Nghiên cứu chế tạo một số loại phân bón nhả chậm thân thiện với môi trường ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp (NCKH)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.35 MB, 115 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN NHẢ
CHẬM THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƢỜNG ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
Mã số: ĐH2015-TN04-08
Chủ nhiệm đề tài: TS. TRẦN QUỐC TOÀN
THÁI NGUYÊN, NĂM 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN NHẢ
CHẬM THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƢỜNG ỨNG DỤNG
TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
Mã số: ĐH2015-TN04-08
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài
Chủ nhiệm đề tài
TS. Trần Quốc Toàn
THÁI NGUYÊN, NĂM 2017
DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI
Đơn vị công tác và
Nội dung nghiên cứu cụ
thể được giao
T
T
Họ và tên
1
TS. Trần Quốc Toàn
Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên
Chủ nhiệm đề tài
2
TS. Dương Ngọc Toàn
Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên
Nghiên cứu chế tạo phân
bón nhả chậm
3
TS. Vũ Văn Nhượng
Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên
Nghiên cứu chế tạo phân
bón nhả chậm
4
Th.S. Đinh Thúy Vân
Khoa Hoá học – ĐHSP
ĐH Thái Nguyên
Nghiên cứu chế tạo phân
bón nhả chậm
TS. Nguyễn Hữu Quân
Phòng KH – CN và hợp
tác quốc tế- ĐHSP – ĐH
Thái Nguyên
Thư kí hành chính
5
lĩnh vực chuyên môn
ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị
Nội dung
trong và ngoài nƣớc
phối hợp nghiên cứu
Viện Hóa học- Viện Hàn
lâm KH&CN Việt Nam
Họ và tên ngƣời đại
diện đơn vị
Cung cấp tư liệu, trao đổi
chuyên môn, hoá chất, TS. Nguyễn Thanh Tùng
dụng cụ và phối hợp
nghiên cứu
Viện Khoa học Vật liệu,
Viện Hàn lâm Khoa học Phân tích mẫu, đo SEM
và Công nghệ Việt Nam
Khoa Hoá học, ĐH Sư Phối hợp nghiên cứu và
phạm ĐH Thái Nguyên
trao đổi chuyên môn
PGS.TS.
Nguyễn Thị Hiền Lan
i
MỤC ỤC
Trang
Trang bìa phụ
Mục lục ........................................................................................................................ i
Danh mục chữ viết tắt ............................................................................................... iii
Danh mục bảng biểu.................................................................................................. iv
Danh mục các hình ......................................................................................................v
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực, tác động của việc sử
dụng phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ. ................................................4
1.1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực. ...........................................4
1.1.2. Tác động của việc sử dụng phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ ......4
1.2. Giới thiệu chung về phân bón nhả chậm ..............................................................6
1.2.1. Khái niệm, phân loại và những ưu điểm của phân bón nhả chậm ....................6
1.2.2. Công nghệ phân bón nhả chậm .........................................................................8
1.3. Giới thiệu một số nguyên vật liệu dùng chế tạo phân bón nhả chậm ................18
1.3.1. Tinh bột và tinh bột biến tính ..........................................................................18
1.3.2. Polyurethan .....................................................................................................20
1.3.3. Polyvinyl ancol................................................................................................21
1.3.4. Polyvinyl axetat ...............................................................................................21
1.3.5. Bentonit ...........................................................................................................22
1.4. Ứng dụng của phân bón nhả chậm .....................................................................23
1.4.1. Sử dụng phân bón nhả chậm trong nông nghiệp .............................................23
1.4.2. Sử dụng phân bón nhả chậm trong lĩnh vực phi nông nghiệp ........................27
1.5. Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm ở Việt Nam .....................................28
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................32
2.1. Nguyên liệu, hoá chất .........................................................................................32
2.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ..............................................................................32
2.3. Một số phương pháp phân tích phân bón ...........................................................33
2.3.1. Xác định hàm lượng nitơ tổng số ....................................................................33
2.3.2. Xác định hàm lượng photpho tổng số .............................................................34
2.3.3. Xác định hàm lượng kali tổng số ....................................................................34
2.3.4. Phương pháp xác định độ rã của lõi phân bón ................................................34
ii
2.3.5. Phương pháp xác định độ cứng của lõi phân ..................................................34
2.3.6. Phương pháp phân tích một số tính chất l hóa của đất..................................35
2.4. Phương pháp tiến hành .......................................................................................35
2.4.1. Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón.....................................................................35
2.4.2. Nghiên cứu chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm .......................................39
2.4.3. Nghiên cứu quá trình nhả chậm phân bón ......................................................41
2.4.4. Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng ..................42
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................49
3.1. Chế tạo lõi phân bón nhả chậm ..........................................................................49
3.1.1. Biến tính tinh bột .............................................................................................49
3.1.2. Lựa chọn chất kết dính cho phân bón ure nhả chậm .......................................52
3.1.3. Lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK nhả chậm ....................................54
3.2. Chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm.............................................................57
3.2.1. Đặc trưng vật liệu của lớp vỏ bọc ...................................................................57
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng parafin đến lớp phủ polyurethan .........................58
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng polyurethan đến độ dày và tỉ lệ bọc của lớp vỏ. ....60
3.3. Nghiên cứu quá trình nhả chậm phân bón .........................................................62
3.3.1. Nghiên cứu quá trình nhả phân bón trong nước .............................................62
3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng nhả dinh dưỡng của phân bón ...........66
3.3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhả dinh dưỡng của phân bón ...................68
3.3.4. Quá trình nhả phân bón trong đất...................................................................69
3.3.5. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của lớp vỏ phân bón ..........................71
3.4. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho một số cây trồng .........................................73
3.4.1. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho cây bí xanh ..............................................74
3.4.2. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho cây chè ....................................................79
KẾT LUẬN ..............................................................................................................85
TÀI IỆU THAM KHẢO ......................................................................................86
PHỤ LỤC
iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết đầy đủ
STT
Chữ viết tắt
1
ASC
Axit ascorbic - C6H8O5
2
APS
Amoni pesunfat - (NH4)2S2O8
3
AAm
Acrylamit - C3H5NO (CH2=CH–CONH2)
4
CRF
Phân bón nhả có kiểm soát (Controlled Release Fertilizer)
5
CDU
Ure formaldehit/Ure-crotonaldehit
6
DAP
Điamonihiđrophotphat - (NH4)2HPO4
7
DCD
Dixyandiamide
8
IR
Phổ hồng ngoại
9
IBDU
10
IFA
Hiệp hội phân bón quốc tế
11
MAP
MgNH4PO4.6H2O
12
MBA
N,N'- metylenbisacrylamit - C7H10N2O2
13
MC
Trộn cơ hóa học
14
NUE
Hiệu quả sử dụng N
15
NPK
Phân chứa N, P, K
16
SEM
Hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy)
17
SRF
Phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer)
18
PVA
Poly vinylancol
19
PCF
Phân bọc polyme
20
PSCF
Phân bọc bằng polyme và lưu huỳnh
21
PU
Polyurethan
22
UF
Ure formaldehit
23
SA
Amonisunfat (NH4)2SO4
24
SCU
Phân bọc lưu huỳnh
25
MMT
Montmorillonit
26
TGA
Phân
tích
nhiệt
GravimetricAnalysis)
27
FAO
Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc
28
FAV
Hiệp hội phân bón Việt Nam
Ure-isobutyraldehit
trọng
lượng
(Thermal
iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân ure nhả chậm (tính cho 100g) ... 38
Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (16:16:16) ............ 38
Bảng 2.3. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (30:10:10) ............ 39
Bảng 3.1.Ảnh hưởng của thời gian biến tính tới tính chất của tinh bột .................... 49
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PU đến độ dày lớp vỏ và tỉ lệ bọc................. 60
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của phân bón ure nhả chậm đến thời gian sinh trưởng.......... 74
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến sinh trưởng và phát triển của
cây bí xanh ............................................................................................... 75
Bảng 3.5.Ảnh hưởng của lượng phân bón nhả chậm đến hình thái cấu trúc quả
bí xanh ..................................................................................................... 76
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của phân bón ure nhả chậm đến năng suất và các yếu tố
cấu thành năng suất ................................................................................. 77
Bảng 3.7. Hiệu quả kinh tế thu được của mô hình ứng dụng phân bón nhả chậm
cho cây bí xanh ........................................................................................ 78
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến tính chất l – hóa của đất ......... 79
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến các yếu tố cấu thành năng
suất chè (tính trung bình 7 lứa hái) .......................................................... 80
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến năng suất chè (tính trung
bình 7 lứa hái) .......................................................................................... 81
Bảng 3.11. Hiệu quả kinh tế thu được của mô hình ứng dụng phân bón nhả
chậm cho cây chè (tính trong 7 lứa hái) .................................................. 82
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến tính chất l – hóa của đất ....... 83
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cấu tạo hạt phân nhả chậm bọc polyme ..................................................12
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử của amylozơ (a) và amylopectin (b) ..............................18
Hình 1.3. Cấu trúc phân tử của Polyurethan .............................................................20
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của Polyvinyl ancol .......................................................21
Hình 1.5. Cấu trúc phân tử Polyvinyl axetat .............................................................22
Hình 1.6. Cấu trúc tinh thể 2:1 của Montmorillonit..................................................23
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo lõi phân bón nhả chậm .......................................................37
Hình 2.2. Sơ đồ chế tạo vỏ phân bón nhả chậm ........................................................40
Hình 2.3. Ống PVC chứa đất, nước và phân nhả chậm ............................................42
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tinh bột đến độ rã ..............................50
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tinh bột đến độ cứng .........................50
Hình 3.3. Phổ IR của tinh bột ....................................................................................51
Hình 3.4. Phổ IR của tinh bột biến tính ....................................................................51
Hình 3.5. Ảnh hưởng của loại chất kết dính đến độ rã lõi phân bón ure ..................53
Hình 3.6. Ảnh hưởng của loại chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón ure .............53
Hình 3.7.Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ rã lõi phân bón NPK (16:16:16) .....55
Hình 3.8. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK
(16:16:16) ..................................................................................................55
Hình 3.9. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ rã lõi phân bón NPK (30:10:10) ....55
Hình 3.10. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK
(30:10:10) ..................................................................................................56
Hình 3.11. Phổ IR của lớp vỏ PU ..............................................................................57
Hình 3.12. Giản đồ TGA của lớp vỏ PU ...................................................................58
Hình 3.13. Ảnh SEM của lớp vỏ PU .........................................................................59
Hình 3.14. Ảnh hưởng của sáp parafin đến đặc tính nhả N của phân ure nhả chậm ..59
Hình 3.15. Ảnh SEM của lớp vỏ với các độ dày khác nhau .....................................61
Hình 3.16. Đặc tính nhả N của các mẫu phân ure nhả chậm trong nước..................62
Hình 3.17. Đặc tính nhả N của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm
trong nước .................................................................................................63
Hình 3.18. Đặc tính nhả P của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm trong nước ..63
Hình 3.19. Đặc tính nhả K của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm
trong nước .................................................................................................63
vi
Hình 3.20. Đặc tính nhả N của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm.......................64
Hình 3.21. Đặc tính nhả P của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm .......................65
Hình 3.22. Đặc tính nhả K của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm.......................65
Hình 3.23. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả N của phân ure nhả chậm ...66
Hình 3.24. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả N của phân NPK
(16:16:16) nhả chậm .................................................................................66
Hình 3.25. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả P của phân NPK
(16:16:16) nhả chậm .................................................................................67
Hình 3.26. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả K của phân NPK
(16:16:16) nhả chậm .................................................................................67
Hình 3.27. Ảnh hưởng của pH đến quá trình nhả N của phân ure nhả chậm ...........68
Hình 3.28. Ảnh hưởng của pH đến quá trình nhả dinh dưỡng của phân NPK
(16:16:16) nhả chậm .................................................................................68
Hình 3.29. Đặc tính nhả N của các mẫu phân ure nhả chậm trong đất .....................69
Hình 3.30. Đặc tính nhả N của phân bón NPK nhả chậm trong đất .........................70
Hình 3.31. Đặc tính nhả P của phân bón NPK nhả chậm trong đất ..........................70
Hình 3.32. Đặc tính nhả dinh K phân bón NPK nhả châm trong đất........................70
Hình 3.33. Độ giảm khối lượng vỏ phân nhả chậm trong đất ...................................71
Hình 3.34. Ảnh SEM bề mặt vỏ viên phân có độ dày 50 µm chôn trong đất ...........72
Hình 3.35. Ảnh SEM bề mặt vỏ viên phân có độ dày 70 µm chôn trong đất ...........73
vii
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo một số loại phân bón nhả chậm thân thiện với
môi trường ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.
Mã số: ĐH2015 – TN04 – 08
Chủ nhiệm đề tài: TS. Trần Quốc Toàn
Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên
Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 9/2015 đến tháng 9/2017)
2. Mục tiêu
- Chế tạo thành công một số loại phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan
thân thiện với môi trường.
- Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng (cây bí xanh,
cây chè) trong sản xuất nông nghiệp ở tỉnh Thái Nguyên.
3. Tính mới và sáng tạo
- Đã chế tạo được phân bón nhả chậm (ure và NPK) bằng kĩ thuật vê viên và
tạo màng bọc bằng polyurethan.
- Lớp vỏ bọc của phân bón chế tạo được từ polyurethan có khả năng phân hủy
sinh học; phân bón nhả chậm không ảnh hưởng xấu đến tính chất l hóa của đất.
- Phân bón nhả chậm chế tạo được đã giúp cây bí xanh và cây chè sinh trưởng,
phát triển tốt, tiết kiệm chi phí phân bón và thời gian bón phân. Giảm được 40%
lượng phân bón so với phân bón thông thường mà vẫn cho năng suất cao.
4. Kết quả nghiên cứu
4.1. Đã nghiên cứu sử dụng tinh bột biến tính bằng NaClO trong 7 giờ làm chất
kết dính cho lõi phân nhả chậm (ure, NPK (30:10:10), NPK (16:16:16)) và tìm
được hàm lượng tinh bột biến tính tối ưu tương ứng cho 3 loại phân là 3,0%; 2,5%
và 6,0%.
4.2. Đã chế tạo thành công phân ure nhả chậm và NPK nhả chậm bằng kĩ thuật vê
viên và bọc màng bằng polyurethan. Bằng cách điều chỉnh hàm lượng polyurethan
(từ 3-25%) đã tạo ra lớp vỏ có chiều dày trung bình khác nhau (từ 20 đến 120 µm).
Phân ure, NPK (30:10:10), NPK (16:16:16) nhả chậm với độ dày lớp vỏ 30, 50 và
70 µm đã được nghiên cứu chế tạo, thử nghiệm cho cây bí xanh và cây chè.
viii
4.3. Đã nghiên cứu quá trình nhả dinh dưỡng (N, P, K) của phân bón chế tạo được
trong nước và trong đất. Kết quả cho thấy tốc độ nhả dinh dưỡng phụ thuộc chiều
dày lớp vỏ. Với các mẫu phân có độ dày vỏ bọc trung bình lần lượt là 30, 50 và 70
µm, thời gian nhả dinh dưỡng trong môi trường nước (ở 25oC) lần lượt là khoảng
15, 40 và 75 ngày; trong môi trường đất lần lượt là khoảng 90, 180 và 270 ngày.
4.4. Đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ, pH của môi trường đến khả năng
nhả chất dinh dưỡng của phân bón. Kết quả cho thấy tốc độ nhả dinh dưỡng tăng
khi tăng nhiệt độ. Trong môi trường axit (pH=4-6) và môi trường kiềm (pH=8-9)
tốc độ nhả dinh dưỡng tăng dần, tuy nhiên sự ảnh hưởng này là không lớn.
4.5. Bằng cách xác định độ giảm khối lượng và quan sát sự thay đổi cấu trúc bề
mặt lớp vỏ cho thấy, lớp vỏ phân bón sau thời gian chôn trong đất có khả năng
phân hủy sinh học.
4.6. Đã ứng dụng phân bón nhả chậm có độ dày lớp vỏ trung bình 30 µm cho cây bí
xanh và 70 µm cho cây chè xanh. Phân nhả chậm không ảnh hưởng xấu đến tính
của đất, thích hợp cho sự phát triển của cây bí xanh và cây chè. Khí sử dụng phân
bón nhả chậm bằng 60% so với lượng phân bón thông thường đã cho năng suất và
hiệu quả kinh tế cao nhất.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
1. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Thu Hương, Nguyễn Văn
Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Thị Thu Hà, Trần Đại Lâm (2016), “Tổng hợp và
nghiên cứu tính chất của phân bón ure nhả chậm‟‟, Tạp chí Hoá học, 54(5e1,2), tr.
106-110.
2. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Thu Hương, Nguyễn Văn
Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Hoàng Thị Vân An (2016), “Ảnh hưởng của chất kết
dính và chiều dày lớp phủ tới động thái nhả dinh dưỡng của phân bón ure nhả chậm
dạng viên‟‟, Tạp chí Hoá học, 54(6e2), tr. 86-90.
3. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Trần Đại Lâm,
Đinh Thúy Vân (2016), „‟Nghiên cứu tương tác giữa polivinyl ancol, polivinyl
axetat với ure và bentonit Bình Thuận‟‟, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thái
Nguyên, 159(14), tr. 41-44.
ix
4. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Trung
Đức, Đỗ Công Hoan, Nguyễn Thu Hương (2016), “Ảnh hưởng của phân ure nhả
chậm đến sinh trưởng và năng suất của giống bí xanh số 1 tại Thái Nguyên‟‟, Tạp chí
Khoa học và Công nghệ Thái Nguyên, 158(13), tr. 67-71.
5. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Thanh Tùng, Trần Đại Lâm,
Ngô Thị Minh Trang, Trần Thị Thuỳ Dương (2016), “Tổng hợp và nghiên cứu tính
chất của phân ure nhả chậm trên cơ sở polivinyl ancol và khoáng sét‟‟, Kỷ yếu hội
thảo khoa học sinh viên và cán bộ trẻ các trường Đại học Sư phạm toàn quốc lần
thứ VI năm 2016 tại ĐHSP TPHCM, tr. 953-961.
6. Trần Quốc Toàn, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Trung Đức, Đỗ Công
Hoan, Nguyễn Thu Hương (2017), “Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm tới năng
suất và hiệu quả kinh tế của cây chè kinh doanh tại huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên‟‟,
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thái Nguyên,161(01), tr. 45-49.
5.2. Sản phẩm đào tạo
1. Trần Quốc Toàn (2017), Chế tạo và nghiên cứu động học quá trình nhả
chất dinh dưỡng của một số loại phân bón nhả chậm, Luận án tiến sỹ, Học viện
Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2. Ngô Thị Minh Trang (2015), Nghiên cứu tổng hợp phân bón ure nhả chậm
từ polivinyl ancol và bentonit, Đề tài NCKH Sinh viên, Trường Đại học Sư Phạm,
Đại học Thái Nguyên.
3. Bùi Thanh Giang, Vũ Thị Hiền (2016), Tổng hợp và nghiên cứu tính chất
phân bón ure nhả chậm với vỏ bọc poliurethan và bước đầu thử nghiệm trên cây
chè xanh, Đề tài NCKH Sinh viên, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Thái Nguyên
4. Đỗ Thị Trang Quyên, Nguyễn Thị Phượng (2016), Nghiên cứu tổng hợp
phân bón ure nhả chậm từ polyvinyl axetat, bentonit và bước đầu thử nghiệm trên
cây cải ngọt, Đề tài NCKH Sinh viên, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Thái
Nguyên.
5.3. Sản phẩm ứng dụng
09 loại phân bón nhả chậm (với độ dày lớp vỏ trung bình 30, 50 and 70 µm):
03 loại phân ure nhả chậm, 03 loại phân NPK (30:10:10) nhả chậm và 03 loại phân
NPK (16:16:16) nhả chậm.
x
6. Phƣơng thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của
kết quả nghiên cứu
Kết quả của đề tài có thể sử dụng trong đào tạo cử nhân tại khoa Hóa học,
trường Đại học Sư phạm-Đại học Thái Nguyên và có thể ứng dụng trong sản xuất
nông nghiệp ở tỉnh Thái Nguyên và nhân rộng trong cả nước.
Ngày 08 tháng 8 năm 2017
Tổ chức chủ trì
Chủ nhiệm đề tài
Trần Quốc Toàn
xi
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project Title: “Design of several environmentally riendly slow - release
fertilizers and application for agriculture production ”.
Code number: ĐH2015-TN04-08
Coordinator: Dr. Tran Quoc Toan
Implementing Institution: College of Education, Thai Nguyen University
Duration from: 24 months (from 9/2015 to 9/2017)
2. Objective(s)
- Successfully synthesis of several environmentally friendly polyurethane
covered slow - release fertilizers.
- Initially application of slow - release fertilizer for some crops (winter
melon, tea ) in agriculture production in Thai Nguyen province.
3. Creativeness and innovativeness
- Successfully fabricated controlled release fertilizer (urea and NPK) by
pelletizing technique and coated with polyurethane membrane.
- The envelope of the fertilizer manufactured from polyurethanes capable of
biodegradation; Controlled release fertilizers are not adversely affecting the
physical and chemical properties of the soil.
- Pre-controlled release fertilizers helped courgettes and the tea trees grow up
and thrive while saved the cost of fertilizers and fertilizing time. Reduced the
amount of fertilizer of 40% compared to conventional fertilizers but still kept high
efficiency.
4. Research results
4.1. Modified starch within 7 hours is used as the bond for slow-release
fertilizer core. Core of ure, NPK (30:10:10) and NPK (16:16:16) has optimal
denautured starch content of 3.0%; 2.5% và 6.0% respectively.
4.2. Sythesize successfully slow-release Ure and NPK by the technique of
rolling ball and covering membrane by polyurethan. By adjusting polyurethan
content (from 3-25%), the cover layer with different average thickness of from 20 to
120 µm.
xii
4.3. The rate of nutrition release depends on the cover layer thickness. At
25 C in the water, the time for nutrition release of slow-release fertilizer is about
15, 40 and 75 dayswith the average cover thickness in turn 30, 50 and 70 µm,
respectively. In the soil, the time for nutrition release of slow release fertilizer is
about 90, 180 and 270 days with the cover thickness in turn 30, 50 and 70 µm,
repectively.
4.4. Effects of temperature, pH of the environment on the ability of
o
fertilizer‟s nutritions release was studied. Results showed that therate of nutrition
release increased when temperature increased. In acid and (pH=4-6) alkakine
(pH=8-9) medium, the rateofnutrition release increased gradually, however these
effects werenot considerable.
4.5. By determining weight loss and SEM images, it showed that the
fertilizer cover layer after the buring in the soil was able to be decomposed
biologically.
4.6. Apply slow-release fertilizer with the average cover layer thickness of
30 µm for green pumpkin and 70 µm for tea. Slow-release fertilixzer didnot affect
harful on soil characeristics and conform with development of green pumpkin and
tea. When using slow-release fertilizer by 60% in comparison with normal weight
brings back the highest ouput and economic effects.
5. Products
5.1. Scientific products
1. Tran Quoc Toan, Nguyen Trung Duc, Nguyen Thu Huong, Nguyen Van
Khoi, Nguyen Thanh Tung, Pham Thi Thu Ha (2016), “Synthesis and properties
of slow-release urea fertilizer‟‟, Vietnam Journal of Chemistry, 54(5e1,2), pp.106110.
2. Tran Quoc Toan, Nguyen Trung Duc, Nguyen Thu Huong, Nguyen Van
Khoi, Nguyen Thanh Tung, Hoang Thi Van An (2016), “Effect of binder and coating
thickness on the nutrient release behaviour of granular slow-release Urea fertilizer”,
Vietnam Journal of Chemistry, 54(6e2), pp. 86-90.
3. Tran Quoc Toan, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung, Tran Dai Lam,
Dinh Thuy Van (2016), “Research interaction between polivinyl ancol, polivinyl
axetat with urea and bentonite Binh Thuan”, Journal of Science and Technology
Thai Nguyen, 159(14), pp. 41-44.
4. Tran Quoc Toan, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung, Nguyen Trung
Duc, Do Cong Hoan, Nguyen Thu Huong (2016), “Effect of slow-release urea
fertilizer on growth and yield of winter melon no.1 in Thai Nguyen‟‟, Journal of
Science and Technology Thai Nguyen, 158(13), pp. 67-71.
xiii
5. Tran Quoc Toan, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung, Tran Dai Lam,
Ngo Thi Minh Trang, Tran Thi Thuy Duong (2016), ''Synthesis and properties of
slow released ure fertilizer based on polyvinyl alcol and clay'', Proceedings of the
sixth national student-teacher-training conferences for students and young
professionals, pp. 953-961.
6. Tran Quoc Toan, Nguyen Thanh Tung, Nguyen Trung Duc, Do Cong
Hoan, Nguyen Thu Huong (2017), “Effects of slow-release fertilizer on the yield
and economic efficiency of commercial tea plantation In Dong hy district, Thai
Nguyen province”, Journal of Science and Technology Thai Nguyen, 161(01), pp.
45-49.
5.2. Training products
1.Tran Quoc Toan (2017), Preparation and study the kinetics of nutrient
release some controlled release fertilizer, Ph.D dissertation, Graduate University of
Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology.
2. Ngo Thi Minh Trang (2015), Design slow release urea fertilizer based
from polyvinyl alcohol and clay bentonit, Subject Research Students, College of
Education, Thai Nguyen University.
3. Bui Thanh Giang, Vu Thi Hien (2016), Synthesis and properties of slowrelease urea fertilizer on the polyurethane Coated and Initially application for tea ,
Subject Research Students, College of Education, Thai Nguyen University.
4. Do Thi Trang Quyen, Nguyen Thi Phuong (2016), Study and synthesis of
slow release urea fertilizer based from polyvinyl alcohol, clay bentonit and Initially
application for Brassica integrifolia, Subject Research Students, College of
Education, Thai Nguyen University.
5.3. Applied products
09 type of controlled release fertilizers (with the average cover thickness in
turn 30, 50 and 70 µm): 03 type of controlled release ure fertilizers, 03 type of
controlled release NPK (30:10:10) fertilizers and 03 type controlled release NPK
(16:16:16) fertilizers.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of
research results
The results of the research were used in training bachelors at the Department
of Chemistry, College of Education, Thai Nguyen university and can be applied for
agriculture production in Thai Nguyen province and application for over country.
1
MỞ ĐẦU
1. ý do chọn đề tài
Sự bùng nổ dân số hiện nay đã làm tăng nhu cầu về lương thực, thực phẩm.
Trong khi diện tích đất canh tác bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa thì tăng năng suất
cây trồng là con đường duy nhất để đảm bảo an ninh lương thực cho con người.
Phân bón là yếu tố quyết định đến việc tăng năng suất cây trồng nên việc sử dụng
phân bón trong sản xuất nông nghiệp là một tất yếu. Tuy nhiên, theo kết quả điều tra
của FAO, hiệu quả sử dụng phân bón ở Việt Nam hiện nay chỉ đạt 45-50%, phần
còn lại bị thất thoát vào môi trường làm giảm hiệu quả sử dụng phân bón, ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và thiệt hại về kinh tế [6]. Vì vậy,
việc nghiên cứu chế tạo ra các loại phân bón vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây
trồng trong một thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân thiện với môi trường đang
là mối quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học [80].
Để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, hiệu quả kinh tế và hạn chế ô nhiễm
môi trường, góp phần phát triển nền nông nghiệp xanh, sạch và bền vững, trong
những năm gần đây trên thế giới cũng như ở Việt Nam có xu hướng áp dụng công
nghệ mới vào lĩnh vực sản xuất phân bón. Một trong những hướng quan trọng nhất,
có nhiều triển vọng là nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhả chậm. Kỹ thuật này tạo
ra các loại phân bón có khả năng tăng cường sự phát triển của cây khi các chất dinh
dưỡng được đưa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme. Chất dinh dưỡng được
nhả dần cho cây hấp thụ, do đó tránh được hiện tượng rửa trôi phân bón, tiết kiệm
sức lao động và chi phí sản xuất cũng như giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường.
Các polyme được sử dụng có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi
trường, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng đất, chất lượng nông sản [80].
Việt Nam là nước nông nghiệp, do đó nhu cầu sử dụng phân bón trong sản
xuất nông nghiệp hàng năm là rất lớn đặc biệt là phân bón nhả chậm. Tuy nhiên,
việc nghiên cứu về phân bón nhả chậm hiện nay ở Việt Nam còn rất mới, hơn nữa
việc sử dụng phân bón nhả chậm trong sản xuất nông nghiệp còn rất hạn chế do giá
thành của phân bón nhả chậm nhập khẩu còn cao, gây chi phí lớn trong sản xuất. Vì
vậy, tôi chọn đề tài‘’Nghiên cứu chế tạo một số loại phân bón nhả chậm thân
thiện với môi trường ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ” nhằm giải quyết
những bức xúc trong sản xuất thực tế đặt ra.
2
2. Mục đích nghiên cứu
- Chế tạo thành công một số loại phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan
thân thiện với môi trường.
- Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng (cây bí xanh,
cây chè) trong sản xuất nông nghiệp ở tỉnh Thái Nguyên.
3. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Phân bón ure và NPK nhả chậm có vỏ bọc
3.2. Đối tượng nghiên cứu
- Phân bón: ure, NPK. Chất mang: bentonit. Chất kết dính: PVAc, PVA, tinh
bột, tinh bột biến tính. Chất tạo lớp phủ là polyuethan
- Cây chè, cây bí xanh tại tỉnh Thái Nguyên
4. Giả thuyết khoa học
Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón nhả chậm (ure, NPK) bằng cách vê viên từ
các loại phân đơn dễ tan cùng với chất phụ gia (khoáng sét bentonit, chất kết dính
polyme) sau đó bọc màng polyurethan cho các lõi. Nghiên cứu điều chỉnh độ dày
lớp màng polyurethan để tạo ra các loại phân bón nhả chậm có tuổi thọ khác nhau.
Từ đó nghiên cứu lựa chọn các sản phẩm phân bón nhả chậm có hàm lượng dinh
dưỡng, thời gian nhả dinh dưỡng phù hợp với chu kì phát triển của cây bí xanh và
cây chè.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón nhả chậm: ure, NPK
- Nghiên cứu chế tạo vỏ bọc cho phân nhả chậm
- Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng (cây bí xanh,
cây chè)
6. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo một lõi phân bón nhả chậm: ure, NPK (30:10:10), NPK
(16:16:16) từ khoáng sét bentonit, chất kết dính là tinh bột, tinh bột biến tính,
polyvinyl ancol, polyvinyl axetat.
- Nghiên cứu chế tạo vỏ bọc cho phân nhả chậm từ polyurethan.
3
- Nghiên cứu các đặc tính nhả dinh dưỡng của phân bón trong nước, trong đất
và đánh giá khả năng phân hủy sinh học của lớp vỏ trong đất.
- Thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây bí xanh, cây chè kinh doanh
LDP1.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón bằng cách đo độ cứng, độ rã.
- Nghiên cứu đặc trưng lớp vỏ bằng các phương pháp phân tích hóa học,
quang phổ hấp thụ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt (TGA), kính hiển vi điện tử quét
(SEM).
- Nghiên cứu đặc tính nhả chất dinh dưỡng của phân bón bằng phương pháp
Kjeldahl, phương pháp trắc quang, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
- Bố trí thí nghiệm ứng dụng phân bón theo phương pháp ngẫu nhiên hoàn
chỉnh và xử lí số liệu theo phương pháp thống kê đồng ruộng.
8. Cấu trúc và nội dung đề tài
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lƣơng thực, tác động của việc sử
dụng phân bón tới môi trƣờng, sinh thái và sức khoẻ.
1.1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực.
Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh dưỡng cần
thiết cho cây trồng nhằm giúp chúng sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất
cao, được bón vào đất hay hòa vào nước phun, xử lí hạt giống, rễ và cây con [6].
Dựa vào lượng chất cây cần sử dụng, người ta chia các chất dinh dưỡng thiết
yếu thành 3 nhóm là các chất đa lượng, chất trung lượng và chất vi lượng:
- Nhóm dinh dưỡng đa lượng (NPK): là những chất cây cần với số lượng
nhiều gồm 3 chất là N (đạm), P (lân) và K (kali).
- Nhóm dinh dưỡng trung lượng (Ca; Mg; S): là những chất cây cần với số
lượng trung bình, gồm 3 chất là Canxi (Ca), Magie (Mg), Silic (Si)
- Nhóm dinh dưỡng vi lượng (Fe; Zn ; Mn; Cu ; B ; Mo; Cl): là những chất
cây cần với lượng ít, gồm 7 chất là Sắt (Fe), Kẽm (Zn), Mangan (Mn), Đồng (Cu),
Bo (B), Molypden (Mo) và Clo (Cl).
Các chất dinh dưỡng thiết yếu được cây hút ở dạng ion hòa tan chủ yếu từ
đất và phân bón. Đối với cây trồng, nguồn dinh dưỡng cung cấp từ đất không đáng
kể so với yêu cầu của cây nên phải bổ sung qua phân bón [6].
Theo tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc (FAO) phân bón làm
tăng năng suất cây trồng từ 35-45% và đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng
cây trồng [6]. Dự báo đến năm 2020, hơn 70% sản lượng ngũ cốc sẽ phải phụ thuộc
vào phân bón [80]. Với diện tích đất trồng trọt 1,6 tỷ ha, và chỉ có thể bổ sung thêm
70 triệu ha vào năm 2050 để sản xuất lương thực cho dân số có thể đạt 13,4 tỷ
người vào năm 2050 thì đòi hỏi một lượng dinh dưỡng rất lớn từ phân bón và phân
bón sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an ninh lương thực thế giới [3].
1.1.2. Tác động của việc sử dụng phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ
Sự ảnh hưởng của việc thất thoát phân bón đối với môi trường đã được nhiều
nhà khoa học chỉ ra từ lâu. Trong số phân bón chưa được cây trồng sử dụng, một
phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi theo nước mặt do mưa, theo các công
trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Một phần bị rửa
5
trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của
nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí [80].
Khi lượng phân bón dư thừa đi vào nguồn nước mặt đã làm tăng nồng độ
chất dinh dưỡng trong nước và gây ra hiện tượng phú dưỡng và tảo nở hoa gây hại.
Mặt khác, khi tảo và thực vật bậc thấp bị chết, xác của chúng bị phân hủy yếm khí,
tạo nên các chất độc hại, có mùi hôi, gây ô nhiễm nguồn nước [80].
Ở hầu hết các vùng canh tác, nitơ bị oxy hóa tạo thành nitrat dưới tác dụng
của vi khuẩn hoạt động có thể bị thấm hoặc bị tách khỏi rễ đi vào nước ngầm, nước
mặt. Nồng độ nitrat trong nước cao (do phân đạm chứa nitrat) làm ảnh hưởng đến
sức khỏe con người, động vật. Trong đường ruột, các nitrat bị khử thành nitrit, các
nitrit được tạo ra được hấp thụ vào máu kết hợp với hemoglobin làm khả năng
chuyên chở oxy của máu bị giảm. Nitrit còn là nguyên nhân gây ung thư dạ dày và
nhiều căn bệnh khác như bướu cổ, dị tật bẩm sinh, bệnh tim mạch [80].
Trong quá trình sử dụng phân bón nitơ, sự bay hơi của amoniac khi sử dụng
chúng trong môi trường đất có tính kiềm có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong
hệ sinh thái, là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật. Một lượng NH3 có thể bị
oxi hóa và được chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từ nguồn khí thải
công nghiệp) tạo thành mưa axit phá hủy mùa màng, gây ra tình trạng ngộ độc
nhôm trong cá và thực vật [80].
Hiện nay, sự biến đổi khí hậu, thời tiết khắc nhiệt cũng là nguyên nhân chủ
yếu gây thất thoát phân bón. Ngoài việc phân bón bị mất mát do nước mưa dư chảy
tràn thì hiện tượng lũ lụt, làm xói mòn đất, phá vỡ cấu trúc của đất làm tăng nhanh
lượng phân bón bị rửa trôi. Sự nóng dần lên của trái đất đã làm tăng tốc độ hoà tan
của phân bón trong nước, tăng sự bay hơi amoniac [80].
Trong sản xuất nông nghiệp, ở các nước đang phát triển nông dân thường
lạm dụng phân bón, có nơi người nông dân bón phân gấp 2-3 lần so với nhu cầu đã
làm thất thoát lượng lớn phân bón, gây mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm môi trường,
đặc biệt là nguồn nước ngầm, gây mưa axit, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính,
làm giảm độ phì nhiêu đất, tích luỹ dư lượng trong nông sản [6].
Việc thất thoát phân bón vào môi trường đất đã ảnh hưởng đến các tính chất
lí hoá học và sinh học của đất, phá vỡ cấu trúc của đất, giảm tỉ lệ thông khí trong
đất. Ngoài ra, khi sử dụng phân bón không đúng sẽ làm tăng dịch bệnh, dẫn tới phải
sử dụng nhiều thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trường [80].
6
Theo FAV, nhu cầu phân bón hóa học cho sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
năm 2014 khoảng 11 triệu tấn phân bón các loại, nếu hiệu suất sử dụng các loại
phân bón trung bình khoảng 45-50%, thì mỗi năm ngành nông nghiệp đã lãng phí
khoảng 40-44 nghìn tỷ đồng. Việc thất thoát phân bón là nguyên nhân chính làm
tăng chi phí đầu vào cho sản xuất nông nghiệp [4].
1.2. Giới thiệu chung về phân bón nhả chậm
1.2.1. Khái niệm, phân loại và những ưu điểm của phân bón nhả chậm
1.2.1.1. Khái niệm về phân bón nhả chậm
Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khó tháo
gỡ, đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón. Bởi vậy, việc rất cần thiết là
phát triển một loại phân bón mới. Bằng sự nỗ lực không ngừng, các nhà khoa học
đã chế tạo thành công loại phân bón mới, đáp ứng được những yêu cầu đặt ra, đó
chính là phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer -SRFs) và phân bón nhả có
kiểm soát (Controlled Release Fertilizer-CRFs) [80].
Không có sự khác biệt chính thức nào giữa phân bón nhả chậm và nhả có kiểm
soát nên thường được gọi chung là phân nhả chậm. Tuy nhiên, các sản phẩm N bị
phân hủy bởi vi khuẩn như UF (Ure-Formaldehit), trong thương mại thường được gọi
là phân nhả chậm và các sản phẩm dạng viên hoặc bọc được gọi là phân bón nhả có
kiểm soát.
Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đưa ra một số đề xuất về phân bón nhả chậm
trong đất như sau: một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinh dưỡng
hoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới những điều kiện nhất định
như ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn sau:
+ Nhả không quá 15% trong 24h.
+ Nhả không quá 75% trong 28 ngày.
+ Nhả ít nhất 75% trong khoảng thời gian đã định [80].
1.2.1.2. Phân loại phân bón nhả chậm
Phân nhả chậm được phân loại theo nhiều cách khác nhau theo các tiêu chí
khác nhau.
*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) và phân có vỏ bọc (CRF) [42].
7
- Phân không 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 hoà tan trong nước thông thường
như amoni sunfat, amoni nitrat và ure.
- Phân bọc nhả chậm (CRFs): là phân bón trong đó chất dinh dưỡng được
kiểm soát, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng trong một thời gian ở nhiệt độ xác định.
Tuy nhiên, Trenkel [80] đã xác định sự khác biệt giữa hai loại phân này.
Trong trường hợp của SRF, mô hình nhả chất dinh dưỡng gần như là không thể
đoán trước, có thể thay đổi theo điều kiện khí hậu, loại đất. Ngược lại với CRFs,
mô hình nhả chất dinh dưỡng, số lượng và thời gian nhả chất dinh dưỡng có thể dự
đoán được và trong giới hạn nhất định.
*Theo Trenkel [80] phân bón nhả chậm có thể được phân thành 3 loại sau:
- Các hợp chất hữu cơ có độ hoà tan thấp
Các hợp chất này thường là các sản phẩm ngưng tụ từ ure. Các hợp chất này
được chia nhỏ thành các chất phân huỷ sinh học như urea-formaldehyde (UF),
isobutylidene diurea (IBDU) hoặc ure acetaldehyde/cyclo diurea (CDU). Cơ chế
nhả chậm của phân không bọc dựa trên sự thủy phân từ từ trong nước và tác động
của các vi khuẩn trong đất.
-Phân bón bọc (kiểm soát việc nhả dinh dưỡng bằng lớp phủ)
Nhóm này gồm những phân bón mà tính tan của nó được điều khiển bởi tính
chất vật lí. Các loại phân bón có lõi hoặc hạt được phủ bằng vật liệu polyme hay
như là một chất nền làm giảm khả năng nhả chất dinh dưỡng. Các loại phân bón phủ
được chia thành phân phủ bằng vật liệu polyme hữu cơ hoặc nhựa nhiệt dẻo và phân
bón bọc bằng vật liệu vô cơ như lưu huỳnh hoặc chất khoáng ít tan. Các vật liệu
polyme hữu cơ bọc có thểlà polyme kị nước như polyolefin, cao su...hoặc polyme
ưa nước trong tự nhiên như ‟‟hydrogel‟‟làm chậm quá trình hoà tan phân bón do
khả năng giữ nước cao. Các loại ‟‟hydrogel‟‟ trên ít phổ biến hơn so với các loại
phân bón phủ và vẫn đang được phát triển.
-Các hợp chất vô cơ có độ hòa tan thấp
Các hợp chất vô cơ có độ hoà tan thấp như muối amoni photphat của kim
loại có công thức tổng quát là MeNH4PO4 xH2O (với Me là Mg, Fe, Zn, Mg hay K),
ví dụ KNH4PO4 và MgNH4PO4.
8
1.2.1.3. Ưu điểm của phân bón nhả chậm
- Giảm tối thiểu sự mất mát phân bón do xói mòn 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
thông 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, giúp rễ cây
phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề kháng của cây [80].
- Phân bón nhả chậm giúp cải thiện sự hấp thu các chất dinh dưỡng của thực
vật thông qua việc nhả chất dinh dưỡng đầy đủ theo thời gian, làm giảm đáng kể
lượng hao hụt chất dinh dưỡng, đặc biệt là mất nitơ, nitrat qua việc rửa trôi NO3- và
bay hơi của NH3. Góp phần làm giảm thiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính như
N2O và nguy cơ ô nhiễm mạch nước ngầm, không khí [80].
- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính đối với cây trồng, không gây chết
cây do sốc dinh dưỡng khi mới bón, không gây thoái hoá 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. Ngoài ra phân bón nhả chậm còn
cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảy mầm cây [26].
- 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 công hoặc máy móc mỗi lần
bón phân gây nén chặt đất [47],[80].
1.2.2. Công nghệ phân bón nhả chậm
1.2.2.1. Phân không bọc nhả chậm
Phân không bọc nhả chậm thường là các loại phân chứa ure. Loại phân này
là sản phẩm ngưng tụ trong điều kiện thích hợp của ure với các chất hữu cơ như
formaldehit (phân ure-formaldehit: UF), isobutyraldehit (phân ure-isobutyraldehit:
IBDU), crotonaldehit (Ure-crotonaldehit: CDU). Cơ chế nhả chậm của phân không
bọc dựa trên sự thủy phân từ từ trong nước và tác động của các vi khuẩn trong đất.
Tốc độ nhả chậm phân bón được kéo dài nhờ kiểm soát chiều dài mạch
ngưng tụ, kích thước hạt phân bón, lượng nước sẵn có...Các yếu tố môi trường ảnh
hưởng tới hoạt tính vi khuẩn (như nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ thông thoáng khí của
đất...) cũng có ảnh hưởng đến tốc độ nhả phân bón.Trong số các loại phân không
bọc nhả chậm được sản xuất thì phân nhả chậm trên cơ sở UF đóng góp thị phần lớn
9
nhất trên thế giới còn phân IBDU và CDU có mức độ sử dụng thấp hơn do giá
thành của chúng cao hơn so với phân UF.
Ngoài ra các loại phân không bọc còn được tạo ra bằng nhiều cách khác
như trộn các chất dinh dưỡng với vật liệu nền hay tạo hợp chất ít tan, sử dụng các
vật liệu có khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng nhằm hạn chế khả năng nhả dinh
dưỡng của phân bón... Đã có nhiều vật liệu khác nhau được sử dụng làm chất nền
như: cao su, vật liệu kết dính, polyme, zeolit, zeolit biến tính, khoáng sét...
[37],[54],[65].
* Phân ure-formaldehit (UF) -38%N
Ure-formaldehit được tạo thành nhờ phản ứng của formaldehit với ure dư
trong các điều kiện được kiểm soát (pH, nhiệt độ, phần mol, thời gian phản ứng…),
kết quả là thu được hỗn hợp metylen ure với chiều dài mạch khác nhau. Nói chung
phân ure-formaldehit có tốc độ giải phóng nitơ chậm và phù hợp với hầu hết các
loại cây trồng. Do độ tan thấp nên chúng sẽ không làm cháy thảm thực vật cũng như
không gây cản trở quá trình nảy mầm. Do có hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao nên chúng
được sử dụng phổ biến hơn tại các vùng có khí hậu ấm áp [80].
* Phân ure-isobutyraldehit/isobutylidene diurea (IBDU) – 32% N
Ure-isobutyraldehit là một sản phẩm ngưng tụ từ phản ứng của
isobutyraldehit (dạng lỏng) với ure. Sản phẩm của phản ứng ngưng tụ của ure với
isobutyraldehit là các oligome đơn.
Hàm lượng nitơ theo l thuyết của loại phân này là 32,18%, trong khi lượng
nitơ cần thiết tối thiểu được xác định là 30%. Cơ chế nhả chậm của loại phân này
dựa trên sự thủy phân từ từ của IBDU tan chậm trong nước và tạo thành ure, nó
được chuyển thành ion amoni và sau đó là nitrat nhờ vi khuẩn trong đất. Tốc độ giải
phóng nitơ là một hàm của kích thước hạt, độ ẩm, nhiệt độ và pH.
Sự giải phóng đạm của IBDU không lệ thuộc vào vi sinh vật nên nó xảy ra
đều đặn tại nhiệt độ tương đối thấp. Do vậy, đây là một sản phẩm được ưa chuộng
để bón cho cây trồng trong mùa lạnh [80].
* Phân Ure-crotonaldehit/Crotonylidene diurea (CDU) - 32,5% N
Ure-crotonaldehit là sản phẩm ngưng tụ của phản ứng giữa ure với andehit
axetic có xúc tác axit. Khi hòa tan vào nước, nó sẽ phân rã từ từ thành ure và
crotonaldehit. Như trường hợp IBUD, với CDU thì kích thước hạt cũng ảnh hưởng
lớn đến tốc độ nhả nitơ (thường nhả rất chậm với hạt có kích thước lớn).
