1.4.1 Khâi niệm về phđn bĩn
Phđn bĩn lă chất bổ sung cĩ chứa một hoặc nhiều chất dinh dưỡng không thiết yếu đối với cđy trồng, nĩ cĩ tâc dụng thúc đẩy sự sinh trưởng, phât triển của cđy trồng hoặc cải tạo đất.
Câc dinh dưỡng không được chia thănh 3 nhĩm: o Nguyín tốđa lượng: N, P, K
o Nguyến tố trung lượng: Ca, Mg, S, Fe … o Nguyến tố vi lượng: Cu, Zn, Mn, Bo, Mo, …
o Một số nguyến tố khâc như: Coban, Na, Si cĩ vai trị chất dinh dưỡng trong một văi vụ
Tất nhiín tâc dụng lớn nhất lă của câc nguyín tố đa lượng được bĩn cho cđy dưới dạng phđn đa lượng.
Phđn đạm giúp cđy tăng thím lâ, nhânh, hạt, quả
Phđn lđn kích thích sự phât triển của rễ, giúp cđy trồng trưởng thănh nhanh.
Phđn K lăm tăng sản lượng vă chất lượng nơng phẩm, lăm cứng cđy, tăng sức
chống đỡ với dịch bệnh vă hạn hân. (Phđn chứa S lăm cđn bằng độ mău mỡ của đất,
đĩng gĩp văo việc cải tạo những vùng đất mặn, kiềm tính, đất bị vơi hĩa…).
Như vậy, 3 loại phđn bĩn trín cĩ tâc dụng phối hợp, nhờ vậy tăng thu hoạch của cđy trồng vă bất cứ loại cđy năo cũng cần 3 loại phđn bĩn nĩi trín (với liều lượng tùy theo độ phì sẵn cĩ của đất vă loại cđy). Mặt khâc, khi bĩn cho cđy câc chất dinh dưỡng cung cấp phải cđn đối, thừa một nguyín tố cũng cĩ hại [48].
1.4.2 Phđn hữu cơ sinh hĩa – Một hướng đi chiến lược cho sản xuất nơng nghiệp [14], [36], [48] nghiệp [14], [36], [48]
1.4.2.1 Khâi niệm phđn hữu cơ sinh hĩa
Phđn hữu cơ sinh hĩa lă loại phđn bĩn sử dụng câc loại nguyín liệu, phụ phế
liệu cĩ nguồn gốc hữu cơđược sản xuất bằng cả cơng nghệ sinh học vă hĩa học: (i) Cơng nghệ sinh học cĩ sự tham gia của vi sinh vật với vai trị xúc tâc quâ trình phđn giải nguyín liệu; (ii) Cơng nghệ hĩa học bổ sung câc nguyín tố dinh dưỡng hĩa học
đa lượng, trung lượng, vă vi lượng dùng để tạo nín sản phẩm cụ thể.
Sử dụng phđn hữu cơ sinh hĩa, cùng một lúc chúng ta đưa văo đất canh tâc 3 loại phđn: phđn hĩa học, phđn hữu cơ, phđn vi sinh [36]
1.4.2.2 Vai trị của phđn hữu cơ sinh hĩa
Nhu cầu lượng thực ngăy căng tăng theo tốc độ tăng trưởng dđn số trín thế
giới, với tốc độ tăng dđn số hiện nay buộc nơng nghiệp phải sản xuất nhiều hơn. Cùng với sự phât triển hội nhập hĩa kinh tế toăn cầu, câc sản phẩm nơng nghiệp trở
thănh hăng hĩa trao đổi giữa câc quốc gia vă câc chđu lục. Với sựđịi hỏi ấy, phđn hữu cơ khơng thể đâp ứng được nhu cầu của sản xuất nơng nghiệp. Vì vậy, trong
văi chục năm trở lại đđy, phđn bĩn sinh hĩa hữu cơ tổng hợp đê chiếm lĩnh chủ yếu trong câc loại phđn đê được sử dụng trong sản xuất nơng nghiệp của hầu hết câc nước trín thế giới.
Với câch mạng xanh trong nơng nghiệp, câc giống cđy trồng cĩ năng suất cao ra đời với tính chịu phđn cao, địi hỏi nhiều dinh dưỡng, do đĩ người sản xuất phải bĩn nhiều phđn hĩa học như urea, NPK, DAP… vă sử dụng thuốc trừ sđu bệnh. Việc sử dụng phđn hĩa học vă thuốc trừ sđu bệnh dẫn đến tình trạng lẩn quẩn khĩ thôt của đất đai bị bạc mău, nước bị ơ nhiễm, vai trị của sinh vật đất (như giun đất) vă vi sinh vật đất giảm hẳn, trong khi đĩ câc loăi sđu bệnh lại tăng khâng thuốc. Vì vậy muốn cĩ năng suất cao lại phải dùng phđn hĩa học vă thuốc trừ sđu nhiều hơn.
Đĩ lă chưa kể chất lượng nơng sản bị giảm do gia tăng tồn lưu chất độc.
Con đường mă những nước phât triển đê đi với sự sử dụng câc sản phẩm hĩa học vă lạm dụng câc loại hĩa chất đê phâ hoại tự nhiín, phâ vỡ sự cđn bằng sinh thâi, gđy ơ nhiễm mơi trường. Nhưng chúng ta cũng khơng thể hủy bỏ ngay việc sử
dụng phđn hĩa học mă đi theo hướng canh tâc hoăn toăn hữu cơ vì nếu chỉ sử dụng câc loại phđn sinh học (phđn chuồng, phđn xanh…) sẽ khơng thể nđng cao nhanh chĩng năng suất vă tổng sản lượng cđy trồng, nhưng nếu chỉ sử dụng phđn hĩa học thì năng suất tăng đến giới hạn nhất định vă khi sử dụng khơng đúng lại lăm ơ nhiễm mơi trường. Vì thế, để bảo vệ mơi trường vă duy trì được sự cđn bằng sinh thâi, tạo ra được năng suất vă sản lượng cần thiết cho xê hội, chúng ta cần cĩ sự kết hợp hăi hịa giữa việc sử dụng phđn hĩa học vă câc hĩa chất với câc sản phẩm hữu cơ trong nơng nghiệp.
Vấn đề được đặt ra ở đđy lă phải kết hợp được tính tâc dụng nhanh vă hăm lượng dinh dưỡng cao của phđn bĩn hĩa học với khả năng cải tạo đất của phđn hữu cơ vă phđn vi sinh, đồng thời sử dụng hợp lý câc chất điều hịa kích thích tăng trưởng cđy trồng vă câc nguyín tố vi lượng.
Phđn sinh hĩa hữu cơ (Bio organic fertilizer) lă sản phẩm sinh học vă được bổ
thiếu, nĩ cĩ thể điều chỉnh được hăm lượng dinh dưỡng cho phù hợp với từng loại cđy trồng trín mỗi vùng đất canh tâc khâc nhau.
Quan trọng hơn cả lă phđn sinh hĩa hữu cơ giải quyết được vấn đề đảm bảo sinh thâi, bảo vệ mơi trường vă sự phât triển của một nền nơng nghiệp bền vững. Hiệu quả mang lại do sử dụng phđn sinh hĩa hữu cơ lă rất lớn, nhiều nước trín thế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
giới đê sử dụng rộng rêi loại phđn bĩn mới năy để tâi tạo lại độ phì nhiíu của vùng
đất bạc mău do khai thâc khơng hợp lý, để cải tạo những vùng đất hoang hĩa thănh
đất canh tâc, để tăng năng suất vă chất lượng nơng sản trong điều kiện thđm canh cao.
1.5 Tổng quan về câc quâ trình hĩa học – vi sinh vật học chính xảy ra trong quâ trình ủ nguyín liệu [28], [32], [66] quâ trình ủ nguyín liệu [28], [32], [66]
Quâ trình ủ phđn được sử dụng trong nghiín cứu năy lă quâ trình ủ phđn compost – một quâ trình biến đổi sinh học được sử dụng rất rộng rêi, lă quâ trình sản xuất khĩp kín, khơng chất thải. Quâ trình năy đê được thiín nhiín thực hiện hăng triệu năm nay, chỉ cĩ điểm khâc lă nếu cứ để thiín nhiín tiến hănh câc quâ trình chuyển hĩa xảy ra rất chậm vă nhiều trường hợp hoăn toăn khơng triệt để, cĩ khi lại cĩ tâc dụng ngược lại. Việc tận dụng nguồn chất thải năy lăm phđn bĩn cho cđy trồng lă một quâ trình tâi tạo vật chất trong thiín nhiín, câc loại cđy trồng khơng cĩ khả năng sử dụng trực tiếp câc chất hữu cơ, chúng chỉ cĩ thể sử dụng câc chất vơ cơđược chuyển hĩa từ câc chất hữu cơ, cơng việc chuyển hĩa câc chất hữu cơ thănh câc chất vơ cơ do câc loăi vi sinh vật thực hiện, câc quâ trình năy được gọi lă câc quâ trình vơ cơ hĩa hay quâ trình không hĩa. Sản phẩm tạo thănh ở dạng mùn ổn định, khơng mang mầm bệnh gọi lă phđn compost – sử dụng lăm phđn bĩn cho cđy trồng.
Nếu khơng cĩ vi sinh vật vă khơng cĩ quâ trình vơ cơ hĩa năy, cđy trồng sẽ
khơng thể phât triển được. Do đĩ việc sản xuất phđn hữu cơ cĩ chất lượng cao phải lă quâ trình sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật. Ngoăi câc vi sinh vật ra, người ta cịn sử dụng giun đất để sản xuất phđn hữu cơ. Khi nhận câc chất hữu cơ, câc loăi giun sẽ sử dụng câc chất hữu cơ cĩ trong phđn để tiến hănh câc quâ trình trao đổi
chất vă sẽđưa ra khỏi hệ tiíu hĩa của mình câc chất hữu cơđê qua xử lý, loại phđn năy khơng cĩ mùi hơi vă sử dụng trong trồng trọt rất cĩ hiệu quả.
1.5.1 Thănh phần nguyín liệu ủ
Trong nguyín liệu ủ cĩ 3 thănh phần chính : • Nguyín liệu hữu cơ: ởđđy lă bùn vă mạt dừa.
• Chế phẩm sinh học BIOVINA do của bộ mơn Cơng nghệ sinh học trường
Đại học Bâch khoa sản xuất dùng trong xử lý nước thải, chất thải hữu cơ. Bùn thải được hình thănh do quâ trình lắng tụ thức ăn dư thừa, chất thải dạng phđn, chất băi tiết, vă câc thănh phần khơng hịa tan khâc tích gĩp lại trong nước vă nền đây. Thănh phần của bùn ao rất phức tạp chứa 65-70% chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật cả vi sinh vật gđy bệnh vă câc nguyín tố dinh dưỡng dùng lăm phđn bĩn rất tốt. Vì do chứa nhiều chất hữu cơ dễ gđy hơi thối lăm ơ nhiễm mơi trường khơng khí, chứa nhiều vi khuẩn cả vi khuẩn gđy bệnh, độ ẩm lớn, sử dụng bùn tươi lăm phđn bĩn khơng cĩ lợi vă khĩ vận chuyển.
Nín giải phâp đưa ra lă thím văo câc vật liệu độn chủ yếu lă câc nguyín liệu thải bỏ như mạt dừa, rơm rạ, lõi bắp ngơ, mạt cưa, trấu, câm gạo, thđn cđy cỏ, phđn chuồng… lă câc chất liệu hữu cơ cĩ hăm lượng hydratcarbon cao; ngoăi tâc dụng
độn lăm giảm độ ẩm, cịn cĩ tâc dụng như một chất hữu cơ vă như một chất xốp tạo
điều kiện xđm nhập oxi khơng khí.
Về mặt hĩa học, những chất trong nguyín liệu cĩ thể xếp văo một trong hai nhĩm lớn:
o Nhĩm chất đạm
o Nhĩm chất khơng cĩ đạm
Một phần trong nhĩm hợp chất đạm ở dạng hịa tan, nhưng phần lớn khơng hịa tan vă chỉ hịa tan qua quâ trình phđn giải của vi sinh vật. Nếu nguồn nguyín liệu cĩ thím nước giải của súc vật thì sẽ cĩ thím nhiều hợp chất chứa đạm hịa tan, phần lớn ở dạng urea, acid uric, acid hippuric vă muối amon.
Những hợp chất đạm khơng hịa tan chủ yếu lă những hợp chất protein trong phđn chuồng vă chất độn.
Những hợp chất khơng đạm gồm nhiều loại hydratcarbon (cellulose, hemicellulose, …), những hợp chất tan trong ete (mỡ, sâp, nhựa,…) vă lignin. hemicellulose, …), những hợp chất tan trong ete (mỡ, sâp, nhựa,…) vă lignin.
Trong quâ trình ủ VSV cơng phâ những nguyín liệu năy thănh vật chất hữu cơ
cĩ trọng lượng phđn tử thấp hơn, dễ tiíu thụ hơn vă câc chất không hịa tan, dạng dinh dưỡng cđy trồng dễ hấp thụ.
1.5.2 Sự chuyển hĩa vật chất trong quâ trình phđn giải câc chất hữu cơ
Quâ trình phđn hủy diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn vă tạo nhiều sản phẩm trung gian, cĩ thể mơ tả tổng quât như sau:
Sơđồ 1.1 Quâ trình chuyển hĩa chất hữu cơ
1.5.2.1 Quâ trình phđn giải chất hữu cơ vă hình thănh chất mùn
Câc chất hữu cơ cĩ quâ trình biến đổi phức tạp với sự tham gia trực tiếp của câc sinh vật vă chịu ảnh hưởng của câc điều kiện trong khối ủ. Một phần trong chúng bị không hô hoăn toăn tạo thănh câc chất không đơn giản, một phần được câc sinh vật đất sử dụng để tổng hợp protein, lipit, đường vă câc hợp chất khâc xđy dựng cơ thể chúng, một phần sẽ trải qua quâ trình biến đổi phức tạp vă tâi tổng hợp thănh câc hợp chất cao phđn tửđược gọi lă chất mùn.
Chất hữu cơ
Chất khơng phải chất mùn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vi sinh vật Tăn tích hữu cơ
Acid fulvis Acid humic
Humin, Ulmin Protein, lipit, đường Chất mùn
Nĩi một câch khâc, câc chất hữu cơ sẽ chịu tâc động của 2 quâ trình xảy ra
đồng thời lă quâ trình không hô vă quâ trình mùn hô. Tuỳ theo điều kiện vă hoạt
động của sinh vật mă một trong hai quâ trình trín cĩ thể chiếm ưu thế.
Câc hợp chất mùn sau khi được hình thănh cũng chịu tâc động phđn giải chậm
để tạo thănh câc chất không.
Sơđồ 1.2 Quâ trình không hô vă tổng hợp chất mùn Không hĩa chậm Không hĩa Chất hữu cơ Câc hợp chất không Mùn hĩa Câc hợp chất mùn
1.5.2.2 Quâ trình không hô chất hữu cơ (vơ cơ hô)
Sơđồ 1.3 Quâ trình không hĩa chất hữu cơ (vơ cơ hĩa)
Không hô lă quâ trình phđn huỷ câc hợp chất hữu cơ thănh câc chất không
đơn giản như CO2, H2O, NO3-, NH4+, Ca2+, Mg2+, K+...
Đđy lă quâ trình biến đổi phức tạp vă trải qua nhiều giai đoạn khâc nhau. Trước hết chất hữu cơ phức tạp bị phđn giải thănh câc chất hữu cơđơn giản hơn gọi lă câc sản phẩm trung gian. Quâ trình phđn giải năy gồm cĩ hai sự kiện chính: (i) sự
phâ vỡ câc hợp chất hydratcarbon cũng như câc hợp chất bĩo; (ii) sự không hĩa câc hợp chất cĩ đạm.
i- Hydratcarbon
Cĩ cơng thức chung Cn(H2O)m cĩ chứa nhiều những hydroxyl (OH) vă carbonyl (C=O). Hydratcarbon cĩ thể chia lăm 3 loại: monosaccharit, disaccharit, polysaccharit.
Monosaccharit chủ yếu lă pentose vă hexose.
CHẤT HỮU CƠ
Quâ trình thối mục
(tỏa nhiệt)
Sản phẩm phđn giải trung gian
Sản phẩm không hĩa hoăn toăn
Quâ trình thối rữa (khơng tỏa nhiệt) NH3, H2O, CO2 R3PO4, R2PO4, RNO2, RNO3 CH4, H2, N2, H2S, PH3
PENTOSE C5H10O5 lă một loại đường trong chất pentosane, cĩ nhiều trong rơm rạ (30%)
Trong điều kiện hiếu khí nĩ phđn giải như sau: C5H10O5 + 5O2l 3CO2 + 5H2O
Vă trong điều kiện yếm khí nĩ phđn giải như sau: C5H10O5 + H2O l 3CO2 + 3H2 + 2CH4
Như vậy trong quâ trình phđn giải, vi sinh vật cơng phâ hợp chất năy ra thănh câc chất khí, bay đi mất, do đĩ trọng lượng đống ủ giảm đi nhiều. Thực nghiệm cho thấy, khi độn thím rơm rạ văo đĩng ủ, nếu tỷ lệ pentosane giảm cịn khoảng 12% thì đống ủ về cơ bản đê hoăn tất quâ trình phđn giải.
HEXOSE C6H12O6 cĩ rất nhiều trong tế băo thực vật (ở dạng glucose, fructose, mannose). Trong hầu hết câc loại lâ cđy đều cĩ loại đường năy.
Trong điều kiện hiếu khí nĩ phđn giải như sau: C6H12O6 + 5O2l 6CO2 + 562O Trong điều kiện yếm khí, sự phđn giải diễn ra như sau: C6H12O6 + 6O2l 6CO2 + 12H2O Hoặc theo hướng: C6H12O6 + 6H2O l CH3-CH2OH + 2CO2 + H2O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tùy theo tính chất của từng loại vi sinh vật; trường hợp năy, ta ngửi thấy cĩ mùi rượu phât ra. Nhưng ethanol sẽ tiếp tục phđn giải thănh acid hữu cơ:
CH3-CH2OH + O2l CH3-COOH + H2O
những acid hữu cơ năy cĩ thể lă acid oxalic, acid benzoic, acid fumaric, acid malic… nhưng tất cảđều bị phđn giải đến mức cuối cùng ra nước vă khí carbonic.
Disaccharit (như saccharose, mantose, lactose) khi ủ thì bị thủy phđn ra câc
loại monosaccharit vă cũng biến đổi tiếp theo như trín: C12H22O11 + H2O l 6C6H12O6
Polysaccharit do sự tổng hợp nhiều monosaccharit mă ra, cơng thức chung lă
Tinh bột phđn giải phđn giải rất nhanh chĩng, qua hiện tượng thủy phđn thănh dextrose rồi mantose vă glucose:
(C6H10O5)2n + (n-1)H2O l nC12H22O11
C12H22O11 + 2H2O l 2C6H11O6
Sự phđn giải tinh bột thường do một số loăi vi sinh vật thơng thường thực hiện
như Apergillus, Bacillus amolovorus, B. maceians… Cellulose cũng lă một chất dễ
phđn giải vă trong điều kiện thiín nhiín cĩ rất nhiều loăi vi sinh vật cĩ khả năng phđn giải cellulose như Cytophaga, Cellvibrio… (trong điều kiện hiếu khí) hoặc
nhưClostridium, Plectridium… (trong điều kiện kỵ khí).
Tĩm lại, đối với câc chất thuộc loại hydratcarbon, quâ trình phđn giải thường trải qua nhiều bước trong cĩ cĩ sự hình thănh ra câc sản phẩm trung gian nhiều loại acid hữu cơ khâc nhau, tùy nguyín liệu nhưng cuối cùng đi đến câc sản phẩm chủ
yếu lă CO2, H2O hoặc cĩ thím H2, CH4 (trong điều kiện yếm khí). Do đĩ, đống ủ bị
tiíu hao nhiều về mặt trọng lượng trong quâ trình ủ.
ii- Protein
Gồm những chất phức tạp chứa đạm vă được phđn giải thănh acid amin. Trong nhiều bộ phận của thực vật cĩ chứa protein. Hợp chất protein trong đống ủ qua quâ trình thủy phđn, biến thănh acid amin vă câc acid amin năy bị vi sinh vật cơng phâ thănh ammoniac, trong điều kiện hiếu khí cũng như kỵ khí. Ví dụ như acid amin
đơn giản nhất lă acid aminoacetic (cịn gọi lă glycocon):
2NH2-CH2-COOH + 3O2l 2NH3 + 4CO2 + 2H2O (hiếu khí) NH2-CH2-COOH + 2H2Ol NH3 + 2CO2 + 3H2 (kỵ khí)
Tùy điều kiện phđn giải vă tính chất của những loăi vi sinh vật tham gia phđn giải, đạm amoniac phât ra sẽ chuyển thănh đạm nitrat, đạm nitrit… nĩi chung lă