Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học đối với quá trình rửa trôi dinh dưỡng trong môi trường đất

Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Bình
Ngƣời phản biện 1:………………………………………
Ngƣời phản biện 2:……………………………………....
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trƣờng
Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ngày……tháng……năm 2018.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. ………………………………………………………..- Chủ tịch Hội đồng.
2. ………………………………………………………..- Phản biện 1.
3. ………………………………………………………..- Phản biện 2.
4. ………………………………………………………..- Ủy viên.
5. ………………………………………………………..- Thƣ ký.
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

VIỆN TRƢỞNG


BỘ CƠNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phan Trung Bình

MSHV: 15001641

Ngày, tháng, năm sinh: 17/12/1990

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng

Mã chuyên ngành: 60850101

I. TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu ảnh hƣởng của than sinh học đối với quá trình rửa trơi dinh dƣỡng
trong mơi trƣờng đất”.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Đánh giá khả năng hạn chế rửa trôi chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất của than
sinh học.
Xác định tỷ lệ tối ƣu phối trộn than sinh học vào đất.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định số 3396/QĐ-ĐHCN ngày 15 tháng
12 năm 2017 của Hiệu trƣởng Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí
Minh.
III. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 15 tháng 6 năm 2018.
IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Thanh Bình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2018
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

VIỆN TRƢỞNG
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƢỜNG

ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học
đối với q trình rửa trơi dinh dưỡng trong mơi trường đất”, tác giả đã nhận đƣợc
sự giúp đỡ của quý thầy (cô) Viện Khoa học Công nghệ và Quản lý Môi trƣờng,
Trung tâm Thƣ viện, Phòng Quản lý Sau đại học - Trƣờng Đại học Cơng nghiệp
Thành phố Hồ Chí Minh, hƣớng dẫn chun mơn của thầy Nguyễn Thanh Bình.
Đồng thời, có sự hỗ trợ tác giả trong q trình thực nghiệm của các bạn sinh viên
(Nguyễn Văn Tú, Hoàng Thị Lệ, Lê Thị Huyền - sinh viên thực hiện Đồ án tốt
nghiệp dƣới sự hƣớng dẫn của thầy Nguyễn Thanh Bình). Bên cạnh đó, có sự giúp
đỡ về mặt kinh tế, động viên tinh thần của gia đình tác giả.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy (cô) Viện Khoa học Công
nghệ và Quản lý Mơi trƣờng, Trung tâm Thƣ viện, Phịng Quản lý Sau đại học Trƣờng Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, thầy Nguyễn Thanh Bình,
gia đình, các bạn sinh viên Nguyễn Văn Tú, Hoàng Thị Lệ, Lê Thị Huyền. Cảm ơn
quý thầy (cô) Trƣờng Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Cảm ơn một
số chuyên gia phân tích thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ tác giả hoàn thành
tốt đề tài Luận văn Thạc sĩ.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2018
Học viên

Phan Trung Bình

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn nghiên cứu ảnh hƣởng của than sinh học đối với quá trình rửa trôi dinh
dƣỡng trong môi trƣờng đất. Tỷ lệ than sinh học tƣơng ứng lần lƣợt là 0, 0,5, 1, 2, 5
% phối trộn vào hai loại đất có thành phần cơ giới nặng và nhẹ với 10 công thức và
03 lần lặp lại. Với tỷ lệ bón than sinh học 2 % vào loại đất có thành phần cơ giới
nặng cho hiệu quả hạn chế rửa trôi nồng độ NH4+, P2O5 tốt nhất. Trên loại đất có

thành phần cơ giới nhẹ, bón than sinh học cho hiệu quả hạn chế rửa trôi nồng độ Mg
cao hơn so với loại đất có thành phần cơ giới nặng.
Đối với nồng độ NO3-, Na, K thì việc bón than sinh học vào loại đất có thành phần
cơ giới nặng cho hiệu quả hạn chế rửa trơi cao hơn so với loại đất có thành phần cơ
giới nhẹ. Tỷ lệ than sinh học tối ƣu quy đổi thành khối lƣợng khô than sinh học bón
vào loại đất có thành phần cơ giới nặng là 9.879,11 kg/ha và loại đất có thành phần
cơ giới nhẹ là 11.958,92 kg/ha.

ii


ABSTRACT
The thesis studies the effect of biochar on leaching of nutrients in soil environment.
Biochar rates at 0, 0,5, 1, 2 and 5 % were applied to two soils types, clayey soil and
sandy soil, making a total of 10 treatments, repeat 3 times. The rate of 2 % biochar
applied to clayey soil resulted in the best reduction of NH4+ and P2O5 leaching. On
sandy soil, biochar application reduced Mg leaching more significantly than on the
clayey soil.
For concentrations of NO3-, Na, K, biochar application on clayey soil type reduced
the concentration of these nutrients in the leachate more significantly than on the
sandy soil. When applied to the field of clayey soil, the optimal rate of biochar is
9.879,11 kg/ha and when to the field of sandy soil, the rate is 11.958,92 kg/ha.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học đối với q trình
rửa trơi dinh dưỡng trong mơi trường đất” là một cơng trình nghiên cứu khoa học
của tác giả dƣới sự hƣớng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Thanh Bình.

Tác giả đã thực hiện cơng trình nghiên cứu một cách nghiêm túc từ giai đoạn chuẩn
bị đến giai đoạn phân tích thống kê và viết báo cáo Luận văn. Về nội dung cơ sở lý
thuyết, tác giả có tham khảo một số tài liệu của các tác giả trong và ngồi nƣớc, có
trích dẫn đầy đủ nguồn tham khảo.
Đối với nội dung quy trình thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm, báo cáo kết
quả là dựa trên sự nghiên cứu nghiêm túc của tác giả thông qua hoạt động thực
nghiệm tại Ấp 3, xã Xn Thới Sơn, huyện Hóc Mơn, Thành phố Hồ Chí Minh.
Nội dung báo cáo trong Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh
học đối với quá trình rửa trôi dinh dưỡng trong môi trường đất” là một cơng trình
nghiên cứu khoa học nghiêm túc của tác giả. Đồng thời, đƣợc thầy Nguyễn Thanh
Bình kiểm duyệt nội dung một cách kĩ lƣỡng, mang tính học thuật cao.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2018
Học viên

Phan Trung Bình

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu .......................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu ...........................................................................2
3.1 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2
3.2 Đối tƣợng nghiên cứu .....................................................................................2
4. Ý nghĩa luận văn .....................................................................................................3

4.1 Ý nghĩa khoa học ............................................................................................3
4.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .....................................................4
1.1 Khái quát chung một số thành phần cơ bản của môi trƣờng đất ...........................4
1.1.1 Thành phần thể rắn của đất..........................................................................4
1.1.2 Thành phần thể lỏng của đất........................................................................7
1.1.3 Thành phần sinh học của đất .......................................................................7
1.2 Tính chất đất theo thành phần cơ giới ...................................................................7
1.3 Sử dụng phân bón hóa học ở Việt Nam ................................................................9
1.4 Hiện tƣợng rửa trôi dinh dƣỡng đất ....................................................................10
1.5 Khái quát chung những đặc trƣng về than sinh học (Biochar) ...........................11
1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học trên thế giới .............................15
1.7 Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học tại Việt Nam ............................16
CHƢƠNG 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................18
2.1 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................18
2.1.1 Nội dung 1 .................................................................................................18
2.1.2 Nội dung 2 .................................................................................................18
2.1.3 Nội dung 3 .................................................................................................18
2.2 Vật liệu nghiên cứu .............................................................................................18
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................19
2.3.1 Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm .....................................................................19
2.3.2 Thiết kế và chăm sóc thí nghiệm ...............................................................28
2.3.3 Chu kỳ thí nghiệm .....................................................................................30
2.3.4 Quan trắc thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu .........................................30
2.3.5 Phân tích số liệu ........................................................................................32
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ...........................33
3.1 Kết quả nghiên cứu .............................................................................................33

3.1.1 Số nhánh, chiều cao, sinh khối rơm rạ, hạt lúa .........................................33
3.1.2 Nồng độ các chất dinh dƣỡng trong dung dịch rửa trôi ............................39
3.1.3 Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong mẫu đất sau thí nghiệm ...............49
3.2 Bàn luận ..............................................................................................................62

v


3.2.1 Xét khả năng hạn chế rửa trôi dinh dƣỡng của các tỷ lệ than sinh học bón
vào đất (xét yếu tố mơi trƣờng) ..........................................................................62
3.2.2 Xét yếu tố tính kinh tế trong việc sử dụng các tỷ lệ than sinh học làm tăng
năng suất lúa .......................................................................................................68
3.3 Đúc kết thực nghiệm ...........................................................................................70
3.4 Giải pháp đề xuất ................................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................77
1. Kết luận .................................................................................................................77
2. Kiến nghị ...............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................80
PHỤ LỤC ..................................................................................................................82
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .....................................................................................107

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Một số loại than sinh học .............................................................................. 12
Hình 2.1 Mẫu đất có thành phần cơ giới nặng ............................................................. 19
Hình 2.2 Mẫu đất có thành phần cơ giới nhẹ ............................................................... 20
Hình 2.3 Than sinh học đƣợc sản xuất từ vỏ trấu ........................................................ 23
Hình 2.4 Than sinh học đƣợc sản xuất từ rơm rạ ......................................................... 24

Hình 2.5 Mơ hình một đơn vị thí nghiệm .................................................................... 26
Hình 2.6 30 đơn vị thí nghiệm trên thực tế .................................................................. 27
Hình 2.7 Lấy mẫu nƣớc rửa trơi tại đơn vị thí nghiệm ................................................ 31
Hình 3.1 Hình ảnh các đơn vị thí nghiệm từ 1 đến 10 gần ngày thu hoạch lúa ........... 33
Hình 3.2 Hình ảnh các đơn vị thí nghiệm từ 11 đến 20 gần ngày thu hoạch lúa ......... 34
Hình 3.3 Hình ảnh các đơn vị thí nghiệm từ 21 đến 30 gần ngày thu hoạch lúa ......... 35
Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện nồng độ Ca rửa trôi tại các cơng thức ................................ 40
Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện nồng độ Na rửa trôi tại các công thức ................................ 43
Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện nồng độ K rửa trơi tại các cơng thức ................................. 44
Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện nồng độ NH4+ rửa trôi tƣơng ứng với tỷ lệ ........................ 45
Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện nồng độ P2O5 rửa trôi ở các công thức .............................. 48
Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng Ca trong mẫu đất sau thí nghiệm tƣơng ứng
với tỷ lệ bón than sinh học ........................................................................................... 50
Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng Ca trong hai loại đất sau thí nghiệm .............. 51
Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng Mg trong mẫu đất sau thí nghiệm.................. 52
Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng Na trong mẫu đất sau thí nghiệm .................. 53
Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng K trong mẫu đất sau thí nghiệm .................... 54
Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng NH4+ trong mẫu đất sau thí nghiệm............... 56
Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng NH4+ trong hai mẫu đất sau thí nghiệm ......... 57
Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng P2O5 tồn lƣu trong mẫu đất sau thí nghiệm
tƣơng ứng với tỷ lệ bón than sinh học .......................................................................... 59
Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng P2O5 tồn lƣu trong đất.................................... 61
Hình 3.18 Mơ hình N-1-N ............................................................................................ 73

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số nguyên tố hóa học thiết yếu trong môi trƣờng đất ............................. 5
Bảng 1.2 Các nguyên tố cần thiết cho cây trồng ............................................................ 6

Bảng 1.3 Một số đặc tính đất có liên quan đến thành phần cơ giới đất ......................... 8
Bảng 1.4 Lƣợng phân bón hàng năm cây trồng chƣa sử dụng đƣợc ........................... 10
Bảng 1.5 Tiềm năng nguồn sinh khối ở Việt Nam ...................................................... 13
Bảng 1.6 Đặc tính than sinh học thay đổi theo nhiệt độ quá trình nhiệt phân ............. 14
Bảng 2.1 Thành phần cơ giới (%) của hai loại đất trƣớc thí nghiệm ........................... 21
Bảng 2.2 Hàm lƣợng chất dinh dƣỡng của hai loại đất trƣớc thí nghiệm .................... 22
Bảng 2.3 Thành phần dinh dƣỡng có trong than sinh học ........................................... 25
Bảng 2.4 Bảng công thức phối trộn than sinh học theo tỷ lệ % ................................... 28
Bảng 2.5 Khối lƣợng than sinh học phối trộn vào đất ................................................. 29
Bảng 3.1 Ảnh hƣởng của hai loại đất và than sinh học đến số nhánh ......................... 36
Bảng 3.2 Ảnh hƣởng của hai loại đất và than sinh học ................................................ 38
Bảng 3.3 Nồng độ Mg rửa trôi tại các công thức ......................................................... 41
Bảng 3.4 Nồng độ NO3- rửa trôi tại các công thức ...................................................... 47
Bảng 3.5 Hàm lƣợng NO3- tồn lƣu trong mẫu đất sau thí nghiệm ............................... 58
Bảng 3.6 Thang điểm đánh giá khả năng hạn chế rửa trôi dinh dƣỡng ....................... 63
Bảng 3.7 Thang điểm so sánh chất dinh dƣỡng tồn lƣu ............................................... 65
Bảng 3.8 Tỷ lệ % chất dinh dƣỡng còn tồn lƣu trong đất sau thí nghiệm ................... 67
Bảng 3.9 Tổng thành tiền thu hoạch lúa ...................................................................... 69

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Đất là môi trƣờng thật sự cần thiết và quan trọng đối với tất cả các loại cây trồng.
Để cây trồng phát triển tốt và cho năng suất cao thì việc đảm bảo các thành phần
dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất là một biện pháp cần phải thực hiện thƣờng xuyên
và liên tục.
Một trong những nguyên nhân phổ biến hiện nay làm suy giảm chất dinh dƣỡng
trong mơi trƣờng đất đó chính là do q trình rửa trơi gây ra. Ngồi việc rửa trôi bề

mặt, rửa trôi theo chiều sâu sẽ cuốn chất dinh dƣỡng thấm vào tầng nƣớc dƣới đất.
Đồng thời, gây ô nhiễm nguồn nƣớc dƣới đất nếu quá trình rửa trơi dinh dƣỡng đất
thƣờng xun diễn ra và có tính liên tục.
Bên cạnh việc làm suy giảm chất dinh dƣỡng trong đất, gây ô nhiễm nguồn nƣớc
dƣới đất thì việc phải cung cấp thêm lƣợng phân bón nhất định vào mơi trƣờng đất
sau q trình rửa trơi theo chiều sâu luôn gây ra những tốn kém về mặt kinh tế và
môi trƣờng.
Hoạt động trồng trọt là một hoạt động khơng thể thiếu vì nó đem lại nguồn thu nhập
chính cho các nơng hộ tại các vùng nơng thơn nƣớc ta và ngay cả tại khu vực thành
thị (các khu vực ngoại thành, các khu sản xuất rau an tồn…). Do đó, việc bị ảnh
hƣởng bởi q trình rửa trôi làm suy giảm chất dinh dƣỡng trong đất là điều khó
tránh khỏi.
Hiện tƣợng rửa trơi có thể là do mƣa, do hoạt động tƣới tiêu không hợp lý gây ra,
dẫn đến những thiệt hại về năng suất cây trồng, giảm lợi nhuận sau thu hoạch và
làm gia tăng chi phí bổ sung nguồn phân bón do rửa trơi gây ra.
Để hạn chế rửa trơi dinh dƣỡng đất có một loại vật liệu hữu ích, đó chính là than
sinh học. Than sinh học đƣợc sản xuất từ phế phẩm rơm rạ, vỏ trấu bằng phƣơng

1


pháp nhiệt phân chậm ở nhiệt độ 4500C chứa nhiều thành phần dinh dƣỡng có thể
bổ sung vào mơi trƣờng đất. Đồng thời, than sinh học có khả năng hấp phụ chất
dinh dƣỡng. Từ đó, giúp giảm lƣợng chất dinh dƣỡng rửa trôi trong môi trƣờng đất,
ngăn ngừa chất ô nhiễm thấm xuống tầng nƣớc dƣới đất.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của than sinh học đối với quá trình rửa trôi
dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất” đã đƣợc thực hiện để giải quyết bài tốn quản
lý độ phì của đất, tăng khả năng giữ chất dinh dƣỡng trong đất, hạn chế rửa trôi dinh
dƣỡng đất.
2. Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng hạn chế rửa trôi chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất của than
sinh học.
Xác định tỷ lệ tối ƣu phối trộn than sinh học vào đất.
3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu
3.1 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài đƣợc nghiên cứu trên hai loại đất: đất có thành phần cơ giới nặng (tên khoa
học là Dystric Fluvisols, đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng) và đất có thành phần
cơ giới nhẹ (tên khoa học là Haplic Acrisols, đất xám điển hình).
Hai loại đất đƣợc lấy mẫu tại địa chỉ Ấp 4, xã Long Hòa, huyện Cần Đƣớc, tỉnh
Long An và Ấp 6, xã Xuân Thới Sơn, huyện Hóc Mơn, Thành phố Hồ Chí Minh.
Than sinh học đƣợc sản xuất từ vỏ trấu và rơm rạ.
Đề tài đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 9 tháng (3 tháng chuẩn bị, 6 tháng
thực nghiệm) với việc thiết lập một thí nghiệm trong chậu.
3.2 Đối tƣợng nghiên cứu
Khả năng rửa trôi dinh dƣỡng trong đất trồng cây lúa nƣớc (tên khoa học là Ozyra
sativa) của than sinh học.

2


Việc đánh giá đƣợc thực hiện trên một thí nghiệm trong chậu để quan sát các chỉ
tiêu hóa học trong dung dịch rửa trôi đất, mẫu đất và sinh trƣởng, phát triển của cây lúa
nƣớc (tên khoa học là Ozyra sativa).
4. Ý nghĩa luận văn
4.1 Ý nghĩa khoa học
Luận văn đóng góp tính mới trong hoạt động nghiên cứu khoa học về khả năng hạn
chế rửa trôi dinh dƣỡng đất của than sinh học. Điển hình là khả năng hạn chế rửa
trôi NO3-, NH4+, P2O5 và một số dinh dƣỡng trong đất của than sinh học đƣợc sản
xuất từ vỏ trấu và rơm rạ. Từ đó, làm cơ sở cho việc ứng dụng than sinh học trong
cải thiện độ phì nhiêu của đất, hạn chế việc thất thoát chất dinh dƣỡng trong đất ra

môi trƣờng.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Luận văn có đóng góp trong việc ngăn ngừa, giảm thiểu ảnh hƣởng của việc rửa trôi
dinh dƣỡng đất làm ô nhiễm nguồn nƣớc dƣới đất.
Giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất, tăng khả năng giữ chất dinh dƣỡng trong đất.
Nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón (giảm lƣợng phân bón phải bổ sung do rửa
trơi), tăng năng suất cây trồng. Từ đó, đề tài đƣa ra các giải pháp quản lý dinh
dƣỡng đất hƣớng đến mục tiêu thân thiện với môi trƣờng.

3


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát chung một số thành phần cơ bản của môi trƣờng đất
1.1.1 Thành phần thể rắn của đất
Thành phần vô cơ: môi trƣờng đất chứa thành phần các nguyên tố hóa học chủ yếu
trong các khoáng, chất hữu cơ của đất. Một số nguyên tố hóa học thiết yếu trong
mơi trƣờng đất đƣợc trình bày tại bảng 1.1 ở trang tiếp theo.

4


Bảng 1.1 Một số nguyên tố hóa học thiết yếu trong mơi trƣờng đất [1]
Ngun tố

Lƣợng cần cho
1 ha đất

Kí
hiệu

Dạng mà thực vật
hấp thụ

- Từ khơng khí và nƣớc:
+ Cacbon

C

Hàng tấn

CO2

+ Hydrogen

H

Hàng tấn

H2O (H+)

+ Oxygen

O

Hàng tấn

CO2 hay H2O

- Nitrogen (đạm)

N

Vài chục - trăm kg

NO3- hay NH4+

- Phospho (lân)

P

Vài chục - trăm kg

H2PO4- hay HPO42-

- Kalium

K

Vài chục - trăm kg

K+

- Calcium

Ca

Vài chục - trăm kg

Ca2+

- Magnesium

Mg

Vài chục - trăm kg

Mg2+

- Lƣu huỳnh

S

Vài chục - trăm kg

SO42-

- Sắt

Fe

Vài chục - trăm kg

Fe2+

- Mangan

Mn

Vài chục - trăm kg

Mn2+

- Đồng

Cu

Vài chục - trăm kg

Cu2+

- Kẽm

Zn

Vài chục - trăm kg

Zn2+

- Molybden

Mo

Vài chục - trăm kg

MoO42-

- Boron

B

Vài chục - trăm kg

Bo3-

- Chlor

Cl

Vài chục - trăm kg

Cl-

- Từ đất và phân bón:
Nguyên tố đa lƣợng:

Nguyên tố vi lƣợng:

Trong đất còn chứa các thành phần nguyên tố đa lƣợng cần thiết cho cây trồng sinh
trƣởng và phát triển nhƣ: H, C, O, N, K, Ca, Mg, P, S và Na. Trong đó, cacbon,
hydro, oxy chiếm đến 96 % khối lƣợng chất hữu cơ, đƣợc cây hấp thụ từ CO2, H2O
(bảng 1.1). Các nguyên tố đa lƣợng khác, cây hấp thụ từ đất do quá trình dinh
dƣỡng đƣợc hút từ hoạt động của rễ cây.

5

Bảng 1.2 Các nguyên tố cần thiết cho cây trồng [2]

Nguyên tố hóa học

Dạng dễ tiêu cho
cây trồng

Hàm lƣợng trong cây
(% khối lƣợng
chất khô)

H

H2 O

6

C

CO2

45

O

O2, CO2, H2O

45

N

NO3-, NH4+

1,5

K

K+

1,0

Ca

Ca2+

0,5

Mg

Mg2+

0,2

P

H2PO4-, HPO42-

0,2

S

SO42-

0,1

Ở trong đất, các nguyên tố vi lƣợng tồn tại ở dạng vô cơ và hữu cơ đều là nguồn
cung cấp chất dinh dƣỡng đối với cây trồng (bảng 1.2). Dạng hợp chất phức chelat
của nhiều nguyên tố vi lƣợng với chất hữu cơ (đặc biệt là mùn) đƣợc sử dụng nhƣ
phân bón. Tầng mặt giàu mùn cũng thƣờng giàu nguyên tố vi lƣợng hơn tầng sâu vì
liên quan đến hoạt động hấp thụ chất dinh dƣỡng của rễ thực vật.
Thành phần hữu cơ: là sản phẩm đƣợc sinh ra từ quá trình chuyển hóa hóa học, sinh
học từ phế phẩm thực vật (xác thực vật chết, thảm thực vật, phiêu sinh vật…). Mặc
dù chất hữu cơ chỉ chiếm phần nhỏ trong tổng thành phần rắn của đất nhƣng đây
chính là chỉ tiêu quan trọng về độ phì nhiêu. Chất hữu cơ có ảnh hƣởng đến nhiều

6


tính chất đất, khả năng cung cấp chất dinh dƣỡng và kích thích sinh trƣởng cây
trồng. Chất hữu cơ là nguồn cung cấp chất dinh dƣỡng, năng lƣợng chính trong đất.
1.1.2 Thành phần thể lỏng của đất
Nƣớc ở trong đất là một thành phần cơ bản của dung dịch đất. Trong đó, chứa các
muối hịa tan, hợp chất hữu cơ khống và hữu cơ hịa tan vào. Dung dịch đất tác
dụng trực tiếp với thể rắn, khơng khí đất, hệ thống rễ thực vật với các sinh vật lớn
và nhỏ sống trong môi trƣờng đất. Thành phần thể lỏng của đất thay đổi liên tục
dƣới các tác động của yếu tố địa lý, thủy văn, thời tiết, khí hậu trong năm.
Trong dung dịch đất chứa các chất hữu cơ, chất vô cơ và các sol keo. Thành phần
vô cơ trong dung dịch đất tồn tại ở trạng thái các cation và anion. Các anion quan
trọng nhất của dung dịch đất, gồm có: HCO3-, NO2-, NO3-, Cl-, SO42-, H2PO4-,
HPO42-. Các cation quan trọng trong dung dịch đất gồm có: Ca2+, Mg2+, Na+, K+,

NH4+, H+, Al3+, Fe3+.
1.1.3 Thành phần sinh học của đất
Trong đất có chứa nhiều nhóm sinh vật khác nhau bao gồm động vật, thực vật và vi
sinh vật. Các nhóm sinh vật này sống trong mơi trƣờng đất, chúng tƣơng tác lẫn
nhau theo các hình thức nhƣ: cộng sinh, hỗ sinh, ký sinh - vật chủ, đối kháng. Các
phản ứng sinh hóa học trong đất và nƣớc do hoạt tính sinh học quyết định. Đất
thƣờng chứa hàng tỷ sinh vật. Các nhóm sinh vật chính trong đất là vi-rút, vi khuẩn,
nấm, tảo và các khu hệ sinh vật lớn. Tất cả những sinh vật này có những chức năng
đặc trƣng đóng góp cho hoạt tính sinh học của mơi trƣờng đất.
1.2 Tính chất đất theo thành phần cơ giới
Thành phần cơ giới đất có ảnh hƣởng lớn đến tính chất đất, tác động đến độ phì
nhiêu của đất và thực vật. Có 03 loại đất điển hình, bao gồm:
Đất có tỷ lệ cát chiếm cao nhất: là loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, khe hở giữa
các hạt lớn nên thoát nƣớc dễ, thấm nƣớc nhanh nhƣng giữ nƣớc kém do chứa ít keo

7


và dung tích hấp thụ thấp (bảng 1.3). Đó cũng là loại đất giữ chất dinh dƣỡng kém
do quá trình rửa trơi theo chiều sâu.
Đất có tỷ lệ sét chiếm cao nhất: là loại đất có khả năng thấm nƣớc kém nhƣng giữ
nƣớc tốt, có chứa nhiều keo sét nên dung tích hấp thụ cao (bảng 1.3). Đây là loại đất
giữ chặt chất dinh dƣỡng và khó bị rửa trơi dinh dƣỡng theo chiều sâu.
Đất có tỷ lệ thịt chiếm cao nhất: là loại đất có thành phần pha trộn giữa cát và sét.
Loại đất này thích hợp cho việc trồng cây bởi vì đảm bảo cho cây hút đƣợc chất
dinh dƣỡng trong đất (bảng 1.3). Tuy nhiên, đây cũng là loại đất dễ bị rửa trôi dinh
dƣỡng theo chiều sâu.
Bảng 1.3 Một số đặc tính đất có liên quan đến thành phần cơ giới đất [1]
Thành phần cơ giới đất

Đặc tính đất
Cát

Thịt

Sét

rất tốt

tốt

kém

thấp

trung bình

cao

rất tốt

tốt

kém

dễ dàng

trung bình

khó khăn

nhanh

trung bình

chậm

dễ dàng

trung bình

khó khăn

Khả năng giữ nƣớc

thấp

trung bình

cao

Khả năng giữ dinh dƣỡng đất

thấp

trung bình

cao

Thống khí

Trao đổi cation
Thốt nƣớc
Khả năng bị nƣớc xói mịn
Khả năng thấm nƣớc
Cày đất

8


1.3 Sử dụng phân bón hóa học ở Việt Nam
Nhìn chung, lƣợng phân bón hóa học ở Việt Nam sử dụng cịn ở mức trung bình
cho 1 ha gieo trồng, bình quân 80 - 90 kg/ha (cho lúa là 150 - 180 kg/ha). Tuy
nhiên, điều này lại gây sức ép đến môi trƣờng nông nghiệp và nông thôn.
Việc sử dụng khơng đúng kỹ thuật nên hiệu quả phân bón đem lại thấp, bón phân
khơng cân đối, nặng về sử dụng phân đạm.
Chất lƣợng phân bón khơng đảm bảo, các loại phân bón N - P - K, hữu cơ vi sinh,
hữu cơ khoáng do các cơ sở nhỏ lẻ sản xuất trơi nổi trên thị trƣờng. Phân bón khơng
đảm bảo chất lƣợng đã và đang là những áp lực chính cho ngƣời nơng dân và mơi
trƣờng đất.
Ngƣời ta tính rằng cây trồng chỉ có thể hấp thụ từ 50 - 65 % chất dinh dƣỡng từ
phân đạm vô cơ ở năm đầu. Trong khi đó, ở phân hữu cơ chỉ vào khoảng 20 - 30 %.
Do đó, liều lƣợng bón và thời gian bón là rất quan trọng phải đặc biệt chú ý.
Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón cũng đã làm xuất hiện mặt trái về vấn đề môi
trƣờng, nhất là khi con ngƣời không sử dụng đúng cách (bảng 1.4).
Lƣợng phân bón chƣa đƣợc sử dụng chia làm 04 phần. Phần lớn còn tồn lại ở trong
đất và lƣu giữ tại đó. Phần khác bị rửa trơi theo nƣớc mặt do mƣa, theo các cơng
trình thủy lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt. Phần thứ ba bị
bay hơi do tác động của nhiệt độ hay q trình phản nitrat hóa gây ơ nhiễm khơng
khí. Phần cịn lại bị rửa trơi theo chiều sâu xuống tầng nƣớc dƣới đất.

9


Bảng 1.4 Lƣợng phân bón hàng năm cây trồng chƣa sử dụng đƣợc
(Đơn vị tính: nghìn tấn N, P2O5, K2O) [2]

Năm

N

P2O5

K2O

N+P2O5+K2O

1985

205,4

54,6

21,5

281,5

1990

255,2

63,4

17,5

336,2

1995

499

193,2

52,8

734,2

2000

799,2

300,6

270

1.369,8

2005

693,1

332,5

212,6

1.238,2

2007

814,5

330,7

309,9

1.455,1

1.4 Hiện tƣợng rửa trơi dinh dƣỡng đất
Biến đổi khí hậu gây rối loạn chế độ mƣa, nắng, nguy cơ nắng nóng nhiều hơn,
lƣợng mƣa thay đổi. Sự thay đổi lƣợng mƣa có thể làm cho dinh dƣỡng trong đất bị
mất cao hơn trong suốt các đợt mƣa dài.
Việt Nam có tổng diện tích đất tự nhiên là 33,121 triệu ha với khoảng 25 triệu ha
đất dốc, chiếm hầu hết lãnh thổ miền núi và trung du, đặc biệt là Tây Bắc (92,8 %)
nên nguy cơ thối hóa đất do xói mịn rửa trơi là rất lớn.
Q trình rửa trơi chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất là sự chuyển động đi xuống
(theo chiều sâu) của các chất dinh dƣỡng hịa tan trong đất với nƣớc trơi. Các chất
dinh dƣỡng khi chuyển động theo chiều sâu làm ô nhiễm nguồn nƣớc dƣới đất và
đặc biệt là ở các khu vực có nơng nghiệp thâm canh. Nguy cơ rửa trơi chất dinh

10

dƣỡng sẽ tăng lên cùng với khả năng di chuyển của các chất dinh dƣỡng trong môi
trƣờng đất. Trong số các chất dinh dƣỡng bị rửa trôi, nitrate dễ dàng bị rửa trôi nhất.
Chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất thƣờng đƣợc giải phóng từ các nguồn hữu
cơ. Khi thực vật không hấp thụ hết lƣợng dinh dƣỡng dễ tiêu trong đất sẽ làm gia
tăng nguy cơ xảy ra hiện tƣợng rửa trôi lƣợng chất dinh dƣỡng. Sự rửa trôi các chất
dinh dƣỡng từ sinh khối thấp hơn so với phân bón khống.
Hiện tƣợng rửa trơi dinh dƣỡng đất theo chiều sâu sẽ xảy ra tại các khu vực canh tác
nơng nghiệp thƣờng xun bón phân vơ cơ khơng đúng cách và hoạt động tƣới tiêu
không hợp lý. Theo thời gian, lƣợng chất dinh dƣỡng có trong mơi trƣờng đất mà
cây trồng không hấp thụ hết sẽ dễ dàng bị rửa trôi theo lƣợng nƣớc dƣ thừa trong
đất và ngấm dần xuống tầng nƣớc dƣới đất.
Việc rửa trôi dinh dƣỡng đất còn phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất, cụ thể:
Đất có tỷ lệ cát chiếm cao nhất: do có đặc tính giữ nƣớc và chất dinh dƣỡng thấp
nên việc rửa trôi dinh dƣỡng đối với loại đất này là cao nhất.
Đất có tỷ lệ thịt chiếm cao nhất: do có đặc tính giữ nƣớc và chất dinh dƣỡng ở mức
độ trung bình nên việc rửa trơi dinh dƣỡng đối với loại đất này thấp hơn so với đất
có tỷ lệ cát chiếm cao nhất.
Đất có tỷ lệ sét chiếm cao nhất: do có đặc tính giữ nƣớc và chất dinh dƣỡng cao nên
việc rửa trôi dinh dƣỡng đối với loại đất này là thấp nhất.
1.5 Khái quát chung những đặc trƣng về than sinh học (Biochar)
Than sinh học cịn gọi than nhiệt phân (hình 1.1). Than sinh học đã đƣợc biết đến ít
nhất từ 2.000 năm trƣớc ở vùng A-ma-zôn, đƣợc sử dụng trong nông nghiệp để làm
giàu dinh dƣỡng cho đất. Các công nghệ hiện đại sản xuất than sinh học đƣợc nhiều
quan tâm hiện nay theo hƣớng thu nhận đồng thời nhiều sản phẩm, hiệu quả, giảm
phát thải khí, khơng tác hại đến mơi trƣờng và đảm bảo nguồn nguyên liệu đầu vào.

11

Hình 1.1 Một số loại than sinh học
Than sinh học có thể đƣợc sản xuất từ bất kỳ loại sinh khối nào, từ đủ loại chất hữu
cơ thải ra trong q trình trồng trọt và chế biến nơng sản nhƣ: vỏ trấu, vỏ cà phê, vỏ
dừa, mụn dừa, vỏ đậu phộng, bã mía, vỏ hạt điều, lá cao su, rác thải hữu cơ đô thị
và các loại rác hữu cơ khác (bảng 1.5).

12


Bảng 1.5 Tiềm năng nguồn sinh khối ở Việt Nam [3]

Loại sinh khối (Biomass)

Số lƣợng (triệu
tấn/năm)

Trấu và rơm

40,80

Lá, bã mía

15,60

Cây rừng tự nhiên

14,07

Nguồn thải từ bắp

9,20

Cây rừng trồng

9,07

Cây rừng thƣa

7,79

Nguồn thải từ ngành giấy

5,58

Cây vùng đất trống đồi trọc

2,47

Cây công nghiệp lâu năm

2

Nguồn thải từ cà phê

1,17

Mạc cƣa

1,12

Nguồn thải từ gỗ xây dựng

0,80

Cây ăn trái

0,41

Các nguồn thải khác (dừa, đậu, khoai mì,…)

6,37

13


Đặc tính của than sinh học phụ thuộc nguyên liệu đầu vào và quá trình nhiệt phân
(bảng 1.6). Cùng nguyên liệu đầu vào nhƣng khác công nghệ sẽ cho ra các loại than
sinh học khác nhau.
Than sinh học đƣợc sản xuất ở nhiệt độ thấp (< 4000C) có diện tích bề mặt riêng <
10 m2/g, nhiệt độ từ 4300C - 4700C, sẽ tạo ra than sinh học có diện tích bề mặt riêng
trên 300 m2/g. Độ pH càng tăng và khả năng trao đổi cation (CEC - Cation
Exchange Capacity) cũng tăng (STINFO, 2015).
Bảng 1.6 Đặc tính than sinh học thay đổi theo nhiệt độ q trình nhiệt phân [3]

* Tính hữu ích và hiệu quả khi sử dụng phù hợp:
Than sinh học là một trong những sản phẩm đƣợc đánh giá có tính ứng dụng cao
trong đời sống và thân thiện mơi trƣờng.
Than sinh học cịn đƣợc gọi là phân bón thế hệ mới. Nó có khả năng cải thiện độ
phì nhiêu của đất, tăng khả năng giữ nƣớc và các chất dinh dƣỡng, bảo vệ các loại
vi khuẩn sống trong đất, chống lại các tác động xấu của thời tiết, xói mịn đất. Từ

đó, làm tăng sản lƣợng cây trồng và giải quyết đƣợc nguồn phụ phẩm trong ngành
nông nghiệp (STINFO, 2015).

14


* Cách tạo ra than sinh học:
Than sinh học đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp nhiệt phân chậm ở nhiệt độ 450 0C.
Quá trình sản xuất than sinh học hạn chế tối đa việc thải khí CO và CO 2 ra mơi
trƣờng.
1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng than sinh học trên thế giới
Đề tài “Rửa trôi nitơ, kali, canxi và magiê tại vùng đất cát trồng cây mía” của các
tác giả Oliveira và Trivelin (2002) cho thấy: “Việc sử dụng than sinh học (đƣợc tạo
ra từ phế phẩm rơm rạ) làm hạn chế sự rửa trôi nitrate trong đất. Nồng độ nitrate
trong suốt thời gian thí nghiệm 11 tháng là 4,5 kg/ha. Mức tổn thất trung bình của
K+, Ca2+ và Mg2+ lần lƣợt là 13,320 và 80 kg/ha” [4].
Đề tài “Tác động của than sinh học đến việc rửa trôi dinh dƣỡng trên vùng đất nông
nghiệp Midwestern” của các tác giả Laird và Fleming (2010) cho thấy: “Việc bổ
sung than sinh học vào vùng đất nông nghiệp Midwestern sẽ làm tăng khả năng giữ
các chất dinh dƣỡng trong đất. Do đó, làm giảm sự rửa trơi của các chất dinh dƣỡng.
Việc duy trì các chất dinh dƣỡng trong đất tăng lên sẽ làm tăng khả năng hấp thụ
các chất dinh dƣỡng từ rễ cây, làm giảm nguy cơ ô nhiễm nguồn nƣớc dƣới đất. Sử
dụng khối lƣợng than sinh học tƣơng ứng lần lƣợt là 0, 5, 10, và 20 g/kg đất làm
giảm đáng kể sự thất thoát N, P, Mg và Si. Với lƣợng than sinh học là 20 g/kg đất
thì cho kết quả đáng kể với việc hạn chế rửa trôi lƣợng N, P đến 69 %” [5].
Các tác giả Major và Rondon (2012) nghiên cứu “Khả năng rửa trôi dinh dƣỡng ở
vùng Colombian Savanna Oxisol Amended với than sinh học” cũng kết luận rằng:
“Sự rửa trôi chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng đất ở những vùng đất nhiệt đới
thƣờng gây ra những thách thức cho việc trồng trọt. Các tác giả đã điều tra những
ảnh hƣởng của việc sử dụng 20 tấn than sinh học/ha đối với một vùng Salisol ở Cana-đa ở vùng đất ngập nƣớc và sự rửa trôi của các chất dinh dƣỡng trong các thí

nghiệm đồng ruộng. Sự rửa trơi bởi dịng nƣớc khơng bão hịa đƣợc tính bằng dung
dịch đất đƣợc lấy mẫu với lysimeters ly hút và ƣớc lƣợng dịng nƣớc đƣợc tạo ra bởi
mơ hình HYDRUS 1-D. Khơng có sự khác biệt đáng kể (p > 0,05) đƣợc quan sát

15