Bón TSH vào đất làm tăng đáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trưởng phát triển và năng suất cây trồng. Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng 24% và sinh khối cũng tăng 13% và chiều cao của cây có thể tăng thêm 1,26 đến 1,35 lần và sản lượng tăng 2,3 đến 2,4 lần. Với cây hàng năm năng suất có thể tăng 200% nếu được bón lượng TSH cao. Ngoài việc TSH cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết, các axít humic còn chứa các hóc môn có khả năng tăng trưởng cây trồng. Tất nhiên để tìm ra lượng TSH tối ưu bón cho cây trồng thì cần phải xác định cho từng loại đất và cây trồng nhất định. Một số nghiên cứu gần đây còn cho thấy tác dụng của TSH đối với sinh trưởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếu bón kết hợp với phân khoáng [4].
- TSH cải thiện dinh dưỡng dễ tiêu cây trồng
Bón TSH có thể làm tăng pH và giảm nhôm di động trong đất chua, tại các vùng đất nhiệt đới bị khoáng hóa mạnh thâm canh cao. Bón TSH làm tăng pH đất đối với rất nhiều loại thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn vị pH. Kết quả là độ no bazơ tăng đến tận 10 lần so với trước khi bón TSH, còn CEC thì tăng đến 3 lần bởi vì khi bón TSH đồng thời cũng bổ sung thêm các nguyên tố kiềm K, Ca, Mg vào dung dịch đất, tăng pH đất và tăng dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng trong đất. Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng kể cả lượng TSH nhỏ bón vào đất thì cũng tăng một cách đáng kể lượng cation kiềm trong đất, kể cả lượng đạm tổng số và lân dễ tiêu cũng tăng hơn so với đối chứng [4].
- TSH cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng
TSH không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng cả khả năng giữ dinh dưỡng trong đất. Điều này rất quan trọng với các loại đất bị phong hóa hấp phụ ion kém. Nếu trộn một lượng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào đất thì CEC có thể tăng 50% so với không sử dụng TSH nhưng với một lượng TSH nhỏ thì vẫn tăng CEC trong đất trong khi đó bón tro than hoặc tro bay thì cũng không tăng khả năng giữ dinh dưỡng của đất. Khả năng
khe hở lớn và nhỏ. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra bón TSH vào đất thì tăng khả năng giữ ion trong đất và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng hữu cơ [4].
- TSH cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất
TSH không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hưởng tính chất lý học đất như khả năng giữ nước của đất. Những tác dụng này có thể nâng cao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất. Những đặc tính lý hóa học của các loại đất nghèo hữu cơ thường được cải thiện bằng các hình thức canh tác gắn liền với việc sử dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than. Một nhược điểm rất lớn của việc sử dụng tàn dư hữu cơ là phải bón một lượng rất lớn từ 50 đến 200 tấn.ha–1 thì mới cải thiện được một phần đặc tính của đất. Đáp ứng được lượng bón lớn như vậy là tương đối khó. Trong khi đó chỉ cần bón một lượng nhỏ (1.5 tấn ha–1) than giàu axít humic cũng làm tăng từ 20 đến 130% hạt kết ổn định. Hơn nữa chất thải hữu cơ lại có thể chứa rất nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ [4].
- TSH làm giảm mức độ thấm sâu của các chất trong đất
TSH có thể hạn chế sự thấm sâu của các chất gây ô nhiễm trong đất nông nghiệp. Điều này có thể do bởi khả năng hút bám của TSH đối với các chất hòa tan như Al3+, NO3-, PO43- và các ion hòa tan khác. Với khả năng này, than sinh học nên được nghiên cứu để ứng dụng vào việc hạn chế rửa trôi dinh dưỡng bề mặt ở các lưu vực và hạn chế ô nhiễm nước ngầm gây ra bởi sự thấm sâu của các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp.
Theo Zhang và cs (2011) [4], về đánh giá ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất ngô và khí nhà kính trên đất sét tích vôi nghèo các bon hữu cơ tại Hà Nam, Trung Quốc, thí nghiệm bón than sinh học được làm từ rơm lúa mỳ nhiệt phân bằng lò ở nhiệt độ từ 350 – 550oC với lượng bón từ 0, 20, 40 tấn/ha. Thí nghiệm cho thấy than sinh học làm tăng năng suất ngô từ 7,3 đến 15,8% mà không cần bón thêm nitơ và 8,8% và 12,1% tương ứng với 20 tấn/ha và 40 tấn/ha than sinh học kết hợp với phân nitơ. Trong nghiên cứu này cũng cho thấy năng suất cây trồng tăng tương ứng với lượng than sinh học bón vào đất.
- Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm
Các chất ô nhiễm có thể gây độc hại đối với hệ sinh thái nếu chúng di chuyển vào đất và đi vào cây trồng, sinh vật hoặc thấm vào nước ngầm. Than sinh học đã được chứng minh là một chất hấp thụ hiệu quả các chất gây ô nhiễm khác nhau, chất hữu cơ và chất vô cơ vì chúng có diện tích bề mặt lớn và có cấu trúc đặc biệt. Nhiều nghiên cứu khác cũng cho thấy than sinh học làm từ các vật liệu khác nhau có khả năng hấp thụ kim loại nặng, các chất ô nhiễm hữu cơ như PAHs, thuốc trừ sâu và các chất ô nhiễm khác [4].
- Xử lý ô nhiễm kim loại nặng
Về xử lý kim loại nặng, nhiều báo cáo đã cho rằng than sinh học có hiệu quả cao trong việc loại bỏ kim loại nặng trong dung dịch và trong đất. Hiệu quả của than sinh học được sản xuất từ rơm rạ trên Cu(II), Pb(II) và Cd(II) linh động trong đất Ultisol giảm C(II) và Pb(II) tương ứng là 19,7 %- 100% và 18,6%-77% [4].
Các cơ chế loại bỏ kim loại nặng khi có than sinh học thêm vào có thể do tương tác tĩnh điện, sự kết tủa và một số cơ chế khác. Bề mặt THS mang điện tích âm do sự giảm tiềm năng điện động (zeta potential) và tăng CEC. Vì vậy, việc hút tĩnh điện giữa các kim loại nặng có điện tích dương và đất sẽ được tăng cường. Liên quan đến sự kết tủa là sự tăng lên đáng kể của pH đất từ than sinh học thêm vào có thể dẫn đến giảm sự linh động của kim loại. Các dạng oxit khác nhau, phốt phát hoặc cácbonát sẽ được hình thành trong các điều kiện khác nhau, ví dụ, kết tủa mới chỉ được quan sát trên kim loại Pb với than sinh học từ bùn thải như 5PbO.P2O5.SiO2 (chì phốt phát silicat) tại pH = 5. Một số cơ chế phức tạp hơn cũng có thể có vai trò tham gia trong quá trình tương tác giữa than sinh học và kim loại nặng. Bởi vì có nhiều nhóm chức (cacboxylic, alcohol và nhóm hydroxyl, …) trên bề mặt của than sinh học, chúng dễ dàng hình thành các phức chất giữa kim loại nặng và các nhóm trên. Sự kết hợp với các nhóm chức hydroxyl và cacboxyl hữu cơ chiếm 38,2-
42,3% tổng số Pb liên kết thay đổi với pH, trong đó đồng kết tủa hoặc liên kết trên bền mặt khoáng chiếm 57,7-61,8% [4].
- Xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ
Than sinh học có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất, nước và trầm tích, và do đó làm giảm khả năng dễ tiêu của chúng và ngăn các chất độc hại chuyển từ môi trường vào thực vật và tiếp tục cho sinh vật trong đó có con người [4].
Vấn đề này cũng đã được thử nghiệm với nồng độ hòa tan tự do của PAH trong bùn thải có thể giảm đáng kể khi sự có mặt của than sinh học, với lượng từ 0-57% tùy thuộc vào lượng TSH thêm vào. Than sinh học từ cây cũng được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng lên khả năng di chuyển của PCP (phencyclidine). Cho thấy 5% TSH thêm vào làm giảm hàm lượng PCP là 42%, và cũng giảm nồng độ PCP (phencyclidine) từ 56% và 65% tương ứng trong dịch chiết methanol và nước cất. Xác định tác dụng của than sinh học lên tính dễ tiêu của PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons), và cho thấy rằng than sinh học đã làm giảm tổng số (449-306 mg/kg) và khả năng dễ tiêu (chiết bằng cyclodextrin) (276-182 mg/kg) PAH, và nồng độ PAH trong giun đất Eisenia fetida (lên đến 45%). Như vậy TSH có thể được coi là công cụ hữu ích để đối phó với ô nhiễm hữu cơ. Nhìn chung, các loại TSH khác nhau có thể được sử dụng như một chất hấp phụ thay thế có chi phí thấp và hiệu quả cao cho xử lý ô nhiễm các chất hữu cơ [4].
- Than sinh học tác động lên thuốc trừ sâu
Khi bổ sung 1% TSH thì 1,3- dichloropropene trong giảm đi đáng kể, TSH cũng làm giảm dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ trong đất. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mức độ ảnh hưởng của than sinh học lên hiệu quả của thuốc trừ cỏ phụ thuộc vào tính chất hóa học và cơ chế hoạt động của chúng. Hơn nữa, TSH khi bón vào đất có thể làm giảm khả năng hấp phụ theo thời gian, điều này có thể quan trọng đối với kiểm soát lượng thuốc trừ sâu có trong đất để bổ sung TSH cần thiết [4].
Chất thải nông nghiệp như rơm rạ, phân chuồng giàu chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, do đó rất thuận lợi cho việc bổ sung vào đất với mục đích cải thiện tính chất chất của đất và trả lại chất dinh dưỡng và tăng hàm lượng hữu cơ trong đất. Tuy nhiên chất thải nông nghiệp không xử lý mà trực tiếp đưa vào đất có thể xảy ra nhiều vấn đề. Ví dụ bón phân chuồng có nguy cơ bị rửa trôi hoặc thấm lọc các thành phần có nguồn gốc từ phân chuồng như N và P, chúng có thể gây hại tới dòng suối và ao hồ; bùn thải thô có thể có nguy cơ gây vượt quá hàm lượng kim loại nặng có thể gây ô nhiễm cho môi trường. So với bùn thải thô thì quá trình nhiệt phân có thể làm giảm kim loại nặng dễ tiêu đối với thực vật, giảm dạng linh động và nguy cơ rửa trôi của kim loại nặng.
Ủ phân compost là một trong những biện pháp ứng dụng rộng rãi đối với quá trình tái chế chất thải nông nghiệp, điều mà có thể tránh được những bất lợi do các độc tố khi bón trực tiếp vào đất. TSH như một nhân tố có tác động lớn có thể thúc đẩy quá trình quá trình ủ không chỉ tạo cấu trúc và bổ sung chất khô mà còn cung cấp C và năng lượng cho các vi sinh vật. Nó cho thấy rằng, than sinh học là tác nhân tối ưu hóa cho quá trình ủ phân gia súc gia cầm bằng cách làm giảm mùi hôi và mất N cũng như tạo ra loại phân ủ có thành phần dinh dưỡng cân bằng. Do vậy, than sinh học có vai trò hỗ trợ trong việc xử lý hoặc thay thế sử dụng chất thải nông nghiệp [4].
PHẦN 3