NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ, TỈNH PHÚ THỌ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ
NỘI

ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ
PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT
TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ,
TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

1


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ
PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT
TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ,
TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số:

60440301

Người hướng dẫn: TS. Trịnh Đức Công

Hà Nội, 2017
2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn
trung thực, khách quan và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công
trình nào khác. Các thông tin, số liệu trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn
gốc và đã được công bố theo đúng quy định.
Ngày tháng 7 năm 2017
Học viên

Đoàn Thị Bích Hòa

3


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn TS.Trịnh Đức Công và các thầy cô trong khoa Môi
Trường - Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hướng dẫn tận tình, tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn.
Chúng tôi xin cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện hóa học - Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Phòng vật liệu polyme, các phòng chức năng
đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu trong quá trình thực hiện
luận văn.
Tôi cũng xin cảm ơn các thầy, các cô, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân đã

dạy bảo, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học và thực hiện
thành công luận văn này.
Luận văn này được sự tài trợ kinh phí bởi Đề tài KHCN thuộc Chương trình
Tây Bắc có mã số KNCN-TB.08C/13-18
Ngày tháng 7 năm 2017
Học viên

Đoàn Thị Bích Hòa

4


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................iv
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 10
CHƯƠNG I................................................................................................................13
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................................13
1.1. Đặc điểm của cây chè..........................................................................................13
1.1.1. Đặc điểm sinh vật học của cây chè..............................................................13
1.1.2. Những yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của cây chè........14
1.1.2.1.Ánh sáng.................................................................................................14
1.1.2.2. Nhiệt độ..................................................................................................15
1.1.2.3. Nước......................................................................................................15
1.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng của chè.......................................................................15
1.1.3.1. Đạm.......................................................................................................15
1.1.3.2. Lân.........................................................................................................16
1.1.3.3. Kali........................................................................................................16
1.1.3.4. Trung và vi lượng...................................................................................16
1.2. Đặc điểm đất trồng chè Phú Thọ.......................................................................16

1.3. Giới thiệu chung về polyme siêu hấp thụ nước.................................................18
1.3.1. Ứng dụng của polyme siêu hấp thụ nước....................................................19
1.3.2.Các nghiên cứu về polyme siêu hấp thụ nước ở Việt Nam............................6
1.4. Phân bón NPK nhả chậm và ứng dụng trong nông nghiệp...............................8
1.4.1. Khái niệm và cơ chế hoạt động của phân bón NPK nhả chậm....................8
1.4.2. Ảnh hưởng của phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ...............12
1.4.3. Ứng dụng của phân bón nhả chậm trong nông nghiệp..............................14
CHƯƠNG II............................................................................................................... 18
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................18
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu..........................................................................18
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................18

5


2.1.2. Phạm vi và thời gian nghiên cứu.................................................................18
2.2. Hóa chất, dụng cụ và vật liệu nghiên cứu.........................................................18
2.2.1. Hóa chất, dụng cụ........................................................................................18
2.2.2. Vật liệu..........................................................................................................18
2.3. Xây dựng mô hình khảo nghiệm........................................................................19
2.4. Nghiên cứu khả năng cải tạo đất sau khi sử dụng polyme giữ ẩm và phân
NPK nhả chậm...........................................................................................................21
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu......................................................21
2.4.2. Các phương pháp xác định..........................................................................23
4.2.2.1. Độ ẩm của đất (TCVN 4048:2011).........................................................23
2.4.2.2. Độ xốp đất ()..........................................................................................23
2.4.2.3. Chất hữu cơ OM (TCVN 8941:2011)....................................................24
2.4.2.4. Xác định pH đất (TCVN 5979:2007)......................................................25
2.4.2.5. Xác định hàm lượng N tổng trong đất (TCVN 6498:1999)....................26
2.4.2.6. Xác định hàm lượng P2O5 tổng số và P2O5 dễ tiêu trong đất.................27

2.4.2.7. Xác định hàm lượng K2O tổng số và K2O dễ tiêu trong đất...................29
2.4.2.8. Xác định dung tích trao đổi CEC của đất (TCVN 8568:2010)...............30
2.4.2.9. Xác định hàm lượng nguyên tố trung lượng trong đất: Ca, Mg (TCN). .31
2.5. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của cây chè...............................32
2.6. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................................33
CHƯƠNG III.............................................................................................................34
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................34
3.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu đất đai khu vực nghiên cứu.................................34
3.1.1. Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên.................................................................34
3.1.2. Khí hậu thủy văn..........................................................................................34
3.2. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến khả năng cải tạo
đất trồng chè............................................................................................................... 35
3.2.1. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến sự thay đổi độ ẩm
của đất.................................................................................................................... 36
3.2.2. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm đến độ xốp của đất....................................39

6


3.2.3. Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước đến độ mùn trong đất..............41
3.2.4. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến tính hóa lý của đất
................................................................................................................................ 43
3.3. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến năng suất chè...........48
3.3.1. Mật độ búp và khối lượng búp.....................................................................48
3.3.2. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm..............52
KẾT LUẬN................................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................56
PHỤ LỤC................................................................................................................... 59

7

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước.....................1
Hình 1.2. Quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm [12].............10
Hình 1.3. Hình ảnh polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm thành phẩm, ứng
dụng trong nông nghiệp..............................................................................17
Hình 2.1. Ảnh mô hình thí nghiệm cho cây Chè tại Phú Thọ......................................20
Hình 3.1. Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 và 2 tháng đầu năm 2017..................35
Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của polyme giữ ẩm đến độ ẩm đất..................38
Hình 3.3: Hình ảnh mô tả polyme siêu hấp thụ nước trước khi hấp thụ nước (a); sau
khi hấp thụ nước (b) và mô tả quá trình giữ nước cho của AMS-1 cho cây
trồng (c)......................................................................................................39
Hình 3.4. Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp của
đất............................................................................................................... 40
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ
mùn của đất................................................................................................42
Hình 3.6. Hình ảnh trước và sau thời gian sử dụng Polyme giữ ẩm và phân bón nhả
chậm cho đất được thể hiện dưới đây:........................................................44
Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện kết quả hàm lượng Nitơ tổng số.......................................46
Hình 3.8. Biểu đồ thể hiện kết quả P2O5 (dễ tiêu).........Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện kết quả K2O (dễ tiêu).........Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10. Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến mật độ búp.............51
Hình 3.11. Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến khối lượng búp.......52

8


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Công thức và tỉ lệ sử dụng Polyme giữ ẩm và Phân nhả chậm NPK...........19

Bảng 2.2. Thứ tự và thể tích lấy hóa chất, thuốc thử xác định NH4+............................27
Bảng 2.3. Thứ tự và thể tích lấy hóa chất, thuốcthử xác địnhPO43-..............................28
Bảng 3.1. Độ ẩm của đất tại các công thức sử dụng polyme giữ ẩm theo dõi trong PTN
.................................................................................................................... 37
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm đến độ ẩm đất trên đất trồng chè (%)........38
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp của đất.......40
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ (độ mùn)
của đất trong các công thức thí nghiệm......................................................42
Bảng 3.6. Kết quả trung bình các chỉ tiêu theo dõitính chất hóa lý của đất sau khi sử
dụng vật liệu qua 6 tháng............................................................................45
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến mật độ búp và khối
lượng búp....................................................................................................48
Bảng 3.8. Kết quả thu được thể hiện ở các bảng dưới đây:.........................................49
Bảng 3.9. Tổng hợp kết quả xử lý số liệu thống kê.....................................................50
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến năng suất của cây chè
.................................................................................................................... 53
Bảng 3.11. Hiệu quả kinh tế thu được của các công thức thí nghiệm..........................53

9


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với diễn biến của quá trình biến đổi khí hậu,
các điều kiện canh tác nông nghiệp ngày càng gặp nhiều khó khăn do đất đai ngày
càng bị thoái hóa, thiên tai, dịch bệnh, cũng như các yếu tố ngoại cảnh khác tác động
mạnh mẽ đến cây trồng làm cho năng suất, chất lượng hàng hóa nông nghiệp giảm.
Nước và phân bón là hai yếu tố vô cùng quan trọng quyết định đến năng suất, chất
lượng nông sản và độ phì nhiêu của đất. Bởi vậy, từ lâu con người đã chú ý đến việc
tưới tiêu và bón phân cho cây trồng.
Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón hóa học là rất thấp, lượng phân đạm, lân,

kali khi bón vào đất sẽ không được cây trồng sử dụng hết mà thất thoát ra ngoài môi
trường còn nhiều. Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gây hiệu ứng
nhà kính, ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
Để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, nâng cao hiệu quả kinh tế và hạn chế ô
nhiễm môi trường góp phần phát triển nền nông nghiệp xanh, sạch và bền vững, gần
đây trên thế giới có xu hướng nghiên cứu và ứng dụng phân bón nhả chậm. Phân bón
nhả chậm là dạng phân có khả năng lưu giữ và cung cấp dinh dưỡng cho cây trong thời
gian dài, làm giảm thiểu khả năng thất thoát dinh dưỡng do rửa trôi hoặc bốc hơi, góp
phần tiết kiệm lượng phân sử dụng và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Polyme siêu hấp thụ nước (hay còn gọi là polyme giữ ẩm) là loại polyme dạng
hydrogel không tan nhưng có khả năng hấp thụ nước tới 1000 lần. Polyme này được
đưa vào sử dụng trong nông nghiệp từ đầu những năm 1980. Việc sử dụng loại polyme
này cho nông nghiệm sẽ làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đó kéo dài khoảng
thời gian giữa các lần tưới. Khả năng giữ nước phụ thuộc vào cấu trúc đất, loại
hydrogel và kích thước hạt (bột hoặc hạt), độ muối của dung dịch đất và sự có mặt các
ion.

10


Mặt khác, cây chè là loại cây có xuất xứ yêu cầu về lượng mưa hàng năm thích
hợp cho cây là 1.500 – 2.000 mm, hàng tháng trên 100mm. Tuy nhiên, khí hậu đặc thù
ở miền Bắc nước ta nói chung và Phú Thọ nói riêng có đặc điểm nóng ẩm vào vụ Hè
Thu và hanh khô vào vụ Đông Xuân, điều này làm cho việc canh tác cây chè chủ yếu
chỉ diễn ra vào các tháng Hè Thu là chủ yếu. Theo các nghiên cứu của nhiều nhà khoa
học, việc cung cấp đủ nước cho cây chè trong những tháng mùa đông (tháng 10 –
tháng 12) làm tăng năng suất chè vụ Đông Xuân.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn đó, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh
hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến khả năng cải tạo đất trồng
chè tại xã Phú Hộ, thị xã Phú Thọ, tỉnh Phú Thọ”. Việc sử dụng hai loại vật liệu này

có tác dụng giữ ẩm, giữ chất dinh dưỡng cho cây trồng, tăng độ phì nhiêu cho đất, đặc
biệt khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế thì sử dụng nước và phân bón hiệu quả ngày
càng trở nên quan trọng, góp phần cải tạo đất, nâng cao năng suất và chất lượng của
cây chè tại Phú Thọ.
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:
+ Đánh giá được khả năng cải tạo đất trồng chè sau khi sử dụng kết hợp vật liệu
polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm.
+ Lựa chọn được tỷ lệ sử dụng kết hợp polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm
tối ưu.
Nội dung chủ yếu của luận văn:
- Mô hình khảo nghiệm sử dụng kết hợp polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả
chậm được thiết kế với các công thức.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến các tính
chất hóa lý, độ phì nhiêu của đất trồng chè.
- Đánh giá khả năng tiết kiệm phân bón NPK nhả chậm thông qua năng suất và
hiệu quả kinh tế của cây chè.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

11


- Trên cơ sở đánh giá được ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả
chậm đến độ phì nhiêu của đất trồng chè, năng suất và hiệu quả kinh tế. Đề tài sẽ xác
định luận cứ khoa học cho việc xác định liều lượng polyme giữ ẩm và phân bón nhả
chậm hợp lý cho cây chè tại Phú Thọ.
- Các kết quả thu được góp phần làm tăng năng suất cây chè trên đất Phú Thọ
và góp phần hoàn chỉnh qui trình kỹ thuật sử dụng polyme giữ ẩm và phân bón nhả
chậm NPK cho cây chè từ đó khắc phục khó khăn về giữ ẩm và rửa trôi dinh dưỡng
cho cây chè.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần cải tạo đất trồng chè ở Phú Hộ nói

riêng và các khu vực đất trồng chè, trồng cây lương thực của tỉnh Phú Thọ nói chung.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tỷ lệ polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm thích hợp đối
với các tính chất hóa lý, độ phì nhiêu của đất trồng chè, năng suất cây chè thời kỳ kinh
doanh tại xã Phú Hộ, thị xã Phú Thọ, tỉnh Phú Thọ.

12


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặc điểm của cây chè
Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà lá và
chồi của chúng được sử dụng để sản xuất chè. Các danh pháp khoa học cũ còn có Thea
bohea và Thea viridis.[10]
Chè là 1 thức uống lý tưởng có nhiều giá trị về dược liệu. Ngày nay, chè được
phổ biến rộng rãi hơn cả cà phê, rượu vang và cao cao.Ngoài ra, chè là 1 cây công
nghiệp lâu năm cho giá trị kinh tế lâu dài, mau cho sản phẩm. Do đó, chè là 1 trong
những cây trồng được quan tâm và phát triển mạnh đặc biệt là ở vùng trung du và
miền núi trong đó có Phú Thọ.
1.1.1. Đặc điểm sinh vật học của cây chè
Thân và cành:
- Chè chỉ có một thân chính và sau đó mới phân ra các cấp cành.
- Do hình dạng phân cành khác nhau nên người ta chia thân chè ra làm 3
loại:Thân gỗ, thân bán gỗ và thân bụi
- Cành chè do mầm dinh dưỡng phát triển thành. Trên cành chia làm nhiều đốt.
- Từ thân chính cành chè được chia ra làm nhiều cấp: I, II,III.
- Thân và cành chè đã tạo nên khung tán của cây chè. Số lượng cành thích hợp
và cân đối trên khung tán, chè sẽ cho sản lượng cao.
Mầm chè:

- Mầm sinh dưỡng: phát triển thành cành lá.
- Mầm sinh thực: nằm ở nách lá. Bình thường ở mỗi nách lá có 2 mầm sinh thực
hoặc nhiều hơn và khi đó ở nách lá sẽ có một chùm hoa.
Búp chè
Là một đoạn non của 1 cành chè. Búp được hình thành từ các mầm dinh dưỡng

13


gồm có tôm và hai hoặc ba lá non. Kích thước của búp thay đổi tùy thuộc vào giống,
loại và liều lượng phân bón,các khâu kỹ thuật canh tác như đốn, hái và điều kiện địa lý
nơi trồng trọt.
- Búp chè là sản phẩm cuối cùng của trồng trọt, đồng thời là nguyên liệu khởi
đầu cho quá trình chế biến, do vậy số lượng búp, năng xuất búp là mối quan tâm của
người thu hái , còn chất lượng nguyên liệu, phẩm cấp búp và tiêu chuẩn búp lại liên
quan đến chè thành phẩm sau chế biến.
- Năng suất búp chè có quan hệ chặt với số lá trên cây. Với đặc điểm của cây
chè mỗi một búp sinh ra từ 1 nách lá, do vậy nhiều lá mới có nhiều búp, năng xuất
cao . Cho nên hái búp và chừa lá có tương quan chặt đến năng suất chè.
- Búp chè có hai loại: Búp bình thường và búp mù
Kỹ thuật thu búp:
Căn cứ vào yêu cầu chế biến mà có các hình thức thu búp như sau:
- Hái nguyên tôm: Trong điều kiện Việt Nam chưa áp dụng nhưng một số nước
chế biến chè đặc sản đã áp dụng: Hái 1 tôm + 1 lá; Hái 1 tôm + 1,2 lá; Hái 1 tôm + 2
lá; Hái 1 tôm + 2,3 lá; Hái 1 tôm + 3 lá.
- Hái chè già (thường tận thu lá trắng, chè cuối vụ ít dùng)
Các hình thức hái khác nhau đã cho búp nguyên liệu có độ dài ngắn khác nhau
và làm cho độ non già của búp cũng khác nhau, tuy nhiên, mức độ non già của búp còn
được quyết định bởi tỷ lệ bánh tẻ. vì vậy trong phân loại phẩm cấp chè búp tươi có qui
định mức độ non già và tiêu chuẩn phẩm cấp búp như sau:

1.1.2. Những yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của cây chè
1.1.2.1.Ánh sáng
Cây chè là một cây rừng mọc trong những điều kiện ẩm ướt, râm mát của vùng
khí hậu cận nhiệt đới gió mùa Đông Nam Á. Về nhu cầu ánh sáng, cây chè là cây trung
tính trong giai đoạn cây con, lớn lên ưa sáng hoàn toàn. Dưới bóng râm, là chè xanh
đậm, lóng dài, búp non lâu, hàm lượng nước cao nhưng búp thưa, sản lượng thấp vì
quang hợp yếu. Ánh sáng tán xạ ở vùng núi cao có tác dụng tốt đến phẩm chất chè hơn

14


ánh sáng trực xạ. Sương mù nhiều, ẩm ướt, nhiệt độ thấp, biên độ nhiệt ngày đêm lớn
ở vùng đồi núi cao là điều kiện để sản xuất chè có chất lượng cao trên thế giới.
1.1.2.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ không khí thuận lợi cho sinh trưởng của chè là 22-28 0C; búp chè sinh
trưởng chậm ở 15-180C, dưới 100C mọc rất chậm. Trên 300C chè mọc chậm, trên 400C
chè bị khô xém nắng lá non.
1.1.2.3. Nước
Nước giữ vai trò quan trọng trng sản xuất nông nghiệp và công nghệ chế biến.
Nước là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh, là nguyên tố quan trọng để đảm bảo
các hoạt động sinh lý của cây chè. Về nông nghiệp, nước quyết định sản lượng và chất
lượng của chè; trong công nghiệp, nước là thành phần biến đổi nhiều trong các công
đoạn héo, vò, lên men, sấy khô.
Hàm lượng nước trong chè biến động theo từng bộ phận, giống chè, biện pháp
kỹ thuật và khí hậu thời tiết trong năm. Nói chung, các tổ chức non có nhiều nước hơn
các bộ phận già. Mưa nhiều sản lượng chè cao nhưng chất lượng thấp.
Lượng mưa trung bình năm thích hợp cho sinh trưởng cây chè trên thế giới là
1.500-2.000mm. Độ ẩm tương đối không khí từ 80-85% có lợi cho sinh trưởng của
chè.
1.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng của chè

1.1.3.1. Đạm
Đạm tập trung ở các bộ phận còn non như: búp chè thái nguyên và lá non. Đạm
tham gia vào sự hình thành các axitamin và protein. Bón đủ đạm lá chè có màu xanh,
quang hợp tốt, cây chè sinh trưởng khoẻ, nhiều búp, búp to. Thiếu đạm chồi lá ít, lá
vàng, búp nhỏ, năng suất thấp. Bởi vậy bón đạm làm tăng năng suất từ 2-2,5 lần so với
không bón. Bón đạm quá nhiều hay đơn độc làm chè có vị đắng, giảm phẩm chất.

15


1.1.3.2. Lân
Lân tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào, trong axit nucleic. Lân có vai
trò quan trọng trong việc tích luỹ năng lượng cho cây, có tác dụng thúc đẩy sự phát
triển của cây chè, nâng cao chất lượng chè, làm tăng khả năng chống rét, chống hạn
cho chè. Thiếu lân lá chè xanh thẫm, có vết nâu 2 bên gân chính, búp nhỏ, năng suất
thấp.
1.1.3.3. Kali
Kali có trong tất cả các bộ phận của cây chè nhất là thân, cành và các bộ phận
đang sinh trưởng. Kali tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cây làm tăng khả
năng hoạt động của các men, làm tăng sự tích luỹ gluxit và axitamin, tăng khả năng
giữ nước của tế bào, nâng cao năng suất, chất lượng búp, làm tăng khả năng chống
bệnh, chịu rét cho chè. Thiếu Kali lá chè có vết nâu, rụng lá nhiều, búp nhỏ, lá nhỏ.
1.1.3.4. Trung và vi lượng
Theo một số nhà nghiên cứu, tác dụng của các yếu tố trung và vi lượng chỉ thể
hiện rõ nét ở các đồi chè nhiều tuổi chuyên bón các loại đa lượng lâu năm. Phân vi
lượng gồm có: Bo, Mn, Zn, Cu…; phân trung lượng gồm có: Ca, Mg, S, Al…
1.2. Đặc điểm đất trồng chè Phú Thọ
Tổng quan về đất:[16]
- Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỉ do sự phong hóa đá và sự phân
hủy xác thực vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Một số đất được hình

thành do sự bồi lắng phù sa sông, biển và gió. Đất có bản chất cơ bản khác với đá là
có độ phì nhiêu và tạo sản phẩm cây trồng.
Quá trình hình thành đất rất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinh học, hóa học, lý
học, lý - hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau:
 Sự tổng hợp chất hữu cơ và phân giải chúng
 Sự tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng
 Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các chất hóa học mới

16


 Sự xâm nhập của nước vào đất và sự mất nước từ đất
 Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và sự mất năng
lượng từ đất làm đất lạnh đi
Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra gắn liền với
quá trình hình thành đất.
Đất được hình thành qua 2 quá trình: đại tuần hoàn địa chất và tiểu tuần hoàn sinh
học. Thực chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa để tạo mẫu
chất. Trong vòng đại tuần hoàn địa chất, nước bốc hơi từ đại dương, hình thành mưa
xuống lục địa bị phong hóa, bị bào mòn cuốn ra biển và đại dương hình thành trầm
tích. Trải qua thời kỳ địa chất, do các chấn động, đá trầm tích được trồi lên rồi lại
chịu phong hóa. Thực chất của vòng tiểu tuần hoàn sinh học chính là quá trình hình
thành đất, thực hiện do hoạt động sống của động vật, thực vật và vi sinh vật. Trong
vòng tuần hoàn này sinh vật đã hấp thu năng lượng, chất dinh dưỡng và các khí từ
khí quyển để tổng hợp nên chất hữu cơ (quá trình quang hợp). Các chất hữu cơ này
được vô cơ hóa nhờ vi sinh vật là nguồn thức ăn cho sinh vật ở thế hệ sau.
Hai quá trình này không thể tách rời nhau: vì nếu không có đại tuần hoàn địa chất thì
không có muối khoáng và môi trường tơi xốp cho tiểu tuần hoàn sinh học phát triển
và ngược lại. Nếu không có vòng tiểu tuần hoàn sinh học thì không tích lũy chất hữu
cơ, không hình thành mùn mà mùn là yếu tố quyết định độ phì nhiêu của đất.

Phân loại đất ở Việt Nam ( Hội KH đất VN,2000): Đất cát, Đất mặn, Đất phèn, Đất
phù sa, Đất than bùn, Đất xám, Đất nâu, Đất mùn alit núi cao, Đất tích vôi, ...
Đất trồng chè Phú Thọ:
Với đặc điểm chè là loại cây công nghiệp dài ngày, dễ trồng, dễ chăm sóc, phù
hợp với điều kiện tự nhiên ớ các vùng đất dốc của Việt Nam. Phú Thọ là tỉnh thuộc
vùng trung du miền núi nên đất nơi đây mang đặc tính chung của đất đồi núi khô cằn,
chua và nghèo dinh dưỡng (đặc biệt là hàm lượng mùn và độ ẩm thấp). Bên cạnh đó
đất đồi dốc từ 8-100 hay bị xói mòn và rửa trôi do gặp những trận mưa lớn, lũ quét gây
nên sự mất độ phì nhiêu của lớp đất mặt, dẫn đến sự axít hóa trong đất. Đất thuộc loại
đất chua pH của đất khoảng 4. Để tăng năng suất cho cây chè người dân cũng đã dùng

17


các biện pháp cải tạo bổ sung dinh dưỡng cho đất. Tuy nhiên nếu đất dốc lại bón loại
phân lân tan nhanh sau 48 giờ gặp nước phân tan hết thì cây chè chưa kịp hấp thụ dinh
dưỡng. Đất chua lại bón loại phân có tính chất chua làm cho đất ngày càng chua thêm,
trong khi cây chè thích hợp với đất hơi chua pH từ 4,5-5,5. Đất chua các chất độc hại
tích tụ làm thâm rễ, cây hấp thụ dinh dưỡng khó khăn, chè bị vàng lá phát triển kém.
Tùy vào từng vùng đất mà bón các loại phân hóa học như phân đạm urê, các loại phân
NPK tuy nhiên nếu không sử dụng đúng và đủ thì ngoài làm cho đất chua, không bổ
sung được các chất trung và vi lượng còn làm cho đất ngày càng chai cứng.

1.3. Giới thiệu chung về polyme siêu hấp thụ nước
Polyme siêu hấp thụ nước là loại polyme dạng hydrogel không tan nhưng có
khả năng hấp thụ nước tới 1000 lần. Polyme này được đưa vào sử dụng trong nông
nghiệp từ đầu những năm 1980. Có 3 loại hydrogel chính là: copolyme ghép tinh bột,
polyacrylat tạo lưới và polyacrylamit tạo lưới [5]. Việc sử dụng hydrogel làm tăng
lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đó kéo dài khoảng thời gian giữa các lần tưới. Khả
năng giữ nước phụ thuộc vào cấu trúc đất, loại hydrogel và kích thước hạt (bột hoặc

hạt), độ muối của dung dịch đất và sự có mặt các ion.
Polyme siêu hấp thụ nước được tổng hợp bằng quá trình trùng hợp ghép lên tinh
bột sẽ thu được sản phẩm dạng răng lược. Tốc độ trương của sản phẩm sẽ nhanh hơn
so với polyme siêu hấp thụ nước được tổng hợp từ quá trình trùng hợp nhờ chuyển
động tự do của các nhánh ghép. Ngoài ra, để tạo cấu trúc xốp cho polyme, trong quá
trình chế tạo có thể bổ sung các chất hoạt động bề mặt, sử dụng quá trình loại nước và
khô đông, đưa tác nhân tạo mao quản trong hệ trùng hợp sau đó chiết bằng dung môi
phù hợp hay sử dụng kỹ thuật tạo bọt (các hợp chất cacbonat và dung môi hữu cơ) [35].
Một loại polyme siêu hấp thụ nước cấu trúc mao quản đã được chế tạo trên cơ
sở trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột ngô sử dụng natri dodecyl sunfat và p-octyl
polyetylenglycol) phenyl ete làm tác nhân tạo mao quản. Polyme siêu hấp thụ nước
được làm khô qua quá trình loại nước không dung môi với các tác nhân loại nước là
etanol và axeton tránh được hiện tượng vỡ mao quản và có khả năng hấp thụ nước cân

18


bằng cao hơn so với sản phẩm được làm khô theo phương pháp sấy truyền thống. Cấu
trúc mạng lưới mao quản và quá trình loại nước không dung môi tạo cho polyme ghép
tốc độ trương cao hơn, khả năng trương lại và tính chất chịu muối .
Polyme siêu hấp thụ nước cũng được tổng hợp từ quá trình trùng hợp ghép
acrylamit (AM)/axit itaconic (IA) lên tinh bột sắn sử dụng hệ khơi mào oxy hoá khử
amoni pesunfat và N,N,N’,N’- tetrametylendiamin (TEMED) với tác nhân tạo bọt natri
bicacbonat và chất làm bền bọt là copolyme. Copolyme ghép có thể bị phân huỷ bởi
enzyme á- amylaza, quá trình được ghi lại bằng cách đo lượng đường khử bằng
phương pháp dinitrosalicylic axit. Ngoài ra, thử nghiệm Benedict và thử nghiệm iot
được áp dụng sau khi thuỷ phân enzyme khẳng định sản phẩm phân huỷ là glucozơ,
chứng tỏ quá trình phân huỷ sinh học của tinh bột và còn lại phần acrylamit- axit
itaconic không bị phân huỷ [7].
Polyme siêu hấp thụ nước được biết tới vào đầu những năm 1950 cùng với việc

đưa các chất đa điện ly tổng hợp để làm bền và gia cố cấu trúc đất. Sản phẩm thường
được bán trên thị trường có khả năng hấp thụ 400g nước/1g polyme khô và tạo ra một
nguồn nước dự trữ trong đất để cây trồng hấp thu [12]. Việc sử dụng polyme siêu hấp
thụ nước để giữ ẩm và dinh dưỡng, sử dụng nước và phân bón hiệu quả ngày càng trở
nên quan trọng đặc biệt khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế.
1.3.1. Ứng dụng của polyme siêu hấp thụ nước
1.3.1.1. Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới khả năng giữ ẩm và tính chất đất
Polyme siêu hấp thụ nước có khả năng cải tạo tính chất đất nhờ hấp thụ một
lượng lớn nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng polyme siêu hấp thụ nước có thể giúp
cây trồng sinh trưởng và phát triển trong đất có nguy cơ bị hạn hán. Polyme này cũng
làm tăng khả năng giữ nước của đất cát và làm chậm thời điểm cây héo khi bay hơi
mạnh. Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước cũng làm giảm tốc độ bay hơi của đất [1].
Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước polyacrylat được
minh hoạ trên hình 1.1.[7].

19


Hình 1.1. Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước

1


Mạch chính polyme có chứa các nhóm -COOH và COO - ưa nước. Khi đưa vào
môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung môi, đó là sự hydrat hoá do các
nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước phân cực và liên kết hydro giữa các
phân tử nước (tương tác tĩnh điện). Các hiệu ứng này làm giảm năng lượng và làm
tăng entropy của hệ. Do bản chất ưa nước, các mạch polyme có xu hướng phân tán
không hạn chế trong nước (xu hướng tan trong nước), quá trình này cũng làm tăng
entropy. Nhờ sự có mặt của chất tạo lưới tạo thành mạng lưới 3 chiều, lực co đàn hồi

của mạng lưới ngăn polyme trương không hạn chế (hoà tan), kèm theo sự giảm
entropy của mạch, khi chúng trở nên cứng hơn so với trạng thái cuộn rối ban đầu. Có
một cân bằng giữa lực co đàn hồi mạng lưới và xu hướng trương không xác định của
mạch. Đối với các polyme có tính ion, các mạch được trung hoà chứa các điện tích
cùng dấu đẩy lẫn nhau. Tính trung hoà điện tích được duy trì khi các nhóm -COO - tích
điện âm được cân bằng với các ion Na + tích điện dương. Khi tiếp xúc với nước, các ion
Na+ bị hydrat hoá làm giảm lực hút của chúng đối với các nhóm -COO - (do hằng số
điện môi của nước cao). Quá trình này cho phép các ion Na + chuyển động tự do bên
trong mạng lưới tạo thành áp suất thẩm thấu bên trong gel. Tuy nhiên, các ion Na + linh
động không thể dời khỏi gel do chúng vẫn bị hút yếu với các nhóm -COO - dọc theo
mạch chính polyme và giống như là bị giữ lại bởi một màng bán thấm. Do đó, động
lực của quá trình trương là chênh lệch áp suất thẩm thấu bên trong và bên ngoài gel.
Việc sử dụng hydrogel làm tăng hiệu quả sử dụng nước do nước thấm qua vùng
rễ sẽ bị giữ lại. Trong những ngày nắng nóng, hệ rễ tóc của thực vật sẽ hút và làm cạn
kiệt hầu hết nước ở khu vực gần vùng rễ làm cho cây bị héo. Nhờ làm tăng lượng ẩm
hữu hiệu, hydrogel giúp làm giảm áp lực nước của thực vật, nhờ đó thúc đẩy quá trình
phát triển và tăng năng suất cây trồng. Hydrogel cũng làm giảm sự rửa trôi phân bón
và là chất mang thuốc trừ sâu, diệt nấm và diệt cỏ [11].
Nghiên cứu bổ sung hydrogel vào đất nghèo giúp cải thiện khả năng hấp thu
dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng do rửa trôi. Hydrogel
cũng hoạt động như một loại phân bón nhả chậm chất dinh dưỡng. Điều này chứng tỏ
hydrogel không chỉ có khả năng giữ ẩm, tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu
rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước ngầm.

2


Iran là vùng đất khô, các hệ thống sản xuất mùa màng đều phải thích nghi với
điều kiện khí hậu này. Để thiết kiệm ẩm trong đất, nhiều loại vật liệu đã được sử dụng
như tàn dư thực vật, cây phủ bổi, chất thải, rác, rơm, rạ và polyme siêu hấp thụ nước.

Phân bò làm tăng sự hấp thụ K và photphat. Polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sự hấp
thụ N, P, K. Ảnh hưởng kết hợp của phân bò và polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sự
hấp thu dinh dưỡng, dung tích trao đổi cation (CEC) và cung cấp ẩm cho đất. Sự hấp
thụ tối đa làm tăng năng suất 16,2% và hấp thu đa lượng 9,6% ở cây ngô. Năng suất
hạt đạt cực đại khi sử dụng 65% phân động vật và 35% polyme siêu hấp thụ nước [1].
Nhiều tác giả thừa nhận rằng khi bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất có
thể có các tác dụng sau: chống xói mòn đất và dòng chảy mặt, tăng khả năng thấm,
tăng kích thước đoàn lạp đất, giảm dung trọng đất, tăng khả năng giữ nước, cải thiện
khả năng sống sót của cây trồng chịu hạn, cải thiện khả năng thu hồi dinh dưỡng từ
phân bón đã sử dụng và giảm tần suất tưới.[7]
1.3.1.2. Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới sự phát triển của cây trồng
Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăng khả năng
nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống sót của cây cũng như kéo dài thời hạn sử
dụng của cây cảnh trong chậu. Bổ sung hydrogel vào đất có thể kích thích sự phát triển
của cây dưa chuột, làm tăng khối lượng khô của xà lách, củ cải và lúa mì trong môi
trường cát [4] hay tăng khối lượng trung bình của thân, rễ và chiều cao măng Pinus
patula tới hơn 800 % . Hydrogel cũng làm tăng số hoa và khối lượng khô của cây dã
yên thảo (thuốc lá cảnh) trong điều kiện khô hạn. Đối với cây đậu tương, việc áp dụng
polyme siêu hấp thụ nước với tỷ lệ 225kg/ha làm tăng cả quá trình phát triển và năng
suất. Năng suất hạt, chất khô tổng số, chỉ số diện tích lá, tốc độ phát triển của cây và
chỉ số thu hoạch đều đạt cao nhất ở tỷ lệ này[7].
Độ ẩm thấp, đặc biệt ở những vùng khô hạn và mưa ít thường hạn chế sự sinh
trưởng của cây nông nghiệp phát triển từ hạt. Sự hấp thụ nước của hạt và tốc độ nảy
mầm sau đó phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm trên bề mặt phân cách hạt- đất. Hơn nữa, bổ
sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất cũng làm giảm áp lực trước và sau khi nảy
mầm như tạo váng đất và làm cho đất khô nhanh.

3

Woodhouse và Johnson [15] đã bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào cát silic
làm khô trong không khí (0,2-2,0mm) giúp tăng tỷ lệ nảy mầm nhờ tăng lượng nước
sẵn có. Sản phẩm polyme siêu hấp thụ nước với sức căng liên kết với nước trong
khoảng hiệu lực cho cây trồng có khả năng tăng độ ẩm xung quanh hạt nảy mầm. Đưa
polyme vào đất cát giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng nảy mầm của lúa mì
(Hordeum vulgare), cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) và xà lách (Lactuca sativa). Khả
năng nảy mầm của mẫu đối chứng chỉ đạt 10% trong khi các mẫu có bổ sung polyme
siêu hấp thụ nước, tỷ lệ nảy mầm tăng từ 3 đến 6 lần.
Polyme siêu hấp thụ nước không những tác động đến quá trình sinh trưởng và
phát triển, năng suất của cây trồng mà còn ảnh hưởng có lợi đến một số đặc điểm trao
đổi chất, hoạt tính các enzyme trong thực vật. Thực nghiệm đã được tiến hành với việc
bổ sung hydrogel cho cây yến mạch với tỷ lệ 60kg/ha sử dụng 3 mức nước tưới (đầy
đủ, trung bình và thiếu) nhằm hiểu rõ hơn cơ chế chịu hạn vả cải thiện chiến lược quản
lý nước trong đất. Kết quả cho thấy hàm lượng nước tương đối trong lá ở cây yến
mạch có sử dụng polyme siêu hấp thụ nước thì cao hơn nhiều. Mặc dù polyme ít có
ảnh hưởng tới sự tích luỹ sinh khối trong điều kiện tưới đủ và trung bình nhưng nó vẫn
làm tăng sinh khối 52,7% trong điều kiện tưới thiếu. Trong điều kiện tưới không đủ,
cây trồng đều bị giảm hoạt tính các enzyme catalaza, peroxidaza, ascorbate peroxidaza
và glutathion reductaza trong lá so với đối chứng.

4


Nghiên cứu bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cải thiện khả
năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát chất dinh dưỡng do
rửa trôi. Trong điều kiện rửa trôi cao, sự phát triển của cỏ đuôi trâu được cải thiện và
khả năng tích luỹ N trong lá tăng cũng như giảm N bị rửa trôi. Polyme siêu hấp thụ
nước cũng hoạt động như một loại phân bón nhả chậm chất dinh dưỡng. Mikkelsen
[30] đã thí nghiệm với 4 công thức mangan cho đất trồng đậu tương để xác định ứng
đáp khi polyme có trong đất. Tất cả cây đậu tương đều có hàm lượng mangan và sinh

khối cao hơn trừ những cây đối chứng không có polyme. Trong một thí nghiệm so
sánh ảnh hưởng của trận mưa 2000mm tới quá trình rửa trôi phân bón trong đất cát
thấy rằng polyme siêu hấp thụ nước có thể lưu giữ được lượng N nhiều hơn 400%, K
nhiều hơn 300% so với các loại phân bón nhả chậm và nhả nhanh tiêu chuẩn [5]. Điều
này chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước không chỉ có thể tăng năng suất và giữ ẩm mà
còn giảm thiểu rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước ngầm.
1.3.1.3. Khả năng phân huỷ sinh học và độc tính của polyme siêu hấp thụ nước
Do polyme siêu hấp thụ nước được sử dụng khá phổ biến nên việc tiếp xúc của
chúng với môi trường là không thể tránh khỏi. Thử nghiệm độc tính sinh thái cho thấy
không có bằng chứng về ảnh hưởng có hại của các polyme này đối với các sinh vật di
truyền trong nước hay thực vật và chim do tính trơ hoá học. Ngược lại, tạo lưới các
polyme acrylic và độ bền của bộ khung cacbon polyme cũng chứng tỏ rằng các
polyme này rất khó phân huỷ.

5


Gần đây, người ta đã phát hiện ra rằng nấm que trắng có khả năng phân huỷ các
polyme siêu hấp thụ nước. Nấm que trắng là một sinh vật tồn tại khắp nơi có khả năng
phân huỷ nhiều loại dị sinh vật khó phân huỷ nhất. Trọng lượng phân tử cao và được
tạo lưới là các tính chất khiến cho các polyme siêu hấp thụ nước nhân tạo bền đối với
quá trình phân huỷ sinh học. Tuy nhiên, nấm que trắng được trang bị một hệ phân huỷ
ngoại bào không đặc trưng. Hệ phân huỷ được tiết ra dưới dạng nấm đi vào quá trình
trao đổi chất thứ cấp theo giới hạn dinh dưỡng và bao gồm các enzyme và các chất
chuyển hoá trọng lượng phân tử nhỏ. Thành phần enzyme đầy đủ của hệ là một nhóm
các peoxidaza oxi hoá nhiều chất hoá học bởi 1 electron. Quá trình này tạo ra các gốc
tự do là các chất hoá học không bền cao. Qua phản ứng của peoxidaza với các chất
chuyển hoá khối lượng phân tử nhỏ được tiết ra bởi nấm, có thể thấy rằng các chất oxy
hoá và chất khử mạnh đều được tạo thành. Việc tạo ra các phân tử hoá học có khả năng
phản ứng cao cho thấy hệ phân huỷ của nấm que trắng có tính không đặc trưng vốn có

[4-7].

6