1.5. Ảnh hƣởng của trobay tới đất và năng suất cây trồng
1.5.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Tổng hợp các kết quả nghiên cứu tro bay trên thế giới cho thấy rằng, tro bay có thể đƣợc sử dụng nhƣ chất cải tạo đất nhằm cải thiện các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đất cũng nhƣ thúc đẩy sự sinh trƣởng, phát triển và nâng cao năng suất của cây trồng. Cụ thể nhƣ sau:
- Tro bay có khả năng cải thiện tính chất vật lý của đất
Tro bay chủ yếu bao gồm các hạt có kích thƣớc nhỏ (hạt phù sa) do đó sử dụng tro bay bón cho đất cát có thể làm thay đổi hoàn toàn kết cấu đất, tăng dung trọng và cải thiện khả năng giữ nƣớc của đất lên tới 8%. Theo các nghiên cứu của Fail và Wochock (1977), Capp (1978) thì với lƣợng 70 tấn/ha, tro bay có thể biến đất cát hoặc đất sét thành đất thịt và điều này cho phép cải tạo đất nông nghiệp cũng nhƣ đất ở các vùng sau khi khai thác khoáng sản phục vụ cơng tác hồn thổ [7,14].
Thành phần cấp hạt limon trong tro bay giúp làm thay đổi dung trọng của đất. Theo Chang và cs. (1977) khi bón tro vào đất với tỷ lệ 1:1 thì dung trọng của
đất tăng từ 0,89 lên đến 1,01 g/cm3. Đối với đất có dung trọng cao (1,25-1,60 g/cm3), bón tro bay có thể làm giảm dung trọng đất [11]. Page và cs. (1980) cũng chỉ ra rằng đối với nhiều loại đất nơng nghiệp khi bón tro bay sẽ làm giảm dung trọng, làm cho đất có độ xốp thích hợp cho cây trồng, tăng khả năng phát triển bộ rễ cây và khả năng giữ ẩm của đất [33].
Bón tro bay với tỷ lệ 0, 5, 10 và 15% so với trọng lƣợng đất cho đất sét đã làm giảm đáng kể tỷ trọng và cải thiện cấu trúc của đất, từ đó cải thiện độ xốp, đất tơi xốp hơn và tăng khả năng duy trì độ ẩm của đất [22]. Prabakar và cs. (2004) kết luận rằng, bổ sung bay tro lên đến 46% giảm tỷ trọng của đất khoảng 15-20%. Bón liều lƣợng tro bay cho đất (tỷ lệ 0, 10, 20 lên đến 100%) đã làm tăng độ xốp và khả năng giữ nƣớc của đất [20] vàviệc cải thiện khả năng giữ nƣớc có lợi cho sự phát triển của cây nông nghiệp, đặc biệt cây canh tác dƣới sự phụ thuộc vào nƣớc mƣa. Bổ sung tro bay lên đến 40% làm tăng độ xốp đất lên 43-53% và khả năng giữ nƣớc lên 39-55% [51]. Tro bay cũng làm tăng khả năng giữ nƣớc trong đất cát [53]. Ca trong tro bay dễ dàng thay thế Na trong keo đất, do đó tăng cƣờng sự keo tụ các hạt sét của đất, giữ cho đất bở, tăng cƣờng sự xâm nhập của nƣớc và cho phép rễ cây thâm nhập vào các lớp đất dễ hơn [20]. Kết quả nghiên cứa tại Đại học Nơng nghiệp Punjab, Ấn Độ, cho thấy bón tro bay làm tăng lƣợng nƣớc hữu hiệu của đất cát pha thịt lên 120% và đất cát 67%. Phịng thí nghiệm nghiên cứu vùng Bhopal (Regional Research Laboratory–RRL, Bhopal) chỉ ra rằng, bón tro bay làm tăng độ xốp của đất đen trồng bông và làm giảm độ xốp đối với đất cát, nhờ vậy giảm đƣợc lƣợng nƣớc tƣới tƣơng ứng là 26% và 30%. Theo Chang và cs. (1977) nếu thêm vào đất 8% lƣợng tro bay đã làm tăng khả năng giữ nƣớc của đất và nếu chỉ bón tro bay với một lƣợng nhỏ cũng đã đủ làm cải thiện tính thấm nƣớc của đất, tuy nhiên với đất kiềm nếu bón tro bay trên 20% và đối với đất chua trên 10% sẽ làm xấu đi tính thấm nƣớc của đất [11]. Tính chất này của tro bay rất hữu ích đối với cây trồng, đặc biệt trong điều kiện canh tác nhờ nƣớc mƣa và tiết kiệm nƣớc tƣới.
- Tro bay có khả năng cải thiện các tính chất hóa học của đất
Tro bay của Ấn Độ phần lớn có pH kiềm nên khi bón vào đất chua sẽ làm tăng pH của đất. Đặc tính này của tro bay làm trung hồ những đất chua và đƣợc
dùng nhƣ chất cải tạo đất chua thay thế vôi rất hiệu quả [13]. Theo Jastrow và cs. (1979) tro bay một mặt cải thiện độ chua của đất, mặt khác cung cấp chất dinh dƣỡng cho cây trồng [20]. Tuy nhiên, theo nghiên cứu của Sharma và cs. (1989) thì nếu bón lƣợng lớn tro bay để làm thay đổi pH đất có thể gây nên hiện tƣợng mặn hố đất. Một số tro bay có tính axit thì đƣợc dùng làm chất cải tạo đất kiềm [47].
Lƣợng vơi có sẵn trong tro bay sẽ phản ứng với các thành phần có tính axit trong đất chua và giải phóng chất dinh dƣỡng nhƣ S, B và Mo dƣới dạng dễ tiêu, làm tăng khả năng hút thu chúng của cây trồng. Tro bay đã cải thiện tình trạng dinh dƣỡng của đất (Rautaray và cs., 2003), cũng nhƣ đã đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh S và sự thiếu B trong đất chua [11].
Các nghiên cứu đã chứng minh đƣợc rằng, tro bay đƣợc xem nhƣ là vật liệu bón nhƣ vơi để trung hòa độ chua của đất và cung cấp chất dinh dƣỡng cho cây trồng [51]. Theo Matsu và Keramisdas tro bay có thể sử dụng thay thế vơi bón làm chất cải tạo tính chất của đất chua và tăng năng suất cây trồng [29]. Điều này đƣợc giải thích là do trong tro bay có chứa hydroxit và muối cacbonat nên có khả năng trung hịa axit trong đất [10].
Thí nghiệm của Furr và cs. (1977) cũng chứng minh, lúa miến, ngô, kê, cà rốt, hành củ, đậu đỗ, bắp cải, khoai tây và cà chua đều có thể đƣợc trồng trên đất hơi chua (pH 6,0) mà không làm giảm năng suất nếu đƣợc bón 125 tấn tro/ha. Các cây này khi phân tích đều thu đƣợc hàm lƣợng các nguyên tố As, B, Mg và Se cao hơn các cây khơng đƣợc bón tro bay. Bón tro lên lá cũng làm tăng khả năng sinh trƣởng và tỷ lệ trao đổi chất, cũng nhƣ tăng sắc tố quang hợp của cây trồng nhƣ ngô và đậu tƣơng [30]. Việc bổ sung 8% tro bay tại miền Tây Hoa Kỳ trên các loại đất chứa nhiều Ca hoặc có tính axit cũng giúp mang lại năng suất cao hơn, chủ yếu là do tăng hàm lƣợng S cho cây sử dụng [11].
Tro bay bón vào đất có khả năng cung cấp các chất dinh dƣỡng cho đất và cây trồng.Tro bay chứa một lƣợng đáng kể các nguyên tố dinh dƣỡng nhƣ K, P, Ca, Mg và S [36,6, 8,49, 21, 51] nên bón cho đất sẽ làm tăng tốc độ sinh trƣởng của thực vật và cung cấp chất dinh dƣỡng cho đất. Thí nghiệm trong nhà kính của Sikka
và Kansal (1995) chỉ ra rằng, bón 2-4% tro bay làm tăng đáng kể hàm lƣợng các nguyên tố N, S, Ca, Na và Fe trong cây lúa(Oryza sativa), còn các mẫu đất thu từ thí nghiệm chậu vại trồng lúa và lúa mì khơng cho thấy sự thay đổi nào về hàm lƣợng dinh dƣỡngvà pH nhƣng hàm lƣợng Fe tăng lên từ 12% lên 18% [48].
Sử dụng tro bay cùng với phân bón hóa học và vật liệu hữu cơ một cách thích hợp có thể tiết kiệm phân bón hóa học cũng nhƣ tăng hiệu quả sử dụng phân bón. Theo Mittra và cộng sự (2003), việc sử dụng tro bay cùng với phân bón hóa học và vật liệu hữu cơ một cách hợp lý có thể tiết kiệm N, P và K vào khoảng 45,8%; 33,5% và 69,6%, tƣơng ứng và cho hiệu quả cao hơn khi chỉ sử dụng phân hóa học (Bảng 11) [16].
Bảng 11. Khả năng tiết kiệm phân bón hóa học và tăng hiệu quả sử dụng các chất dinh dưỡng của tro bay trên đất trồng lạc và lúa
Nguồn phân bón
Tiết kiệm phân hóa học (%)
Hiệu quả sử dụng dinh dưỡng (kg hạt giống/kg
dinh dưỡng)
N P K N P K
Phân hóa học (PHH) 0 0 0 34,4 34,4 45,9
PHH + phân hữu cơ (PHC) 37,5 22,0 32,0 37,2 37,2 59,8 PHH + PHC + tro 45,8 33,8 69,6 45,4 105,5 72,9
(Nguồn: [43])
Nghiên cứu của Xavier Querol và cs. (2005) về khả năng hấp phụ cố định kim loại nặng của zeolit tổng hợp từ tro bay cho thấy, với liều lƣợng sử dụng là 2,5 tấn/ha thì có thể cố định đƣợc 95-99% Cd, Co, Cu, Ni và Zn trong đất [60]. Điều này đƣợc giải thích là do tro bay giúp dễ dàng hịa tan trong môi trƣờng kiềm và thúc đẩy phản ứng geopolymerization. Phản ứng geopolymerization có thể cố định các kim loại độc hại nhƣ Cu, Pb, Co, Ni bên trong một pha rắn. Ngoài ra việc sử dụng tro bay để bón vào đất cũng làm giảm sự hấp thu kim loại nặng nhƣ: Cd, Cu, Cr, Fe, Mn và Zn trong các mơ thực vật do làm tính linh động của các kim loại này trong đất giảm đi.
- Ảnh hưởng của tro bay đến khả năng cải thiện tính chất sinh học của đất
Thơng tin về ảnh hƣởng của việc bón tro bay đến đặc tính sinh học của đất rất là ít [45]. Nhiều nghiên cứu ni cấy một thời gian ngắn trong phịng thí nghiệm đã phát hiện rằng việc bón tro bay chƣa phong hóa vào đất cát đã ức chế sự hơ hấp, số lƣợng, hoạt tính enzyme của vi sinh vật và các q trình tuần hồn nitơ trong đất nhƣ q trình nitrat hóa và khống hóa nitơ [9, 59, 38, 16]. Những tác động bất lợi này một phần là do sự hiện diện quá mức của các muối hòa tan và các nguyên tố vi lƣợng trong tro bay chƣa phong hóa. Tuy nhiên, nồng độ của các muối hòa tan và các nguyên tố vi lƣợng đã đƣợc phát hiện là giảm do sự phong hóa tro bay trong suốt quá trình thấm lọc tự nhiên, nhờ đó làm giảm tác động bất lợi theo thời gian [50]. Hơn nữa, việc sử dụng tro bay quá kiềm (pH 11-12) cũng có thể là nguyên nhân của các tác động bất lợi này. Việc ứng dụng tro xỉ than đã làm giảm sự phát triển của 7 vi sinh vật đất gây bệnh, trong khi số lƣợng của Rhizobium sp. và vi
khuẩn hòa tan P đã tăng lên ở đất đƣợc bón tro bay. Việc bón tro bay (loại vơi thấp - nhóm F)vào đất với tỉ lệ 505 tấn/ha đã khơng gây ra bất kỳ tác động tiêu cực nào đến quần xã vi sinh vật đất và đã cải thiện các quần thể nấm, kể cả nấm rễ và vi khuẩn gram âm [45]. Kumar và cs. (2008) đã phân lập đƣợc chủng vi khuẩn kích thích sự phát triển thực vật có khả năng chịu đựng kim loại (NBRI K28
Enterobacter sp.) từ đất nhiễm tro bay và phát hiện chủng NBRI K28 cùng với
chủng đột biến tổng hợp thừa siderophore NBRI K28 SD1 của nó có khả năng kích thích sinh khối thực vật và tăng cƣờng sự chiết xuất kim loại (Ni, Zn và Cr) từ tro bay bởi thực vật hấp thụ kim loại nhƣ mù tạc Ấn độ (Brassica juncea) [24]. Sự sản xuất đồng thời siderophore, IAA và hòa tan photphat đã cho thấy tiềm năng thúc đẩy sinh trƣởng thực vật của tro bay. Xạ khuẩn và nấm giảm khi bón tro bay với tỉ lệ 5% và tất cả các quần thể giảm khi bón tro bay ở tỉ lệ ở mức 10 và 20%. Với tỉ lệ bón 20%, vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm đã giảm tƣơng ứng 57%, 80 % và 86% [38]. Garampalli và cs. (2005) đã tiến hành các thí nghiệm trong chậu với việc sử dụng đất vô trùng và thiếu P để nghiên cứu ảnh hƣởng của tro bay tại ba nồng độ khác nhau: 10g, 20g và 30g tro bay/kg đất đến hiệu quả của nấm rễ (Glomus
aggregatum) ở cây đậu triều (Cajanus cajan L.) cv. Maruti. Kết quả cho thấy rằng ở
tất cả các hàm lƣợng tro bay đƣợc bón vào đất đã ảnh hƣởng đáng kể đến sự chiếm cứ của nấm rễ bên trong rễ cây và ở hàm lƣợng cao hơn (30 g/kg đất), sự hình thành cấu trúc nấm rễ bị ức chế hồn tồn [15].
Hoạt tính enzyme của đất cũng là một yếu tố quan trọng để đánh giá các đặc tính sinh học của đất sau khi bón tro bay vào đất. pH cao và độ dẫn điện của tro bay đƣợc cho là các yếu tố quan trọng giới hạn hoạt động của vi sinh vật [12]. Sarangi và cs. (2001) đã báo cáo rằng hoạt tính invertase, amylase, dehydrogenase và protease đã tăng cùng với sự tăng của hàm lƣợng tro bay đƣợc bón vào đất (lên đến 15tấn/ha) nhƣng đã giảm khi hàm lƣợng tro bay đƣợc bón vào cao hơn thế [44]. Pati và Sahu (2004) đã chọn 7 nồng độ của đất đƣợc bón tro bay (0%; 2%,5%; 10%; 15%; 25% và 50% theo trọng lƣợng đất) để kiểm tra tính độc đối với giun đất (Drawida willsi) và đã nghiên cứu sự giải phóng CO2 và hoạt tính enzyme (dehydrogenase, protease và amylase) khi có mặt và khơng có mặt của D. willsi. Kết quả cho thấy, ít hoặc khơng có sự ức chế hơ hấp đất và hoạt tính enzyme khi bón tro bay lên đến 2,5%. Khi tiếp tục bón thêm tro bay, tất cả các hoạt động trên bị giảm sút đáng kể. Mặt khác, sự kích thích đáng kể sự hô hấp đất và các hoạt động vi sinh vật đã đƣợc quan sát khi bón tro bay lên đến 5% khi đất có chứa giun đất. Điều này có thể là do hoạt tính vi sinh vật tăng đƣợc cảm ứng bởi các cơ chất mà đƣợc sản xuất bởi giun đất [35]. Lal và cs. (1996) đã báo cáo rằng tro bay đƣợc thêm vào đất ở 16% (theo trọng lƣợng đất) làm tăng các hoạt tính enzyme (urease và cellulase). Tuy nhiên hoạt tính acid phosphatase bị đình trệ khi ứng dụng tro bay. Việc thăm dị hàm lƣợng P sẵn có trong đất có bón tro bay với tỉ lệ từ 0 đến 80 tấn/ha đã cho thấy là cao hơn so với đối chứng (khơng có tro bay) [26].
Ngồi ra, các loại cây dƣợc liệu nhƣ cỏ Vetiver cũng đã đƣợc trồng thành công với tro bay kết hợp 20% phân chuồng và nấm rễ [46]. Thêm tro bay ở mức 40% giúp phòng tránh các bệnh về rễ của cây cà chua do nấm Fusarium oxysporum gây ra [23, 46].
- Ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng
Trong tro bay có chứa nhiều khống chất nhƣ canxite, quartz, kaolinite, clorite, plagioclase, thạch cao, pyrit, montmorillonit, K-fenspat, dolomite... và các nguyên tố cần thiết cho thực vật nhƣ Ca, Mg, K, B, Mo, Mn...[33]. Do đó ngồi việc thúc đẩy khả năng sinh trƣởng và hấp thụ dinh dƣỡng của thực vật nói chung tro baycịn giúp tăng năng suất cây trồng.
Việc sử dụng tro bay trong nông nghiệp ở Ấn Độ đã chứng minh đƣợc rằng, tro bay cải thiện những tính chất vật lý đất và cung cấp các nguyên tố dinh dƣỡng đa lƣợng và vi lƣợng cho thực vật. Phần lớn các thí nghiệm đều cho kết quả tăng năng suất cây trồng nơng nghiệp khoảng 15-25% khi đƣợc bón tro bay, trong một số trƣờng hợp tăng đến 100% năng suất cây trồng. Ngoài ra, ảnh hƣởng của các nguyên tố vết đến chất lƣợng nông sản cũng đƣợc chỉ ra nhƣng vẫn nằm trong ngƣỡng cho phép. Một nghiên cứu khác ở Ấn Độ về sử dụng tro bay làm phân bón cho thấy, với liều lƣợng bón tro bay là 20-40% thể tích đất đã làm tăng năng suất của cây lúa lên đáng kể. Đó là nhờ trong tro bay có chứa một số chất dinh dƣỡng nhƣ S, P, K, Ca và đặc biệt là Si. Do đó ngồi việc thúc đẩy khả năng sinh trƣởng và hấp thụ dinh dƣỡng của thực vật nói chung tro bay cịn giúp tăng năng suất cây trồng.
Một nghiên cứu khác ở Ấn Độ về sử dụng tro bay làm phân bón cho thấy, với liều lƣợng bón tro bay là 20-40% thể tích đất đã làm tăng năng suất của cây lúa lên đáng kể. Đó là nhờ trong tro bay có chứa một số chất dinh dƣỡng nhƣ sunfat, P, K và Ca và đặc biệt là Si.
Weinstein (1989) chỉ ra rằng, việc bổ sung tro bay vào đất làm tăng năng suất nhiều loại cây trồng nhƣ: cỏ linh lăng, lúa mạch, cỏ Bermuda và cỏ ba lá. Kim và cs. (1997) cũng đã chỉ ra rằng, năng suất cải bắp ở Trung Quốc đã tăng thêm 13- 15% trên các thửa ruộng đƣợc bón 15% tro bay và hàm lƣợng các kim loại nặng trong mô thực vật không tăng do việc sử dụng tro bay [56].
Sử dụng 5-20% tro bay ở tầng canh tác (0-15 cm) giúp tăng sản lƣợng của các cây ngũ cốc, lúa mì, các loại cây cỏ thơm đặc biệt là cây sả [18]. Kết quả nghiên
cứu của Lau và Wong (2001) cũng cho thấy việc thêm tro bay ở mức 5% giúp tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt giống và chiều dài gốc của rau diếp. Hàm lƣợng axit amin trong đậu tƣơng cũng tăng khi đƣợc trồng với đất đƣợc cải tạo bằng tro bay [17]. Nghiên cứu của Sharma và cs. (2001) cũng chỉ ra rằng sử dụng 25% tro bay giúp tăng năng suất của cà chua, cải bắp và các cây có dầu nhƣ hƣớng dƣơng, vừng, lạc [46].
Bảng 12. Tro bay giúp tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của cây trồng
Chỉ tiêu Lúa Lúa mì Ngô Kê Đậu đỏ Mù tạc
N (kg/ha) ĐC 21,2 50 32,2 19,6 52,8 52 Tro 72,6 81 57,9 23,8 83,6 71,5 P (kg/ha) ĐC 5,8 8 8,7 5,3 1,5 11,6 Tro 17,5 13 16,7 6,4 2,4 15,9