Việc bón TSH cho đất trong các thí nghiệm trồng cây và không trồng cây đều làm tăng hàm lượng nitơ, phốt pho và ka li trong đất. Tuy nhiên, do TSH có hàm lượng kali khơng cao nên khi bón vào đất khơng làm tăng đáng kể hàm lượng này trong đất. Bón TSH với mức bổ sung 5% và 10% vào đất đã thay đổi hàm lượng phốt pho cho đất từ mức rất nghèo lên nghèo, cịn nếu trồng cây cỏ đậu trên đất có bón TSH thì chỉ ở mức bón 1% TSH đã thay đổi hàm lượng phốt pho từ mức rất nghèo lên nghèo (0,03%). Khi trồng cây cỏ đậu trên đất đã được phối trộn 10% TSH thì kết quả phân tích đất cho thấy hàm lượng phốt pho đã được cải thiện và đạt được mức trung bình (0,06%). Đất nền ban đầu rất nghèo nitơ, sau khi bổ sung TSH hàm lượng này cũng được cải thiện nhưng không nhiều, hàm lượng này chỉ đạt được mức trung bình khi bổ sung 10% TSH vào đất. Tuy nhiên, nếu kết hợp bón TSH với trồng cây cỏ đậu thì hàm lượng nitơ của đất sẽ được cải thiện đáng kể, hàm lượng này đã đạt được mức trung bình (0,16%) trong thí nghiệm bón 1% TSH, và đạt được mức giàu ở mức bón TSH là 5% (0,22%) và 10% (0,32%). Ngồi ra, nếu
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Khơng trồng cây Trồng cỏ
đậu trồng câyKhông
Trồng cỏ
đậu trồng câyKhông
Trồng cỏ
đậu trồng câyKhông
Trồng cỏ đậu 0% TSH 1% TSH 5% TSH 10% TSH H àm lư ợn g N P K củ a đ ất , % K2Ots P2O5ts Nts
ni tơ của đất cũng được cải thiện đến mức trung bình (0,11%). Để đạt được những kết quả này ngồi ngun nhân do TSH có chứa sẵn một hàm lượng ni tơ, phốt pho khá cao, khi bón vào đất sẽ nâng các hàm lượng này của đất lên, một nguyên nhân nữa có thể kể đến đó là hàm lượng ni tơ, phốt pho được giải phóng ra từ q trình phân giải các chất hữu cơ trong q trình thí nghiệm. Ngồi ra, cây cỏ đậu là một cây có khả năng cố định đạm, sự có mặt của lồi thực vật này che phủ trên mặt đất cũng cải thiện độ ẩm cho đất, giảm sự thất thốt dinh dưỡng đất, tăng cường sự có mặt của các lồi vi sinh vật có lợi phân giải các chất hữu cơ phân hủy chậm vì vậy đã làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng cho đất.
g) Hàm lượng kim loại nặng trong đất
Các kết quả phân tích một số kim loại nặng trong đất (Cu, Zn, Pb, Cd) sau thí nghiệm bổ sung than sinh học và trồng cây cỏ đậu cho thấy hàm lượng của các kim loại nặng này có sự giảm xuống đáng kể so với đất ban đầu và mức độ giảm tỉ lệ thuận với mức tăng lượng bổ sung TSH vào đất. Như vậy bổ sung TSH đã tạo điều kiện cho cây cỏ đậu sinh trưởng và phát triển tốt hơn trên đất thí nghiệm, chúng giúp hút thu một phần kim loại nặng do vậy đã làm giảm hàm lượng của các kim loại nặng này trong đất.
Từ các kết quả nghiên cứu có thể thấy biochar chế tạo từ mùn cưa cây Keo bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí theo mẻ ở 4500C trong khoảng thời gian 2h cho kết quả tốt nhất để có thể sử dụng cho cải tạo đất. Kết quả thử nghiệm cải tạo đất với sản phẩm biochar thu được đã bước đầu chứng tỏ khả năng cải thiện các tính chất của đất. Với liều lượng bổ sung 10% biochar vào đất và trên đất đó trồng thêm cây cỏ đậu sẽ giúp cải tạo đất tốt nhất khi so sánh với các liều lượng thử nghiệm khác trên cả đất khơng trồng cây và đất có trồng cây. Các kết quả nghiên cứu này có thể làm cơ sở để đề xuất biện pháp xử lý mùn cưa Keo (vật liệu giàu lignocellulose) để tạo ra biochar có khả năng cải tạo đất và làm cơ sở đề xuất liều lượng bổ sung vào đất để đạt hiệu quả cải tạo đất tốt nhất.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1. Mẫu mùn cưa cây Keo ban đầu sử dụng để chế tạo TSH có 84,82% thành phần là nước, chất hữu cơ dễ bay hơi, hydrocacbon có thể phân hủy, 15,18% chất vô cơ không bị phân huỷ trong khoảng nhiệt độ dưới 8000C. Mùn cưa này có hàm lượng CHC cao (70,12%), tỉ lệ C:N cao (1275:1), hàm lượng lignocellulose cao (35,04% cellulose, 20,50% hemicellulose, 24,41% lignin), Ca2+ và Mg2+ cao (14,319% và 0,0271%), hàm lượng NPK rất thấp. Mùn cưa không chứa các KLN độc hại (As, Pb, Cd), chứa một lượng đáng kể các nguyên tố vi lượng Cu (0,04397mg/g), Zn (0,09727 ppm).
2. Vật liệu TSH chế tạo từ mùn cưa là dạng cacbon vơ định hình và TSH này có dạng lỗ rỗng, xốp. Đã tối ưu được nhiệt độ và thời gian nhiệt phân nguyên liệu ở điều kiện yếm khí để tạo ra TSH dùng cho cải tạo đất là nhiệt phân nguyên liệu ở 4500C trong thời gian 2 giờ và sản phẩm TSH có tính chất hóa học như sau: pH kiềm (pH = 7,92), CEC cao (81,82 meq/100g), Ca2+
(15,9 mgđl/100g), Mg2+ (8,1 mgđl/100g) ở mức cao, Nts (0,628%) và Ndt (9,12 mg/100g) cao, giàu P2O5ts (0,332%) và P2O5dt (11,226 mg/100g), Kali thấp (4,309 mg/g), CHC cao (6,869%).
2. Đất dùng để bố trí thí nghiệm được lấy ở khu vực bãi thải khai thác than ở Khe Hùm, thành phố Hạ Long, Quảng Ninh có phản ứng chua (pH = 4,5), nghèo CHC (1,69%), CEC thấp (5,5 meq/100g đất), tổng Ca2+, Mg2+ thấp (2,8 mgđl/100g đất), nghèo hàm lượng Nts (0,06%), P2O5ts (0,02%), P2O5dt (4,49 mg/100g đất), K2Ots (0,2%) và K2Odt (4,2 mg/100g đất). Đất không bị ô nhiễm bởi các KLN (As, Cd, Pb, Cr, Cu, Zn).
3. Việc bón TSH vào đất theo các mức 1%, 5%, 10% trong các thí nghiệm khơng trồng cây và trong các thí nghiệm có trồng cây cỏ đậu đã giúp cải thiện được một số tính chất của đất so với đối chứng: chỉ bón TSH cho đất mà khơng trồng cây thì sau 12 tuần giúp nâng pH đất từ 4,4 lên khoảng 4,9 – 6,7, CEC từ 5,1 lên khoảng 6,0 – 11,5 meq/100g đất, Ca2+, Mg2+ từ 2,7 lên khoảng 3,1 – 5,6 mgđl/100g đất,
CHC từ 1,12 lên khoảng 1,58 – 2,02 %, K2Ots từ 0,2% lên khoảng 0,203 – 0,231%, P2O5ts từ 0,017 lên khoảng 0,023 – 0,044%, Nts từ 0,05 lên khoảng 0,061 – 0,110%. Bón TSH cho đất với các mức 1%, 5%, 10% và sau đó trồng cây cỏ đậu thì sau 12 tuần thí nghiệm các tính chất đất được cải thiện tốt hơn so với đối chứng và tốt hơn so với đất không trồng cây: pH đất tăng lên từ 4,6 đến khoảng 5,2 – 6,9%, CEC từ 5,6 lên khoảng 8,0 – 16,5 meq/100g đất, Ca2+, Mg2+ từ 2,5 lên khoảng 2,8 – 5,1 mgđl/100g đất, CHC từ 1,79 lên khoảng 1,86 – 2,16 %, K2Ots từ 0,21% lên khoảng 0,213 – 0,255%, P2O5ts từ 0,023 lên khoảng 0,031 – 0,063%, Nts từ 0,111 lên khoảng 0,163 – 0,323%. Hàm lượng các KLN (Cu, Zn, Pb, Cd) cũng có sự giảm xuống đáng kể so với đối chứng và so với đất ban đầu chưa thí nghiệm. Như vậy với mức bổ sung TSH là 10% vào đất và sau đó trồng cây cỏ đậu thì các tính chất của đất ở bãi thải khai thác than Khe Hùm được cải thiện tốt nhất.
Kiến nghị
1. Cần có thêm các thí nghiệm để khảo sát đầy đủ hơn tác động của TSH đến các tính chất lý học và sinh học của đất, nghiên cứu sâu hơn về tác động của TSH đến môi trường đất qua đó ứng dụng vào các bãi than khai thác than trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh tăng hiệu suất cải tạo phục hồi môi trường đất khu vực các bãi thải.
2. Than sinh học trong nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp tác dụng nhằm cải tạo tính chất của đất, có thể thử nghiệm sử dụng than sinh học này cho các vùng đất khác đặc biệt là đất bị suy thoái.
3. Đề xuất thử nghiệm cải tạo đất quy mơ ngồi thực tế với đất ở bãi thải khai thác than Khe Hùm, Quảng Ninh bằng việc bón bổ sung 10% biochar mùn cưa cây Keo vào đất và trồng thêm cây cỏ đậu trên đất đó.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] Báo cáo “Về việc chấp hành các quy định của pháp luật trong công tác bảo vệ
môi trường đối với hoạt động đổ thải đất đá và cải tạo phục hồi môi trường tại các bãi thải thuộc công ty TNHH MTV Khai Thác Khống Sản năm 2018”
[2] Nguyễn Cơng Vinh, Nguyễn Văn Hiền, Lê Xuân Ánh, Nguyễn Thị Thanh Tâm,
Mai Thị Lan Anh, 2014. “Hiệu quả kinh tế và tồn dư của than sinh học bón kết hợp với phân khoáng cho lúa” – Hội thảo Quốc gia về giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón tại Việt Nam: 209 - 221.
[3] Niên giám thống kê tỉnh Quảng Ninh từ năm 2011,2012,2013, 2014.
[4] Vũ Duy Hoàng, Nguyễn Tất Cảnh, Nguyễn Văn Biên, Nhữ Thị Hồng Linh
(2013), “Ảnh hưởng của biochar và phân bón lá đến sinh trưởng và năng suất cà chua trồng trên đất cát” – Tạp chí Khoa học và Phát triển, tập 11, số 5: 603 - 613.
TIẾNG ANH
[5] Anderson, C. R., Conderon, L. M., Clough, T. J., Fiers, M., Stewart, A., Hill, R.
A. & Sherlock, R. R. (2011), “Biochar induced soil microbial community change: Implications for biogeochemical cycling of carbon, nitrogen and phosphorus”. Pedobiologia, 54, 309-320.
[6] Arindam Kuila, Vinay Sharma (2017), “Lignocellulosic biomass production and
industrial applications”, Scrivener publishing, USA.
[7] Brewer, C. E. (2012). “Biochar characterization and engineering”. Ph.D.
3511366, Iowa State University.
[8] Chan, K. Y., Xu, Z. (2009) Biochar Nutrient Properties and Their Enhancement,
Biochar for Environmental Management, Science and Technology (Eds. Lehmann, J. & Joseph, S.), Earthscan.
[9] D.V. Sarkhot et al. T. A. Ghezzehei, and A. A. Berhe (2013), “Effectiveness of
Biochar for sorption of ammonium and phosphate from dairy effluent”, J. of Environmental quality, 42, 1545-1554.
[10] Dias B.O., Silva C.A., Higashikawa F.S., Roig A., Sanchez-Monedero M.A.
(2009) Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure: Effect on organic matter degradation and humification. Bioresource Technology 101:1239 – 1246.
[11] Downie, A., Crosky, A., Munroe, P. (2009), Physical properties of biochar,
Lehmann J. and Joseph, S. (Eds.) Biochar for environmental management: Science and Technology, London, Earthscan.
[12] Habeeb, G. A., Mahmud, H. B. (2010), Study on properties of rice husk ash
and its use as cement replacement material, Journal of Material Research, 13(2), pp. 185 - 190.
[13] Kifayat Ullah, Vinod Kumar Sharma, Sunil Dhingra, et al. (2015), “Assessing
the lignocellulosic biomass resources potential in developing countries: A critical review”, Renewable and sustainable energy reviews 51, 682-689.
[14] Kolb, S. (2007) Understanding the mechanisms by which a manure – based
charcoal product affects microbial biomass and activity (doctoral disseraion), University of Wisconsin.
[15] L.F. Ballesteros et al (2018), “Lignocellulosic materials and their use in bio-
based packaging”, Biobased polymers, Scrivener publishing, USA.
[16] Lehmann J. (2007), “Bio-energy in the black”, Frontiers in Ecology and the
Environment, 5, pp. 381-387.
[17] Lehmann, J., 2009. Biochar for environmental management : an introduction.
Biochar for Environmental Management Science and Technology 25, 15801-1581
[18] Lukas Van Zwieten et al. (2009), “Biochar and Emissions of Non-CO2
Greenhouse Gases from Soil, Biochar for environmental management”, Publisher: Earthscan, London
[19] Mansor A.M., Lim J.S., Ani F.N., Hashim H., Ho W.S., 2019, Characteristics
of cellulose, hemicellulose and lignin of MD2 pineapple biomass, Chemical Engineering Transactions, 72, 79-84.
[20] Michelin M, Ruiz HA, Silva DP, Ruzene DS, Teixeira JA, Polizeli MLTM (2014) “Cellulose from lignocellulosic waste”. In: Ramawat KG, Mérillon J-M (eds) Polysaccharides: bioactivity and biotechnology. Springer International Publishing, Switzeland, pp 1–33.
[21] Nguyen Dang Anh Thi (2014), Bio-Energy in Vietnam Opportunities and
challenges.
[22] Nigam Ps, G.N., Anthwal A (2009), “Pre-treatment of agro-industrial
residues”, in Biotechnology for agro-industrial residues utilization, P.S.n. Nigam and A. Pandey, Editors, Springer, Netherland, pp. 13-33.
[23] Rizwan, M., Ali, S., Qayyum, M.F., Ibrahim, M., Ziaurrehman, M., Abbas, T.,
Ok, Y.S., 2016. Mechanisms of biochar-mediated alleviation of toxicity of trace elements in plants: a critical review. Environmental Science and Pollution Research 23, 2230- 2248.
[24] Shi, R.Y., Hong, Z.N., Li, J.Y., Jiang, J., Kamran, M.A., Xu, R.K., Qian, W.,
2018. Peanut straw biochar increases the resistance of two Ultisols derived from different parent materials to acidification: A mechanism study. Journal of Environmental Management 210, 171-179.
[25] Sohi S.P., Krull E., Lopez-Capel E., Bol R. (2010). “A review of biochar and
its use and function in soil”. Advances in Agronomy, 105: 47-82.
[26] Steinbeiss, S., Gleixner, G. & Antonietti, M. (2009), “Effect of biochar
amendment on soil carbon balance and soil microbial activity”. Soil Biology and Biochemistry, 41, 1301-1310.
[27] Trautmann N.M., Krasny M.E., 1998, Composting in the classroom: Scientific
Inquiry for High School Students, Cornell University, Iowa: Kendall/Hunt Publishing Company, Dubuque, USA.
[28] Vaughn, S. F., Kenar, J. A., Thompson, A. R., Peterson, S. C., 2013. Comparison of biochars derived from wood pellets and pelletized wheat straw as replacements for peat in potting substrates. Industrial Crops and Products, 51, 437- 443.
[29] Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. and Rilling, M.C (2007)
Mycorrhyzal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms, Plant and Soil 300.
[30] Yuan J. H., Xu R. K., Zhang H. (2011), “The forms of alkalis in the biochar
produced from crop residues at different tempertures”. Bioresource Technology, 102, pp. 3488- 3497.