Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.5. Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón
PHÂN BĨN
2.5.1. Sử dụng phân viên nhả chậm bón cho cây trồng
Phân viên nén chậm tan hay phân viên nhả chậm (PVNC) được sản xuất với công nghệ lý - hóa đặc biệt tạo ra những viên phân chứa đầy đủ nhất các chất dinh dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng. Hơn thế là tất cả các dinh dưỡng này đều được hòa tan một cách từ từ, hợp lý theo từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây trồng (thời gian phân giải hết một hạt phân có thể từ 3 tháng, 6 tháng, 9 tháng, 12 tháng… cho tới 24 tháng). Như vậy bài toán rửa trơi và bay hơi của phân bón hầu như đã được giải quyết tối ưu và triệt để bằng việc sử dụng phân viên nén chậm tan.
Sự hòa tan dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng từ sản phẩm phân viên nhả chậm là một tiến trình bao gồm nhiều bước, trước tiên là sự hoà tan, sau đó là q trình phân giải bởi vi sinh vật. Khi bón vào đất, phân viên nhả chậm được hịa tan dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng qua cả hai quá trình: phân giải bởi vi sinh vật hay thủy phân. Sự phân giải do vi sinh vật là cơ chế chính yếu của sự phóng thích các chất dinh dưỡng. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, pH và sự hiếu khí của đất tác động đến hoạt động của vi sinh vật, do đó ảnh hưởng đến mức độ phóng thích các chất dinh dưỡng.
Dựa vào các đặc điểm về cấu trúc hóa học, về tính chất vật lí như: độ chậm tan, khả năng nhả các chất dinh dưỡng, phân nhả chậm được chia thành hai loại: là phân không bọc SRF (Slow Release Fertilizer) và phân có vỏ bọc CRF (Controlled Release Fertilizer).
Phân khơng bọc nhả chậm (SRFs): là phân bón trong đó bằng cách thuỷ phân hoặc phân huỷ sinh học hoặc bằng sự tan hạn chế, các chất dinh dưỡng được nhả dần trong thời gian dài hơn so với phân bón hồ tan trong nước thơng thường như amoni sunfat, amoni nitrat và urê. Phân bọc nhả chậm (CRFs): là phân bón trong đó chất dinh dưỡng được kiểm sốt, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng trong một thời gian ở nhiệt độ xác định (Guodong et al., 2014).
- Phân nhả chậm (SRF) là chất dinh dưỡng được cung cấp từ từ, cây lúc nào cũng có đủ dinh dưỡng, tăng hiệu quả sử dụng N (NUE), giảm chi phí lao động cho việc bón phân. Theo Trần Đức Thiện và cs. (2014) khi nghiên cứu ảnh hưởng của phân đạm viên nén đến sinh trưởng phát triển năng suất ngô C919 cho thấy lợi nhuận tăng thêm so với việc bón phân ure tăng thêm từ 5,2 đến 6,2 triệu đồng/ha so với sử dụng đạm dạng rời.
- Giảm tối thiểu sự mất mát phân bón do xói mịn đất, sự bay hơi hay do kết dính chặt vào đất và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón. Việc sử dụng phân bón nhả chậm có thể giảm từ 20 - 30% (hoặc lớn hơn) lượng phân bón so với phân bón thơng thường mà vẫn cho năng suất như nhau. Các chất dinh dưỡng được cung cấp suốt vòng đời phát triển của cây, theo từng giai đoạn phát triển của cây, nhu cầu dinh dưỡng ở từng thời điểm được cung cấp đúng lúc, đúng liều và đúng cách. Đồng thời giúp rễ cây phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề kháng của cây (IFA, 2014). Nguyễn Tất Cảnh (2005) cho thấy, sử dụng phân viên nén cho lúa giúp tiết kiệm 50% lượng phân bón so với bón vãi thơng thường. Sử dụng phân viên nén cho ngô năng suất cao hơn so với đối chứng 20 - 25% (Nguyễn Văn Lộc và Nguyễn Tất Cảnh, 2009).
- Tăng khả năng sử dụng các chất dinh dưỡng; Khi bón phân rời các chất dinh dưỡng có thể sẽ bị giảm do các yếu tố vật lí, hóa học diễn ra trong đất. (Givol, 1991 và Shaviv et al., 1995) cho thấy khi bón phân nhả chậm cho thấy P tích lũy trong cây cao hơn so với bón phân rời.
- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính đối với cây trồng (đặc biệt là cây trồng từ hạt) và hàm lượng muối của chất nền, bắt nguồn từ nồng độ ion cao trong đất, do q trình hịa tan nhanh của phân bón truyền thống, vì thế góp phần cải thiện tính an tồn trong nơng nghiệp. Khơng gây chết cây do sốc dinh dưỡng khi mới bón, khơng gây thối hố và làm chết các vi sinh vật đất, giảm thiểu rủi ro mà phân bón gây ra đối với cây trồng và môi trường như cháy lá, ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng phú dưỡng. Ngồi ra phân bón nhả chậm cịn cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảy mầm cây (Babar et al., 2014).
- Việc sử dụng phân bón nhả chậm đóng góp vào chương trình quản lí phân bón tiên tiến và sáng tạo, hệ thống canh tác cơng nghệ cao. Việc dự đốn tốt việc nhả chất dinh dưỡng lâu dài của một số loại phân nhả chậm cho phép phát triển các phần mềm bón phân sử dụng trên các loại cây trồng khác nhau, vùng đất khác nhau. Trong sản xuất rau chuyên canh, phân bón nhả chậm được sử dụng một lần cho nhiều loại cây trồng, ví dụ rau diếp, cải thảo, đậu tằm, bông cải xanh... giúp nâng cao chất lượng và an toàn của rau quả và nông sản (Trenkel, 2010).
- Giảm số lần bón phân trong một vụ, chỉ cần bón 1 lần duy nhất cho cả vụ nên tiết kiệm thời gian, công lao động và kinh tế cũng như chi phí trong sản xuất, giảm bớt sự tác động cơ học đến đất do sử dụng nhân cơng hoặc máy móc mỗi
Tiềm năng sử dụng phân viên nhả chậm là rất lớn, đặc biệt là ở những nơi có nguy cơ bị mất đạm lớn và đối với những cây trồng có bộ rễ ăn nơng (Balkcom et al., 2003), các thí nghiệm áp dụng các loại phân này cho thấy khi bón cho bơng làm giảm được 40% lượng đạm bón, làm tăng năng suất lúa mỳ 20% (Hutchinson and Howard, 1997).
Urê được phủ polymer (PCU) là phân bón khi được bón vào đất ẩm, sử dụng khuếch tán nhiệt độ kiểm sốt để điều chỉnh N giải phóng phù hợp với nhu cầu thực vật và giảm thiểu tổn thất ra môi trường. Urê và PCU không tráng được so sánh tác động của chúng đối với khí (N2O và NH3) và dung dịch nước (NO3-) N tổn thất môi trường trong mùa mát trên cỏ, trong toàn bộ thời gian phát hành PCU N. Các nghiên cứu thực địa được tiến hành trên các bãi cỏ đã được thiết lập với hỗn hợp của cỏ xanh Kentucky (Poa pratensis L.) và ryegrass lâu năm (Lolium perenne L.) trong đất cát và đất. Mỗi nghiên cứu so sánh 0kg N/ha (đối chứng) với 200 kg N/ha được áp dụng dưới dạng urê hoặc PCU. Ứng dụng urê dẫn đến sự phát triển của N2O đo được nhiều hơn từ 127 đến 476%, trong khi PCU tương tự như mức phát xạ nền từ điều khiển. So với urê, PCU giảm phát thải NH3 xuống 41 - 49% và phát thải N2O 45 - 73%, đồng thời cải thiện tăng trưởng và độ xanh so với kiểm soát. Cải tiến này trong quản lý N để cải thiện tổn thất khí quyển của N sử dụng PCU sẽ góp phần bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và giảm thiểu tác động môi trường của N.
Như vậy, sử dụng phân viên nhả chậm là xu hướng hiện được sử dụng nhiều trên thế giới và Việt Nam. Khi sử dụng phân nhả chậm tiết kiệm được lượng phân bón (20 - 30% tùy theo loại cây và điều kiện canh tác), góp phần giảm chi phí tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất ngơ. Bên cạnh đó sử dụng phân viên nhả chậm cịn giúp giảm thiểu ơ nhiễm môi trường.
2.5.2. Sử dụng phần mềm HYDRUS để mô phỏng sự di chuyển của đạm trong đất nghiên cứu trong đất nghiên cứu
Trong sản xuất nông nghiệp, năng suất cây trồng tăng là nhờ phân hóa học đặc biệt là phân đạm. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng phân đạm thường thấp do sự mất đạm dưới dạng bay hơi NH3, N2O và rửa trôi. Theo Li et al. (2004) cho rằng, việc xây dựng kế hoạch bón phân và tưới nước hợp lý là rất cần thiết để quản lý lượng nước tưới và chất dinh dưỡng đạm trong đất. Xác định được lượng nước tưới và lượng đạm mất đi trong đất là một vấn đề phức tạp do tính khơng ổn định
trong việc xác định được lượng nước tưới và sự di chuyển của chất dinh dưỡng hồ tan ngay cả trong mơi trường được kiểm soát như nghiên cứu bằng lysimeter và thí nghiệm trong các cột đất (Yao et al., 2012). Thí nghiệm ngồi đồng ruộng mặc dù cung cấp số liệu thực tế nhưng khơng được kiểm sốt và cần nhiều thời gian để theo dõi lượng nước cần tiêu và nồng độ chất tan cũng khó xác định.
Sử dụng phần mềm máy tính đã và đang trở thành cơng cụ có giá trị để biết được điều kiện đất đai ảnh hưởng đến sự di động của đạm. Việc đánh giá các giải pháp quản lý về tưới nước và bón phân để có năng suất cây trồng cao, chất lượng tốt và bảo vệ môi trường tốt hơn dựa trên kịch bản phân tích thơng qua mơ hình sẽ tiến hành dễ hơn (Van der et al., 2010). Các phần mềm số như SWMS
(Tournebize et al., 2012), HYDRUS (Simunek et al., 2011), HYDRUS 2D/3D
(Yao et al., 2012) đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá ảnh hưởng của các đặc tính nước trong đất, loại đất và đặc biệt thời gian bổ sung các chất dinh dưỡng, sự di động và sự phân bố các chất tan trong đất.
Phần mềm Hydrus phiên bản 2.0 nhằm chẩn đốn dịng chảy nước bão hoà, sự di chuyển nhiệt và di động chất tan theo không gian ba chiều và hai chiều. Phần mềm Hydrus dựa trên phương pháp số theo phương trình Rechard về dịng chảy nước trong điều kiện bão hòa - khơng bão hịa và phương trình khuếch tán đối lưu về sự di động của nhiệt và chất tan. Các phương trình di động chất tan cũng được lồng ghép với các phương trình phản ứng bậc nhất, phương trình phân hủy bậc nhất độc lập với các chất tan khác, và các phản ứng phân hủy bậc nhất yêu cầu kết nối các chất tan trong chuỗi phản ứng bậc nhất liên tục (Langergraber and Šimůnek, 2005, 2006; Tamás et al., 2015).
Phần mềm Hudrus 2.0 đã được sử dụng nhiều ở các nước để chuẩn đoán sự di chuyển của các chất tan, các chất ơ nhiễm, các chất hóa học nơng nghiệp khi bón vào đất và được đánh giá cao về độ chính xác và tính hữu ích cũng như dễ sử dụng của nó (Langergraber and Šimůnek, 2006). Mơ hình này được sử dụng để chẩn đốn, mơ phỏng sự di chuyển của đạm trong đất nghiên cứu.
Trong nghiên cứu của Zeng et al. (2013) đã sử dụng mơ hình Hydrus-1D để nghiên cứu sự tác động của các loại phân bón khác nhau cho thấy độ dẫn điện của đất tăng dần với độ sâu sau khi tưới và độ dẫn điện của độ sâu 0 ~ 60 cm thay đổi nhanh hơn độ sâu 60 ~ 100 cm. Nồng độ nitơ tăng theo độ sâu của đất và giảm sau khi tưới nước.
nước khu vực trồng mía trên đảo Miyakojima, Nhật Bản. Đã xác định được sự hấp thụ nước của rễ trên các mơ phỏng của sự thốt hơi nước.
2.5.3. Sử dụng dịch chiết thực vật có khả năng ức chế urease
Trên thế giới, để hạn chế quá trình mất đạm trong trồng trọt gần đây các nhà khoa học đã tìm ra và chiết xuất một số hoạt chất có nguồn gốc thực vật nhằm ức chế quá trình sinh tổng hợp cũng như hoạt tính của men urease.
Hoạt chất có nguồn gốc từ dịch chiết thực vật có khả năng ức chế enzyme urease đã được sử dụng với mục tiêu làm tăng hiệu quả sử dụng đạm là một giải pháp tiềm năng, có ý nghĩa tích cực trong phát triển nông nghiệp bền vững, bảo vệ hệ sinh thái và môi trường sống của con người (Lata, 2012; Farzaneh et al.,
2012).
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy một số dịch chiết thực vật có khả năng ức chế urease. Dịch chiết từ cây Yucca schidigera khi bổ sung vào nước uống của
gia cầm có khả năng bất hoạt enzyme urease sinh ra từ vi khuẩn trong hệ tiêu hóa, đồng thời kìm hãm quá trình phát thải NH3 từ phân của chúng (Nazeer et al., 2002).
Theo nghiên cứu của Shabana et al. (2010), các phần ăn được của đậu
xanh, dứa, ổi, quế và vỏ bơ có khả năng ức chế urease đậu rựa cao (khoảng 70- 100%). Các phần ăn được của táo, củ hành đỏ, hạt tiêu, đậu xanh ruột đen, cam thảo, rau cần, vỏ sudachi, chanh, dưa hấu, cà phê cho khả năng ức chế khoảng 30-70%. Rong biển như Undaria pinnatifida và Monostroma nitidum cũng cho
khả năng ức chế ở mức độ nhẹ.
Theo Shabana et al. (2010), quercetin thể hiện khả năng ức chế urease
chiết xuất từ đậu rựa là mạnh nhất với giá trị IC50=80µM. Ngồi ra quercetin, kampferol, apigenin, luteolin và baicalein cũng đã được cơng bố là những chất có khả năng kìm hãm hoạt động của urease. Điều đó có nghĩa là, nhóm hydroxyl-5 và hydroxyl-7 trong nhân flavone đóng vai trị quan trọng trong việc thể hiện khả năng ức chế hoạt động enzyme urease.
Một flavone được chiết xuất từ Datisca cannabina đã được công bố là có khả năng ức chế hoạt động của enzyme urease chiết xuất từ đậu rựa với giá trị IC50 ở nồng độ 83.9µM (Ahmad et al., 2008). Dịch chiết từ vỏ táo có chứa rutin (quercetin-3-O-rutinoside), hyperoside (quercetin-3-O-galactoside), isoquercitrin (quercetin-3-O-β-D-glucoside), quercetin-3-O-pentoside và quercitrin gần đây đã được chứng minh là các chất có khả năng ức chế hoạt động của enzyme urease
H. pylori (Pastene et al., 2009). Các kết quả này cho thấy, các nhóm hydroxy
phenolic và nhân flavonoid là các thành phần cần thiết đối với khả năng kìm hãm của các nhóm hợp chất này.
Theo nghiên cứu của Nabati et al. (2012), 137 cây thảo dược truyền thống của Iran đã được đánh giá hiệu quả ức chế urease bằng phản ứng Berthelot. Dịch chiết thô của 37 trong số 137 cây nghiên cứu cho khả năng ức chế urease mạnh (ức chế trên 70% ở nồng độ 10 mg/ml).
Rabinkov et al. (1998) đã nghiên cứu ảnh hưởng của allicin lên hoạt tính của các protein chứa nhóm thiol là papain và dehydrogenase và thấy rằng sự ức chế có tính chất bất thuận nghịch và phụ thuộc vào thời gian do sự kết hợp với nhóm - SH của enzyme. Gupta and Porter (2001) đã chứng minh rằng sự ức chế enzyme squalene monooxygenase bởi dịch chiết tỏi tươi cũng có tính chất bất thuận nghịch và phụ thuộc vào thời gian, nguyên nhân là do sự liên kết chất ức chế với nhóm - SH ở trung tâm hoạt động của enzyme.
Hiện nay đã có hơn 100 loại chất kìm hãm enzym ureaza được nghiên cứu, chế tạo và đưa vào thương mại. Trong đó, những chất chủ yếu được sử dụng bao gồm quinin, axidamit, polyaxit, polyphenol, axit humic và formaldehyde. Trong số đó chất được sử dụng rộng rãi nhất là NBPT (thiophosphrictriamide) và HQ (hydroquinone). NBPT ngăn trở bốc hơi NH3, trong điều kiện đất kiềm và trong điều kiện bay hơi thuận lợi. HQ có thể giảm việc mất NH3 bằng việc làm chậm quá trình thủy phân urê. HQ được chú ý hơn vì giá rẻ hơn so với các chất kìm hãm men ureaza khác (Yan et al., 2008). Các ion kim loại như Hg2+, Cu2+, Pb2+, Mn2+… là những chất ức chế khơng cạnh tranh vì nó có cùng hóa trị với cofactor của ureaza là Ni2+. Các ion kim loại này sẽ cạnh tranh các liên kết với Ni2+ do đó trung tâm hoạt động của ureaza bị khóa. Các muối kim loại nặng như Hg và Ag cũng có tác dụng tốt trong việc năng cản quá trình thủy phân urê, tuy nhiên khi sử dụng chúng có thể gây độc cho đất (Yan et al., 2008).
Mohanty et al. (2008) trộn bột hạt xoan với đạm urê và bón vào trong đất
và nhận thấy, ở đất thường và đất nhiễm mặn, bột hạt xoan không biểu hiện khả năng ức chế enzyme urease trong đất nhưng ở đất chua, hàm lượng urê trong đất được duy trì ở mức cao hơn so với cơng thức bón urê khơng có bột hạt xoan trong 2 tuần sau xử lý. Bột hạt xoan ức chế 4 - 28% sự nitrat hóa trong 7 - 21 ngày sau xử lý tùy thuộc vào loại đất, nhiệt độ và độ ẩm đất.
dịch chiết tổng số vào phân urê và bón vào trong đất. Trong số các lồi thực vật