Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang (LV tốt nghiệp)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG THAN SINH HỌC KẾT HỢP
PHÂN BÓN CHO LÚA XUÂN NHẰM TĂNG NĂNG SUẤT VÀ
CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẤT XÁM BẠC MÀU
Ở XÃ HỢP THỊNH, HUYỆN HIỆP HÒA, TỈNH BẮC GIANG

GVHD

: ThS. Phạm Hùng Sơn
ThS. Lê Xuân Ánh

SVTH

: Văn Thị Thu Dung

Lớp

: K58 CNKTMT


Hà Nội - 2017Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, nhân dịp này em xin được bày tỏ lòng biết ơn với những sự giúp đỡ đó.
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới ThS. Phạm Hùng Sơn, người
đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt và theo sát em trong quá trình thực hiện khóa luận
này.

Để có được kết quả này em xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Xuân Ánh Viện Thổ
nhưỡng Nông Hóa đã nhiệt tình cung cấp tài liệu và hướng dẫn em hoàn thành khóa
luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải, người đã định
hướng cho em làm đề tài này.
Em xin cảm ơn ban chủ nhiệm khoa môi trường, các thầy cô giáo trong khoa và
trong bộ môn công nghệ kỹ thuật môi trường, bộ môn thổ nhưỡng, đại học KHTNĐHQGHN, gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đê tài một cách hoàn thiện nhất, song
do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu
sót nhất định. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, và
toàn thể bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2016
Người thực hiện

Văn Thị Thu Dung


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CEC
CT
DT
KLN
NSLT
LSD 5%
OC
SSA
TS
TSH

TCVN

Dung tích trao đổi cation của đất
Công thức
Dễ tiêu
Kim loại nặng
Năng suất lý thuyết
Giá trị sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức xác suất nhỏ hơn 5%
Hữu cơ tổng số
Diện tích bề mặt
Tổng số
Than sinh học
Tiêu chuẩn Việt Nam


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việc sử dụng phân bón hóa học và hóa chất bảo vệ thực vật là chìa khóa dẫn
đến sự thành công trong cách mạng xanh, trong nền nông nghiệp công nghiệp hóa để
đảm bảo nhu cầu lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên trong những năm gần đây, nhiều
người đã lo ngại về ảnh hưởng của phân bón hóa học đến môi trường và sức khỏe con
người. Điều lo ngại này không chỉ trong những nước phát triển mà ngày càng trở nên

là vấn đề quan trọng ở những nước đang phát triển [4]. Một trong những vấn đề nổi bật
đó là gây suy thoái đất cụ thể là làm đất trở thành đất xám bạc màu: nghèo kiệt dinh
dưỡng làm giảm độ phì nhiêu đất do thiên hướng sử dụng nhiều phân bón hóa học, sử
dụng ít phân bón hữu cơ.
Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp trồng lúa nước từ lâu đời. Trong khi
đó phần lớn đất trồng lúa ở nước ta là đất bạc màu. Với đặc tính chua, nghèo kiệt chất
dinh dưỡng, dung tích hấp thụ thấp, thường khô hạn và chai cứng, đất lại dễ bị tác
động bởi quá trình rửa trôi, xói mòn, ngoài ra đất còn chịu tác động rất lớn từ việc bón
bừa bãi phân vô cơ … Do đó, đất bạc màu cần thiết phải được cải tạo để phục vụ cho
canh tác cây trồng đạt hiệu quả cao.
Than sinh học (Biochar) là loại than được sản xuất từ các nguồn sinh khối cây
trồng nông nghiệp hay rác thải hữu cơ. Nó được ví như “vàng đen” của ngành nông
nghiệp [6]. Do đặc tính của than sinh học trong việc cải thiện chất lượng đất và tăng
năng suất cây trồng nên người ta đã kết hợp với một lượng phân bón vô cơ thích hợp
để nâng cao năng suất cây trồng và đặc biệt là giảm các tác động xấu đến chất lượng
đất sử dụng.
Với nguồn nguyên liệu dồi dào, sẵn có từ các phụ phẩm và quy trình sản xuất
đơn giản. Việc sử dụng than sinh học kết hợp phân bón để nhằm tăng năng suất cây lúa
và cải thiện một số tính chất đất được biết như một giải pháp rất có triển vọng: giúp
tăng năng suất cho lúa nhưng cũng đảm bảo được chất lượng đất mà chi phí lại tiết
kiệm. Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học kết hợp
phân bón cho lúa xuân để tăng năng suất và cải thiện một số tính chất đất xám bạc
màu ở xã Hợp Thịnh, huyện Hợp Hòa Tỉnh Bắc Giang”.

6


2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá được khả năng sử dụng than sinh học kết hợp với phân bón để nhằm
tăng suất lúa và cải thiện một số tính chất đất xám bạc màu.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá khả năng cải thiện các tính chất xấu của
đất bạc màu khi dùng than sinh học kết hợp phân bón cho cây lúa. Tạo cơ sở cho ứng
dụng than sinh học trong nông nghiệp để làm tăng năng suất cây trồng đồng thời cải
tạo được tính chất đất.
Dạng các bon cố định chiếm tỷ lệ khá lớn trong TSH (trung bình là trên 50%),
giúp cố định các bon trong đất. Khám phá này đang được các nhà khoa học ứng dụng
mạnh mẽ vào mục đích tăng quá trình cố định các bon trong chương trình giảm thiểu
biến đổi khí hậu.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Việc sử dụng than sinh học kết hợp với phân bón cho cây lúa nhằm tăng năng
suất và cải tạo đất đáp ứng được yêu cầu về mặt kinh tế và môi trường. Góp phần
khuyến cáo nông dân sử dụng than sinh học hợp lý cho một số loại đất để vừa bảo đảm
năng suất, vừa bảo vệ môi trường.

7


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Tổng quan về đất xám bạc màu và các biện pháp cải tạo.
1.1. Đất xám bạc màu
a. Khái niệm về đất xám bạc màu
Đất xám bạc màu hay còn gọi là Haplic Acrisols, có phản ứng chua đến rất chua,
độ pH dao động từ 3 – 4,5, nghèo cation kiềm trao đổi (Ca 2+, Mg2+< 2mgdl/100g đất),
độ no bazo thấp (<50%), hàm lượng mùn tầng mặt nghèo đến rất nghèo (0,5% - 1,5%).
Mức độ phân giải chất hữu cơ mạnh, các chất dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu đều
nghèo.
b. Sự phân bố và phân loại
Đất xám bạc màu là loại đất hình thành ở vùng giáp ranh giữa đồng bằng và đồi

núi. Đây là loại đất xấu, độ chua cao, nghèo mùn và chất dinh dưỡng. Tầng đất mỏng,
thành phần cơ giới nhẹ, rất ít vi sinh vật và hoạt động yếu.
Đất bạc màu thường phân bố ở những nơi có địa hình cao dễ xảy ra quá trình xói
mòn, rửa trôi. Ở Việt Nam, đất bạc màu có diện tích khoảng 1,8 triệu ha, trong đó phân
bố chủ yếu ở Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc Bộ. Đất bạc màu được
phân thành các đơn vị sau:
Đất xám bạc màu trên phù sa cổ: Tập trung chủ yếu ở miền Đông Nam Bộ như Tây
Ninh và một số tỉnh miền Bắc như Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái
Nguyên,… với diện tích khoảng 1,4 triệu ha. Trên đất này người ta trồng cao su, cây
ăn quả, mía, chuối, ngô, sắn, đậu cô ve.
Đất xám bạc màu glay trên phù sa cổ: Hầu hết đất bạc màu ở miền Bắc và đất trồng
lúa ở Trảng Bàng, Củ Chi, Tây Ninh, Đồng Nai,… thuộc loại này với diện tích khoảng
0,4 triệu ha.
Đất xám bạc màu trên sản phẩm phong hóa của đá macma axit và đá cát chỉ có ở
Tây Nguyên và ở một vài khu vực dọc ven biển Miền Trung với diện tích khoảng 0,3
triệu ha. Trong bảng phân loại đất năm 1996, nhóm đất xám có 5 đơn vị

-

Đất xám bạc màu điển hình (Xb)
Đất xám có tầng loang lỗ (Xl)
Đất xám glay (Xg)
Đất xám Feralit (Xf)
Đất xám mùn trên núi (Xh).

8


Hinh 1.1. Đất xám bạc màu trên đá cát vùng Trung du Đông Bắc [20]

Hình 1.2. Đất xám bạc màu trên phù sa có có tầng loang lổ đỏ vàng,
huyện Sóc Sơn, Hà Nội [20]

9


c. Điều kiện hình thành.

- Địa hình: Đất xám bạc màu thường được hình thành ở những vùng giáp ranh giữa
đồng bằng và trung du miền núi, ở những nơi có địa hình dốc thoải có độ cao so

-

với mặt nước biển từ 5 – 10 m nên quá trình xói mòn, rửa trôi mạnh.
Đá mẹ: Chủ yếu là đá macma axit, đá cát, mẫu chất phù sa cổ khó phong hóa và tỷ

-

trọng nhẹ.
Khí hậu: Điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa cùng với lượng mưa lớn (trung bình
1.600mm/năm có vùng tới 3.000mm/năm) mưa tập trung (từ tháng 5 – 10 tập trung

-

85% lượng mưa cả năm). Vì vậy lượng dinh dưỡng trong đất càng dễ bị rửa trôi.
Chế độ canh tác: Vùng đất bạc màu đã trải qua nhiều chế độ canh tác lạc hậu, bóc
lột đất như cấy chay, tưới tháo nước tràn bờ làm trôi màu đất. Trong điều kiện nhiệt
đới gió mùa và địa hình dốc, hiện tượng rửa trôi rất phổ biến ở vùng đất bạc màu.
Ngoài hiện tượng rửa trôi trên mặt, còn có hiện tượng rửa trôi theo chiều thẳng
đứng. Các cation trao đổi như Canxi, Magie… và các hạt keo sét bị rửa trôi theo

chiều sâu rồi tích tụ lại ở các tầng đất phía dưới làm cho phẫu diện đất trở nên
không đồng nhất.

d. Một số tính chất lý hóa của đất bạc màu.
Tính chất vật lý

- Tầng canh tác có thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ sét của tầng canh tác nhỏ hơn 10%.
-

Xuống sâu tỷ lệ sét tăng lên có thể lên tới 45-50%.
Tầng canh tác dung trọng cao đến 1,58-1,65g/cm 3, tỷ trọng 2,6-2,65 g/cm 3, độ xốp

-

nhỏ hơn 40%.
Tầng đế cày dung trọng đến 1,7-1,78 g/cm3, tỷ trọng 2,65-2,70g/cm3, độ xốp 30-

-

35%.
Tầng tích tụ có dung trọng 1,4-1,65 g/cm 3, tỷ trọng 2,65-2,75 g/cm3 và độ xốp

-

khoảng 40-48%.
Độ ẩm: tầng đất 50 -70cm đến 250cm thường xuyên bằng 80-100% so với độ ẩm
trữ cực đại nhưng đất bị nén chặt nên mùa khô chỉ từ 21 - 24%.

-

- Tính chất hóa học


- Dinh dưỡng trong đất rất nghèo nàn về tất cả các yếu tố dinh dưỡng, cả dạng tổng
-

số và dễ tiêu.
Khả năng hấp phụ trao đổi, độ no bazơ thấp (CEC=3-5 mg/100g đất, V=45-50%).
Do quá trình khoáng hóa xảy ra mạnh nên hàm lượng chất hữu cơ trong đất thấp

-

(thường <1).
Do Al3+ cao, làm đất chua [4,5]

- Bảng 1.1. Thành phần hóa học của đất xám bạc màu.
- Độ
- Cation trao đổi

- Đ
ộ
sâ
u
- (c
m
)

- Dễ tiêu

(mgdl/100g đất)

- T
-

- M

Ca

g

-

2

H+

ổ
n
g

+

- 05

- 51
5

- 1
52
0

- 2
03
0

- 3
04

chua
thủy
phân
(mgdl/
100g
đất)

-

- 1

1,2

-

-

1,6

1,6

2,1

2,1

-

,
2
0
1
,
2
0
1
,
6
0

- 3
,
9
0

- 3
,
0

-

-

1,2

-

-

0,4

-

-

0,5

-

-

3,3

3,9

-

s
ố
3
,
6
4

3
,
2
3
3
,
7
5
1
0
,
3
5
9
,
0

- N

- P

H

2

O

4
+

- 0

,
0

,
2

- 4

- 0

,
0

,
6

,
6

- 2
,
4
-

K2

-

5

- 3

- 2

-

-

-

Vế

Vế

Vế

-

- 2,7

- 2,9

- 2,1

Vế

- 5,7

-

- 5,8


0

0

- 4

- 3

05
0

- 5
07
0
- 7
08
0
- 9
01
1
0

-

-

-

- 6

4,3

,
1
0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

65

-

-

-

-

-

-



-

,
9
0

2,5

-

-

5

1
2
,
9
0

- 2

9,9

0
,
3

-

-

-

-

- 8,5

-

-

-

1.2. Một số biện pháp cải tạo đất xám bạc màu

Đất xám bạc màu có những tính chất lý hóa kém như vậy cộng với chế độ

canh tác lạc hậu, bóc lột đất như cấy chay, tưới tiêu không đúng quy cách làm cho đất mất
màu mỡ, phân bón ít, diện tích bỏ hoang nhiều. Như vậy đất bạc màu là loại đất cần
nghiên cứu cải tạo một cách khoa học, để từng bước nâng cao độ phì của loại đất này.
Một số phương pháp đã được áp dụng như:

- Biện pháp cày sâu: nhằm đưa dần hạt sét từ dưới lên tầng đất mặt nhằm hạn chế sự
-

rửa trôi.
Bón vôi: cải tạo đất khô và cung cấp canxi cho cây trồng.
Bón đất phù sa và đất đỏ: Đây là một trong những biện pháp cải tạo đất bạc màu
có hiệu nghiệm hơn nữa nhằm tăng tỷ lệ hạt mịn trong đất. Theo thí nghiệm của
Viện Khoa học Nông nghiệp, đất bạc màu trộn với 10% đất phù sa sông Hồng cho

-

năng suất tăng 134%, trộn với 10% đất đỏ feralit tăng 138%.
Biện pháp thủy lợi: Tầng canh tác trong mùa khô luôn bị thiếu ẩm. Ở tầng đất nền,
độ ẩm tương đối khá nhưng hoa màu ít tận dụng được vì sức hút bề mặt các phân
tử nước rất cao (nước hấp ẩm lên tới 12-16%) [2,3]


- Tính chất nước: Một trong những nguyên nhân làm cho những tính chất này xấu là
do tưới tiêu không hợp lý, không có nước tưới vào mùa khô hạn, không thoát được

-

nước tưới khi gặp mưa to, kéo dài.
Xây dựng chế độ canh tác hợp lý: đưa cây họ đậu vào thành phần cơ cấu cây trồng

-

nhằm bồi dưỡng đất. Tăng cường xới, xáo làm cho đất tơi xốp
Bón than sinh học: Than sinh học có thể cung cấp dinh dưỡng khoáng ở dạng dễ
tiêu và tạo môi trường phát triển các tập đoàn sinh vật bộ rễ, chúng có khả năng
giữ dinh dưỡng, ngoài ra còn thể hiện độ chua đất.
o 2. Tổng quan các nghiên cứu về than sinh học và ứng dụng trong nông
nghiệp, cải tạo đất.


2.1. Than sinh học

• Định nghĩa
-

TSH (biochar) còn gọi than nhiệt phân, có được từ đốt cháy các loại thực

vật đã được biết đến ít nhất từ 2000 năm trước ở vùng Amazon, được sử dụng trong nông
nghiệp để làm giàu dinh dưỡng cho đất [16]. Thông qua quá trình nhiệt phân yếm khí các
nguyên liệu thì cấu trúc tự nhiên của nó duy trì và cacbon vẫn ở trong than với hàm lượng
cao. Than sinh học có thể cung cấp khoáng ở dạng dễ tiêu và tạo môi trường phát triển
các tập đoàn sinh vât bộ rễ, chúng có khả năng giữ dinh dưỡng, ngoài ra còn cải thiện độ
chua đất. Than sinh học có thể tồn tại nhiều năm trong đất với cấu trúc tơi xốp, diện tích
bề mặt lớn và độ hấp phụ chất cao, nhờ đó cải tạo được đặc điểm vật lý cũng như tăng sức
trữ ẩm của đất. Ngoài ra than sinh học còn được sử dụng để xử lý ô nhiễm trong môi
trường nước và môi trường đất bởi các tác nhân như: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc

diệt cỏ…[13,14]

• Đặc tính của than sinh học.
-

Đặc tính của TSH phụ thuộc nguyên liệu đầu vào và quá trình nhiệt phân.

Cùng nguyên liệu đầu vào nhưng khác công nghệ sẽ cho ra các loại TSH khác nhau.

- pH:
 Đối với các vật liệu giàu xenlulzo và hemixenlulozo thì có thể phân hủy ở
200-3000C tạo ra các axit hữu cơ và phenolic làm giảm pH của sản phẩm.
Khi nhiệt độ lớn hơn 3000C, muối kiềm bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ và làm


pH tăng lên, pH tăng liên tục ở nhiệt độ 600 0 C. Độ pH của TSH làm từ rơm
ngô pH của TSH sản xuất từ rơm ngô ở 600 0C là khoảng 9,54 cho thấy rằng
nó có tiềm năng để cải tạo đất chua, đây có thể là một yếu tố quan trọng
trong sự di động của kim loại [14].

 pH của TSH làm từ phân bò sữa là khoảng 9,81, của TSH làm từ vỏ trấu là
khoảng 8,01. pH của TSH làm từ phân bò cao hơn là do phân bò đã có chứa
một số lượng lớn khoáng chất chúng có thể bắt đầu tách ra khỏi hữu cơ ở

-

nhiệt độ cao hơn 3000 C, làm pH của sản phẩm tăng đến gần 10 [13].
Thành phần, hàm lượng các nguyên tố có trong TSH:
 Thành phần nguyên tố có trong các mẫu TSH:
Nguyên liệu tre: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho thấy các

nguyên tố có trong TSH từ tre thu được là C, O, Al, Si, Ca, K, N, Mg.
Nguyên liệu rơm rạ: Kết quả phân tích hình ảnh SEM và phổ EDS
cho thấy, TSH từ rơm rạ có chứa các nguyên tố Si, C, O, N, K
Nguyên liệu gỗ keo lai: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho

-

thấy, TSH từ gỗ keo lai có chứa các nguyên tố: O, C, K, Al, Cl, N, Si, Ca, Mg.
Như vậy, khi bón các loại TSH này vào trong đất có thể làm tăng một số nguyên tố
dinh dưỡng trong đất như Mg, K, N, P, Ca, C, O
 Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố khác trong các mẫu TSH:
Dựa vào bảng 1.2, thấy rằng dạng cácbon cố định chiếm tỷ lệ khá
lớn trong TSH (trung bình là trên 50%). Chất hữu cơ bay hơi trong TSH từ gỗ keo
lai có tỷ lệ cao nhất (20,8%), cao hơn TSH từ tre 3,8%. Chỉ tiêu này thấp nhất ở
TSH từ rơm ra (10,5%). Tỷ lệ tro trong mẫu TSH từ rơm rạ là cao nhất (35,6%),
trong khi đó tỷ lệ này giảm mạnh trong mẫu TSH từ tre (12,1%), đặc biệt là trong
gỗ, tỷ lệ này giảm tới 31,8%, chỉ còn là 3,8%. Nitơ trong TSH từ tre chiếm tỷ lệ
phần trăm cao nhất, đạt 1,02%, cao hơn so với TSH từ rơm rạ 0,17%, và 0,63% so
với TSH từ gỗ. Tỷ lệ hydro trong TSH từ tre và gỗ gần như bằng nhau (lần lượt là
2,63%, 2,64%). Tỷ lệ này thấp nhất ở TSH với nguồn nguyên liệu là rơm rạ, chỉ có
0,92%. Oxy là nguyên tố có tỷ lệ lớn thứ 2, sau các bon, trong nguyên tố được xác
định trong các mẫu TSH. Gỗ keo lai cho TSH có tỷ lệ oxy cao hơn cả (12,89%),
thấp nhất là với TSH từ rơm rạ, chỉ có 5,89% oxy [1].


- Bảng 1.2. Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố có trong các mẫu
TSH.

-

Chỉ
tiêu (%)

-

Tre

-

Tro

12,1

-

-

Gỗ

keo lai

-

3,8
Rơm

rạ

35,6

C
HC bay
hơi
1
7,0
2
0,08
1
0,5

-

C
acbon
cố định
6
5,6
6
9,5
4
7,5

-

C Hacbon
ydro
Nitơ

-

7

0,3

-

,63
7

4,2

0,2

,64

5

,92

2 1,02
2 0,39
0 0,85

-

L

ưu
huỳnh
0

,27
0
,18
-

-

O
xy

-

8

,38

-

1

2,89
-

-

- (Nguồn: Phân tích tại Đại học New South Wale, Australia, 2011)
- Diện tích bề mặt (SSA):
 SSA của TSH nhìn chung khá cao: SSA của TSH làm từ phân bò sữa là
5,61m2/g thấp hơn nhiều so với SSA của TSH làm từ vỏ trấu là 27,8m 2/g và
SSA của cả hai loại TSH này đều thấp trong phạm vi của các TSH được sản

xuất từ các sinh khối khác [14].
 SSA của TSH được sản xuất từ rơm ngô là khoảng (SA=17,3m 2/g). Thấy
rằng diện tích bề mặt của TSH tăng lên khi tăng nhiệt độ nhiệt phân. Khi so
sánh với TSH sản xuất từ các nguyên liệu khác như cây gỗ (SA=206,7m 2/g),
thì thành phần sinh khối chứ không phải quy trình sản xuất sinh học đóng
vai trò quan trọng trong SSA của TSH. Diện tích bề mặt lớn cho thấy độ
xốp cao và có tác động quan trọng đến sự hấp phụ kim loại nặng [13].


2.2. Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp.

 TSH làm tăng năng suất cây trồng:
-

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. Vì vậy 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 [10].


-

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 [10].

 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.

 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 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) 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.

 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 [15]. 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 một nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2011) về đánh giá ảnh hưởng

của than sinh học đến năng suất ngô và khí nhà kính trên đất sét tích vôi nghèo cac 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 – 550 0C với lượng bón từ 0, 20, 40 tấn/ha. Thí
nghiệm này 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 [15]

 Xử lý các chất ô nhiễm khác và làm phân ủ
-

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 của đất và trả lại chất dinh dưỡng và tăng hàm lượng
hữu cơ trong đất.

-

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 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 sự dụng chất thải nông nghiệp.

 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 thu 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. Nhiều nghiên cứu
khác cũng cho thấy than sinh học làm từ các vật liệu khác nhau có khả năng hấp thu kim


loại nặng các chất ô nhiễm hữu cơ như PAHs, thuốc trừ sâu và các chất ô nhiễm khác
[11].


2.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học trên thế giới
và Việt Nam

• 2.3.1. Thế giới
-

Các nghiên cứu về biochar trên thế giới đã được tiến hành cách đây khá lâu

và từ năm 2007 bắt đầu có những bài báo công bố về loại than này. Khái niệm về biochar
ngày càng được chú ý trên cả trường chính trị và học thuật, với một số nước (ví dụ: Anh,
New Zealand, Mỹ) thiết lập các “Trung tâm nghiên cứu biochar’”. Những phân tích tổng
hợp các hiệu quả quan sát được từ sự ứng dụng biochar vào đất của Verheijen và nnk
(2009) cho thấy sự gia tăng của năng suất mùa vụ: trung bình tăng 12% năng suất cây
trồng/năm. Những lý do chính được đưa ra là tăng cường khả năng giữ phân bón, giữ
nước, tăng trao đổi cation và giảm độ chặt đất. Thêm vào đó, lợi ích môi trường từ việc
ứng dụng biochar vào đất bao gồm giảm sự mất nitơ vào nước và không khí, và giảm nhu
cầu phân bón.

-

Biochar đã được ứng dụng nhưng chưa phổ cập trên thế giới, ví dụ như ở

Mỹ, Úc, Ấn Độ, Philippines, Thái Lan ... và ở Châu Phi. Nhưng có nơi lại rất phổ cập như
Hawai [19].

-

Hiện nay nhiều vùng trên khắp thế giới đã áp dụng bón than sinh học cho

đất, than sinh học được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ từ 5.500C –
7.000C với điều kiện yếm khí (điều kiện thiếu oxy và áp suất lớn thì cacbon sinh khối
không bị cháy toàn bộ mà chuyển sang dạng giữa khoáng và hữu cơ) trong các Biochar
Reactor hay lò đốt nhiệt phân chuyên dụng với công suất lớn 100 - 200 tấn biochar/ngày.

-

Theo GS Lehmann đã trình bày ở Hội hóa học Mỹ rằng sử dụng than sinh

học cộng với phân hóa học đã làm tăng trưởng lúa mỳ mùa đông và rau quả lên 25-50%
so với bón một mình phân hóa học. TS. N.Sai Bhaskar Reddy (2008) nghiên cứu ở đậu
tương cũng nhận xét rằng có thêm Biocarbon vào đất nền, tỷ lệ nảy mầm cao, hệ rễ phát
triển mạnh, quang hợp tăng, hoạt động của vi khuẩn cộng sinh cố định nitơ mạnh mẽ hơn
so với đối chứng (trên đất nền). [11]


-

Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, sản lượng cây trồng ở các vùng đất

bón Biochar ở Canada tăng lên từ 6-17% so với đối chứng, thân cây cứng hơn và bộ rễ
phát triển nhiều hơn (đến 68%). Hao hụt dưỡng chất phân bón do bị rửa trôi giảm rõ rệt,
trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44%.

-

Theo Elmer, Wade, Jason C. White, and Joseph J. Pignatello, Đại học tổng

hợp Connecticut (2009) thì cho thêm than sinh học vào đất sẽ có được giá trị sinh học đặc
biệt quan trọng bởi nó sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại, đặc biệt là kim loại nặng

và thuốc trừ sâu ngấm vào đất nên không gây ô nhiễm các nguồn cung cấp thực phẩm. [8]

-

Theo GS Johannes Lehmann, bộ môn Khoa học cây trồng và đất - Đại học

Cornell đã nói tại Hiệp hội khoa học và tiến bộ Mỹ (2006) rằng: “Các kiến thức mà chúng
ta có thể đạt được từ nghiên cứu các loại đất đen được tìm thấy trên toàn khu vực sông
Amazon không chỉ dạy chúng ta làm thế nào để khôi phục đất bị suy thoái, sản lượng thu
hoạch tăng gấp ba và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có đất nông
nghiệp nghèo mà còn có thể dẫn đến các công nghệ để cô lập carbon trong đất và ngăn
chặn những thay đổi quan trọng về khí hậu thế giới”. Từ những nhận định và nghiên cứu
trên, cho thầy rằng Biochar đang là một nguồn năng lượng sinh học tiềm năng được nhiều
nước quan tâm. [12]

• 2.3.2. Việt Nam
-

Việt Nam có một tiềm năng sinh khối đáng kể là những phế phụ phẩm nông

nghiệp. Theo ước tính Việt Nam với sản lượng lúa là 38 triệu tấn/năm (GSO, 2009) thì sẽ
có tương ứng 38 triệu tấn rơm rạ, 6-7 triệu tấn trấu. Ngoài lúa còn có khoảng 1,4 triệu tấn
lá mía (chỉ tính lượng nông dân đốt tại ruộng) và một lượng không nhỏ các nguồn phụ
phẩm khác như cỏ, lá, mùn cưa, bã mía…Đây là nguồn vật liệu rất phong phú và đầy hứa
hẹn cho sản xuất TSH để phục vụ cuộc sống. [7]

-

Sử dụng TSH không mới ở Việt Nam. Đã có nhiều nghiên cứu công nghệ và

chế tạo thiết bị để sản xuất và ứng dụng TSH như Viện Môi trường Nông nghiệp (Viện
Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) nghiên cứu sản xuất thành công TSH từ dăm gỗ, mùn
cưa, rơm, rạ, trấu, bã mía, ngô, cà phê; Mai Thị Lan Anh (Đại học Khoa học - Đại học
Thái Nguyên) có sáng chế TSH từ rơm rạ, củi, lõi ngô, trấu dùng làm phân bón; Đại học
Nông Lâm - Đại học Huế đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công lò đốt tạo TSH từ


phế phụ phẩm nông nghiệp công suất từ 50 đến 300 kg trấu nguyên liệu/mẻ (2 giờ đốt),
với các ưu điểm như tiết kiệm thời gian, công sức, ít tạo khói và khí thải, hiệu suất thu hồi
TSH đạt từ 95 - 99%; Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã sử dụng TSH làm từ trấu để làm giá
thể, đất nhân tạo và phân bón hữu cơ vi sinh để sản xuất hoa cây cảnh và các loại rau đặc
sản; Công ty CP Phân bón và Dịch vụ tổng hợp Bình Định (Biffa), năm 2007 đã nhận
chuyển giao công nghệ từ Công ty Sino - Nhật Bản để sản xuất TSH từ cây bạch đàn rừng
trồng và đưa ra thị trường nhiều loại sản phẩm từ TSH; Hợp tác xã Công nghiệp - Dịch vụ
Hưng Thịnh phường Nông Tiến (thành phố Tuyên Quang) được thành lập năm 2010,
chuyên sản xuất và đưa ra thị trường TSH từ mùn cưa. Và tại Sở Khoa học và Công nghệ
TP.HCM, đề tài “Nghiên cứu sản xuất than sinh học từ lục bình phục vụ sản xuất nông
nghiệp” đang được Trung tâm Nghiên cứu đất phân bón và môi trường phía Nam triển
khai…[17].

-

Theo TS. Nguyễn Hữu Ninh: “Chúng ta đi theo hai hướng: một là sản xuất

lớn (biochar) bài bản về công nghệ và đắt tiền hơn; thứ hai sản xuất theo cách thủ công,
bán thủ công, bán tự động theo mô hình hộ gia đình, các hộ gia đình, một làng, một xã với
một hệ thống như thế”. [16]

 Sử dụng than sinh học cho nông nghiệp
- Việt Nam, thử nghiệm sử dụng TSH để trồng lúa ở Thái Nguyên, với NPK + 2,5

tấn TSH cho năng suất lúa chỉ đứng sau NPK + 10 tấn compost (Bảng 1.3); trong
khi trồng rau với NPK + compost cho năng suất cao nhất, nhưng nếu bón thêm
TSH, năng suất lại giảm (Bảng 1.4). Với TSH từ trấu, trồng đậu phộng ở Ninh
Thuận bón đồng thời NPK+ phân xanh + TSH cho năng suất cao nhất (Bảng 1.5).
Để sử dụng TSH đạt hiệu quả, cần có những nghiên cứu áp dụng cụ thể cho từng
loại TSH theo từng vùng đất và loại cây trồng.
-

- Bảng 1.3. Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa tại Thái Nguyên và Thanh
Hóa

- Công

- Thái Nguyên

- Thanh Hóa


- Năng
thức

- NPK
- 2,5 tấn
TSH

- NPK +
0,5 tấn
TSH
- NPK +
2,5 tấn

TSH
- NPK +
10 tấn
compost

- So sánh
năng
suất khi
chỉ bón
NPK
(%)
-

suất
trung
bình
(Tấn/ha)

- Năng

-

suất
trung
bình
(Tấn/ha)

- So sánh
năng
suất khi

chỉ bón
NPK
(%)
-

- 5,54

- 100

- 5,73

- 100

- 4,34

- 78,2

- 4,47

- 78,1

- 5,94

- 107,1

- 6,06

- 105,9

- 6,78

- 122,3

- 6,77

- 118,2

- 7,2

- 130

- 7,07

- 123,5
- Nguồn [16]

- Ghi chú: ở Thái Nguyên TSH từ rơm, ở Thanh Hóa TSH từ trấu + tre + cây gỗ;
NPK lần lượt là 90, 60, 60 kg/ha; compost gồm phân trâu bò + chất thải nông
nghiệp.

- Bảng 1.4. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng rau tại Thái Nguyên và Thanh
Hóa

- Thái Nguyên (rau mồng

- Thanh Hóa (rau

tơi)

- Năng

- Công thức
- Thực tế của
nông dân
- Compost
không TSH

suất
trung
bình
(Tấn/ha
)

muống)

- So sánh

- Năng

- So sánh

năng
suất khi
chỉ bón
NPK
(%)

suất
trung
bình
- (Tấn/ha)

năng
suất khi
chỉ bón
NPK
(%)

- 14,33

- 100

- 16,83

- 100

- 17,67

- 123,3

- 22,43

- 133,3


-

+ NPK
Compost 5%
TSH + NPK
Compost với

25% TSH +
NPK

- 17,5

- 122,1

- 22,8

- 135,5

- 15,00

- 104,7

- 17,8

- 106,2
- Nguồn [16]

- Ghi chú: TSH từ rơm (ở Thái Nguyên)/ trấu (ở Thanh Hóa) + tre + cây gỗ; NPK
lần lượt là 90, 60, 60 kg/ha; compost gồm phân trâu bò + chất thải nông nghiệp.

- Bảng 1.5. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng đậu phộng ở Ninh Thuận
-

-

Không bón phân
TSH

NPK
TSH + NPK
Phân xanh
TSH + phân xanh
Phân xanh + NPK
TSH + Phân xanh + NPK

- Sản lượng ( Tấn/ha)
- 1,08
- 1,59
- 1,61
- 2,05
- 1,48
- 1,73
- 1,77
- 2,29
- Nguồn [16]

- Ghi chú: TSH từ các lò đun trấu: 12 tấn/ha; NPK: lần lượt 30, 26, 75 kg/ha; phân
xanh: 5 tấn/ha.
o 3. Tổng quan về địa bàn nghiên cứu


-

3.1. Vị trí địa lý

Hiệp Hòa thuộc vùng trung du miền núi nằm ở phía Tây của tỉnh Bắc Giang,

có diện tích đất tự nhiên 201,12km 2 với 25 xã và 1 thị trấn, phía Đông giáp huyện Tân Yên

và Việt Yên, phía Tây giáp huyện Sóc Sơn (Hà Nội), phía Nam giáp huyện Yên Phong (Bắc
Ninh), phía Bắc giáp huyện Phổ Yên và Phú Bình (Thái Nguyên) [16].


-

-

Hình 1.3. Bản đồ huyện Hiệp Hòa, Bắc Giang.

Địa hình đặc trương là đồi núi thấp xen kẽ các đồng bằng lượn sóng thấp dần

từ Đông - Bắc xuống Tây – Nam. Khí hậu ôn hòa, ít chịu ảnh hưởng của bão, nhiệt độ trung
bình 23,40C. Lượng mưa trung bình cao nhất là tháng 8, thấp nhất là tháng 12. Độ ẩm
không khí trung bình tương đối cao, khoảng 82%, độ ẩm trung bình thấp nhất 65%. Về mùa
đông vùng chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, mùa hạ hướng gió thịnh hành là gió
mùa Đông Nam.


-

3.2. Tài nguyên đất

Về đất, có 7 thành phần: Đất phù sa được bồi (Pb), đất phù sa không được bồi

( P), đất phù sa Gờ lây ( Pg), đất phù sa úng nước ( Pj), đất bạc màu trên phù sa cổ ( B), đất
nâu vàng trên phù sa cổ ( Fp), đất đỏ vàng trên đá sét Fs. Với thành phần đất như trên, có
thể vừa phát triển cây lương thực, vừa phát triển các loại cây công nghiệp ngắn ngày có giá
trị kinh tế cao như lạc, đậu tương … và các loại cây ăn quả trên các vùng đồi thấp.

-

Về nước, nguồn cung cấp chính là sông Cầu và các chi lưu chính của sông

Công, sông Cà Lồ, ngoài ra còn có khoảng 350ha mặt nước ao cùng với nhiều đầm, hồ,
tổng dung tích khoảng 10.500 nghìn m2 nước.

-

Về khoáng sản, không có khoáng sản quý hiếm, chỉ có một số nguyên vật

liệu phục vụ xây dựng như đất sét, sỏi, cuội, cát ở vùng ven sông Cầu.


-

3.3. Kinh tế xã hội

Kinh tế Hiệp Hòa phát triển theo hướng tăng dần tỷ trọng công nghiệp, dịch

vụ và ngành nghề nông thôn, giảm tỷ trọng nông nghiệp. Hiện nay tỷ trọng về nông – lâm thủy sản đã giảm xuống còn 63,69%, công nghiệp - XD tăng lên 12,94%, thương mại - dịch
vụ chiếm 23,37%. Trong nông nghiệp, tích cực đưa những giống cây trồng, vật nuôi mới có
có năng suất cao, chất lượng tốt, giá trị kinh tế cao vào sản xuất đại trà đảm bảo năng suất,
sản lượng, giá trị lợi nhuận tăng dần qua các năm góp phần an toàn lương thực, nâng cao
mức thu nhập trên một đơn vị diện tích canh tác.
-


- CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

o
o 2.1. Đối tương nghiên cứu

- Than sinh học: sản phẩm được sản xuất từ rơm rạ, vỏ trấu, thân, lõi ngô.
- Đất thí nghiệm: Đất thí nghiệm là đất xám bạc màu trên cơ cấu lúa - màu ở xã Hợp Thịnh,
-

huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang.
Cây trồng: Giống lúa Khang Dân 18 trong vụ xuân năm 2017.
o 2.2. Nội dung nghiên cứu.

- Đánh giá một số chỉ tiêu thành phần vật chất và tính chất của than sinh học cho mục đích
-

cải tạo đất.
Đánh giá ảnh hưởng của việc bón than sinh học kếp hợp phân bón đến một số tính chất
hóa học của đất xám bạc màu (pH, CEC, hàm lượng chất hữu cơ (OC) và các nguyên tố

-

dinh dưỡng đa lượng).
Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất lúa xuân trên đất xám bạc màu ở xã
Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang.
o 2.3. Phương pháp nghiên cứu


-

2.3.1. Phương pháp kế thừa

Sử dụng các tài liệu, số liệu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã có,

đặc biệt sử dụng và tham khảo các kết quả nghiên cứu về quy trình sử dụng than sinh học
kết hợp phân bón cho cây lúa nhằm tăng năng suất và cải thiện tính chất đất trên thế giới
và trong nước.


-

2.3.2. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu thứ cấp

Thu thập các thông tin từ các công trình nghiên cứu, các bài báo khoa học

đã được công bố, những báo cáo có liên quan đến đề tài, gồm có:

- Nghiên cứu sản xuất than sinh học (Biochar) từ phế phụ phẩm nông nghiệp và ứng
-

dụng trong xử lý môi trường.
Ứng dụng Biochar trong cải tạo đất.
Đánh giá cố định kim loại nặng bằng than sinh học.
Đánh giá chất lượng than sinh học sản xuất từ một số loại vât liệu hữu cơ phổ biến
ở miền bắc Việt Nam