu quả rất tốt. Có thể nêu một vài nét chính như sau:
- Xử lý các độc tố tồn dư gây ngộ độc đất, cải tạo bộ rễ phát triển: Hiệu quả xử lý độc tố trong đất là rất tốt; các hệ keo có hại bó chặt dinh dưỡng bị phân hủy; phân hủy nhanh các độc tố của thuốc diệt cỏ, thuốc bảo vệ thực vật, các chất hữu cơ.
Tạo hệ đệm môi trường kiềm nhẹ, giúp cho vi sinh vật có ích và nấm đối kháng phát triển, nên đất tơi xốp hơn.
- Tăng khả năng đề kháng, cải tạo phục hồi bộ lá, giúp quang hợp tốt: Giúp tăng khả năng đề kháng cho cây đối với nấm bệnh, vi khuẩn, vi rút, và điều kiện khí hậu bất lợi; Cải tạo và phục hồi bộ lá phát triển; Tăng khả năng quang hợp; Tăng chất lượng nông sản.
- Giảm lượng phân bón, tăng năng suất và chất lượng nông sản:
Đối với phân bón rễ vi lượng nano: Nhờ vào tính chất xử lý nhiễm phèn giúp ổn định pH đất; xử lý phân huỷ các độc tố tồn dư gây ngộđộc đất; phân huỷ hệ keo đất có hại bó chặt (cố định) dinh dưỡng trong đất; tạo môi trường trung tính để hệ vi sinh vật có ích và nấm đối kháng phát triển, nên đất sẽđược cải tạo trở nên tơi xốp hơn, không làm cản trở lượng oxy hoà tan vào môi trường đất và nước. Sự cân đối đồng đều về tất cả các yếu tố của hệ dinh dưỡng, hệ sinh thái của đất sẽ giúp cho bộ rễ cây trồng có đủ điều kiện phát triển mạnh, thực hiện tốt chức năng hấp thu dinh dưỡng nuôi cây.
Đối với phân bón lá vi lượng nano: Nhờ vào tính chất thẩm thấu nhanh, không gây thất thoát, giúp bộ lá tăng sức kháng lại nấm bệnh, vi khuẩn, vi rút, điều kiện khí hậu bất lợi; bộ lá phát triển tốt giúp cây tăng năng suất quang hợp, nhờđó cây trồng có thể chuyển hoá kịp thời và tổng hợp đầy đủ các dinh dưỡng cần thiết để phát triển.
Với sự hỗ trợ bởi cơ chế hoạt động hiệu quả của phân bón vi lượng nano, cây trồng chỉ cần một liều lượng phân bón đa lượng vừa đủ là đã có thể phát triển cân đối và cho năng suất tốt. Do vậy liều lượng bón phân đa lượng cho cây sẽ giảm, từ đó tiết kiệm được chi phí sản xuất.
1.4.3. Một số nghiên cứu đánh giá tác động của các loại chế phẩm nano kim loại đến sinh trƣởng phát triển và năng suất ngô.
Trên thế giới, một trong những biện pháp kỹ thuật để nâng cao năng suất cây trồng nói chung và ngô nói riêng là sử dụng nano của một số kim loại như sắt, đồng, kẽm, cô ban, để ngâm hạt giống.
Một số kết quả nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Nga cho thấy hạt ngô được xử lý trước khi gieo với hạt nano kim loại có khả năng thích nghi tốt hơn với các điều kiện môi trường bất lợi. Hạt giống ngô lai Katrina CB có khả năng chống chịu khô hạn kém nhất sau khi xử lý với các hạt nano kim loại sắt đã làm tăng sản lượng của giống ngô này lên 2 lần so với đối chứng trong điều kiện khô hạn (Churilov, 2010) [29]. Trồng ngô trên đất bị ô nhiễm, hạt giống được xử lý với hạt nano sắt trước khi gieo có khả năng ức chế quá trình tích lũy một số nguyên tố độc hại trong sản lượng ngô thu hoạch (Eskov và cs., 2002) [31]. Nhiều kết quả nghiên cứu khác cũng khẳng định việc xử lý hạt ngô giống trước khi nảy mầm với các hạt nano kim loại đã làm tăng năng suất, kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh cây (Mosanna và Behrozyar, 2013-2014) [36].
Ở nước ta, nghiên cứu xử lý hạt giống ngô bằng nano chưa từng được nghiên cứu đầy đủ. Thử nghiệm gần đây tại Sóc Trăng do Trung tâm Khuyến nông tiến hành (ĐX 2014-2015) trên 2 lô ruộng (của 2 hộ dân), mỗi lô 1000 m2. Kết quả, năng suất chất xanh cây ngô (dùng nuôi bò) ở 2 lô như sau : Ngô có xử lý hạt nano đồng, phun thêm albit tăng 28 và 45%, ngô có xử lý hạt giống bằng nano co ban, phun thêm albit tăng 21 và 22% so với đối chứng. Mức tăng cao là ở lô tưới đủ, mức tăng thấp là ở lô tưới không đủ.
Những nghiên cứu bước đầu của nhóm tác giả Nguyễn Hoài Châu và cộng sự (2014) tại Hà Nam cũng cho thấy hạt ngô được xử lý trước khi gieo bằng các dung dịch nano kim loại cây sinh trưởng phát triển tốt, năng suất
sinh học cao hơn so với ruộng đối chứng không xử lý. Công thức hạt ngô được xử lý nano đồng (1,3 mg/kg hạt giống) cho kết quả tốt nhất, năng suất sinh học đạt 47,90 tấn/ha, cao hơn so với đối chứng không xử lý 33,3%.
Để có thể ứng dụng nano vào canh tác nâng cao năng suất cây trồng trong đó có ngô, năm 2015, Viện Hàn Lâm Khoa học Việt Nam đã đề xuất và được Bộ Khoa học và Công nghệ chấp thuận cho tiến hành Dự án “Nghiên cứu
ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp”, trong Dự án này, Hợp phần
II“Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm nano trong trồng trọt”có Nhánh 1“Nghiên cứu ứng dụng các hạt nano kim loại siêu phân tán vào sản xuất
nhằm nâng cao năng suất, chất lượng ngô tại vùng vùng Duyên hải Nam Trung bộ (DHNTB), Đông Nam bộ-Tây Nguyên (ĐNB-TN) và Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL)”.
Như vậy, nghiên cứu ứng dụng nano vào canh tác cây trồng là khá mới đã đuợc chứng minh buớc đầu là có hiệu quả ở thế giới và trong nuớc. Vì vậy, triển khai nghiên cứu, Hợp phần chọn Bình Định là tỉnh đại diện cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ. Kết quả nghiên cứu, trước hết sẽ ứng dụng cho Bình Định và sau đó là các tỉnh khác trong vùng.
Công thức phân bón nano sử dụng trong đề tài này đuợc Viện Công nghệ môi truờng, thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học Việt Nam nghiên cứu và điều chế phù hợp với địa điểm thực hiện đề tài. Mục đích của nghiên cứu nhằm xác định được loại và liều lượng nano thích hợp, có tác dụng nâng cao năng suất ngô ở Bình Định - Đại diện cho DHNTB.
CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Giống ngô lai: PAC 999 (giống ngô đơn thế hệ mới có nguồn gốc từ Thái
Lan, được Công ty Advanta phân phối).
- Ba loại chế phẩm nano kim loại: Sắt, Đồng, Coban (Viện Công nghệ môi truờng Việt Nam cung cấp).
2.2. Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2.2.1. Nội dung nghiên cứu 2.2.1. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano kim loại sắt, đồng, coban đến sinh trưởng của giống ngô PAC 999.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano kim loại sắt, đồng, coban đến tình hình sâu bệnh hại và khả năng chống đổ của giống ngô PAC 999.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano kim loại sắt, đồng, coban đến yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô PAC 999.
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Địa điểm: Thôn Ngãi Chánh, xã Nhơn Hậu, thị xã An Nhơn, tỉnh Bình Định. - Đất đai: đất phù sa ven sông, chủ động tưới tiêu.
- Thời vụ: Vụ Hè Thu 05/2016 và Vụ Đông Xuân 01/2017.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phuơng pháp xử lý hạt giống.
- Công thức chế phẩm nano kim loại và thời gian ngâm hạt giống: Công thức 1: Fe1 - T3 (ngâm 12 giờ, nồng độ 1,25 mg/l);
Công thức 2: Fe3 - T3 (ngâm 12 giờ, nồng độ 6,25 mg/l); Công thức 3: Cu2 - T2 (ngâm 16 giờ, nồng độ 6,25 mg/l); Công thức 4: Cu5 - T1 (ngâm 20 giờ, nồng độ 13,75 mg/l); Công thức 5: Co1 - T1 (ngâm 20 giờ, nồng độ 12,50 mg/l); Công thức 6: Đối chứng Nước - T3 (ngâm 12 giờ).
2.3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng.
- Các thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCDB), 4 lần lặp lại gồm 6 công thức, 24 ô, diện tích ô thí nghiệm 28m2.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm
CT3L1 CT5L1 CT2L1 CT1L1 CT4L1 CT6L1
CT3L2 CT1L2 CT5L2 CT4L2 CT6L2 CT2L2
CT1L3 CT4L3 CT6L3 CT2L3 CT5L3 CT3L3
CT6L4 CT1L4 CT3L4 CT4L4 CT2L4 CT5L4
(Xung quanh khu thí nghiệm bố trí hàng rào bảo vệ và nilon chống chuột) Ghi chú:
CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6 là ký hiệu các công thức thí nghiệm; L1, L2, L3, L4 là ký hiệu các lần nhắc lại.
2.3.3.Chỉ tiêu nghiên cứu và phƣơng pháp theo dõi
Tiến hành theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng giống ngô QCVN 01-56 : 2011/BNNPTNT của Bộ NN&PTNT.
* Các chỉ tiêu về sinh trưởng
- Ngày gieo: Vụ Hè Thu - 08/5/2016 , Vụ Xuân – 17/1/2017 - Ngày mọc: Là ngày có > 50% số cây trên ô mọc
- Ngày trổ cờ: Là ngày có > 50% số cây trên ô xuất hiện nhánh cuối cùng của bông cờ.
- Ngày tung phấn: Là ngày có > 50% số cây trên ô có hoa đực nở được 1/3 trục chính.
- Ngày phun râu: Là ngày có > 50% số cây trên ô phun râu (bắp có dâu dài 2 - 3cm ngoài lá bi).
- Ngày chín sinh lý: Là ngày có >75% cây trên ô có lá bi khô hoặc chân hạt có chấm đen.
- Tốc độ tăng trưởng của cây: Đo 10 cây trên ô, đo từ sát mặt đất đến mút lá, lần 1 đo sau khi trồng 20 ngày, các lần đo cách nhau 10 ngày. Đo đến khi cây trỗ cờ đạt chiều cao cây cuối cùng.
Công thức tính:
+ Tốc độ tăng trưởng sau trồng 20 ngày
1 1
t h
(t = 20 ngày) (cm/ngày) + Tốc độ tăng trưởng sau 30 ngày
1 2 1 2 t t h h (cm/ngày)
+ Tốc độ tăng trưởng sau 40, 50, 60 ngày tính như sau 30 ngày Trong đó: h1: Chiều cao cây sau trồng 20 ngày
h2: Chiều cao cây sau trồng 30 ngày t1: Thời gian sau trồng 20 ngày t2: Thời gian sau trồng 30 ngày
* Các chỉ tiêu về hình thái
- Chiều cao cây (cm): Chọn 10 cây (trừ các cây đầu hàng), đo từ sát mặt đất đến điểm phân nhánh bông cờ đầu tiên vào giai đoạn chín sữa.
- Chiều cao đóng bắp (cm): Trên 10 cây đã đo chiều cao cây, xác định chiều cao đóng bắp bằng cách đo từ sát mặt đất đến điểm ra bắp hữu hiệu (bắp trên cùng).
- Số lá/cây: Đếm số lá trên cây theo phương pháp đánh dấu lá (đánh dấu lá thứ 3, 6, 9, 12…).
- Trạng thái cây: Đánh giá ở giai đoạn cây còn xanh, bắp đã phát triển đầy đủ. Đánh giá theo thang điểm từ 1 - 5 (điểm 1 là rất tốt, điểm 5 là xấu).
- Trạng thái bắp : để xác định được chỉ tiêu này thì căn cứ vào các đặc tính như thiệt hại do sâu bệnh, kích thước bắp, độ dày hạt và độ đồng đều của