Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học kết hợp với phân bón đến năng suất của cây lúa và rau bắp cải ở vùng đất cát huyện thạch hà hà tĩnh

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

NGUYỄN BÁ TRUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THAN SINH HỌC KẾT HỢP
VỚI PHÂN BÓN ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA CÂY LÚA VÀ RAU BẮP
CẢI Ở VÙNG ĐẤT CÁT HUYỆN THẠCH HÀ, HÀ TĨNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2021


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

NGUYỄN BÁ TRUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THAN SINH HỌC KẾT HỢP
VỚI PHÂN BÓN ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA CÂY LÚA VÀ RAU BẮP
CẢI Ở VÙNG ĐẤT CÁT HUYỆN THẠCH HÀ, HÀ TĨNH

Chuyên ngành
Mã số

: Khoa học Môi trường
: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NGÂN HÀ

Hà Nội - Năm 2021


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, học viên xin bày tỏ lòng tri ân và kính trọng tới TS. Nguyễn Ngân
Hà - Bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất - Khoa Môi trường, Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. Cô là người đã trực tiếp hướng dẫn học viên
trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Học viên xin được gửi tới cơ lịng biết ơn
sâu sắc vì đã ln tạo điều kiện về thời gian và tài liệu cũng như sự hướng dẫn,
giúp đỡ tận tình để học viên ln đạt được kết quả nghiên cứu tốt nhất.
Tiếp theo, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến ThS. Lê
Xuân Ánh - Phó Bộ mơn Sử dụng đất - Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa. Người đã có
nhiều hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp quan trọng trong việc hồn thành luận văn này.
Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên cũng nhận được sự giúp đỡ, chỉ
bảo và học hỏi được rất nhiều từ các anh chị tham gia đề tài BĐKH.03/16-20 thuộc
Chương trình“Khoa học và cơng nghệ ứng phó với biến đổi khí hậu, quản lý tài
ngun và môi truờng giai đoạn 2016 - 2020”. Học viên xin cảm ơn sự giúp đỡ
chân thành và nhiệt tình đó.
Nhân dịp này, học viên cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Bộ môn Sử
dụng đất - Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa và các thầy giáo, cơ giáo, cán bộ của Khoa
Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để
học viên hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất.
Cuối cùng, học viên xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới người thân trong gia
đình: cha mẹ, anh chị và bạn bè, đồng nghiệp đã luôn sát cánh, giúp đỡ, ủng hộ,
động viên và chia sẻ những khó khăn, thuận lợi về cả vật chất lẫn tinh thần trong

suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn của học viên.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Học viên

Nguyễn Bá Trung


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................4
1.1. Tổng quan về than sinh học ..............................................................................4
1.1.1. Khái niệm về than sinh học ......................................................................4
1.1.2. Tính chất của than sinh học .....................................................................4
1.1.3. Thành phần hóa học của than sinh học....................................................6
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về than sinh học và ứng dụng của than sinh học
trong sản xuất nông nghiệp ......................................................................................7
1.2.1. Trên thế giới .............................................................................................7
1.2.2. Nghiên cứu trong nước ...........................................................................10
1.3. Tổng quan về đất cát biển ở Hà Tĩnh .............................................................13
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................15
2.1. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................15
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................15
2.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................15
2.3.1. Phương pháp thu thập thông tin .............................................................15
2.3.2. Phương pháp khảo sát thực địa..............................................................16

2.3.3. Phương pháp sản xuất than sinh học .....................................................16
2.3.4. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng.....................................................18
2.3.5. Phương pháp phân tích mẫu đất trước và sau thí nghiệm .....................20
2.3.6. Phương pháp đánh giá khả năng tích lũy chất khô và năng suất cây
trồng .................................................................................................................20
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................22
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................23
3.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu ........................23
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu .......................................................23
3.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu .....................................29
3.1.3. Hiện trạng sử dụng đất và tài nguyên đất nông nghiệp của vùng nghiên
cứu ....................................................................................................................30
3.2. Một số tính chất cơ bản của than sinh học sử dụng cho các thí nghiệm đồng
ruộng .........................................................................................................................32
3.3. Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng than sinh học đến một số tính chất
đất chuyên trồng lúa và chuyên trồng rau ở khu vực nghiên cứu......................34
3.3.1. Sự thay đổi tính chất đất trồng lúa .........................................................34
3.3.2. Sự thay đổi tính chất đất trồng rau bắp cải ...........................................36


3.4. Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học kết hợp với phân bón đến sinh
trưởng và năng suất của cây lúa trên vùng đất cát biển huyện Thạch Hà, tỉnh
Hà Tĩnh.....................................................................................................................38
3.4.1. Ảnh hưởng của than sinh học kết hợp phân bón đến sinh trưởng của cây
lúa .....................................................................................................................38
3.4.2. Ảnh hưởng của than sinh học kết hợp phân bón đến năng suất của cây
lúa .....................................................................................................................41
3.5. Đánh giá ảnh hưởng của TSH kết hợp với phân bón đến sinh trưởng và
năng suất của cây rau bắp cải trên vùng đất cát biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà
Tĩnh ...........................................................................................................................45

3.5.1. Ảnh hưởng của than sinh học kết hợp phân bón đến sinh trưởng của cây
rau bắp cải ........................................................................................................45
3.5.2. Ảnh hưởng của than sinh học kết hợp phân bón đến năng suất của cây
rau bắp cải ........................................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................51
DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN VĂN........................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................54
PHỤ LỤC .................................................................................................................58


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố có trong các mẫu TSH
(%) ...............................................................................................................................7
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng lúa tại Thái Nguyên và Thanh Hóa .. 11
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng rau tại Thái Ngun và Thanh Hóa ..12
Bảng 2.1. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu ..........................................................20
Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất năm 2019 của huyện Thạch Hà ...........................30
Bảng 3.2. Một số tính chất cơ bản của than sinh học trong nghiên cứu ...................32
Bảng 3.3. Kết quả phân tích tính chất đất trước và sau thí nghiệm trồng lúa ...........34
Bảng 3.4. Kết quả phân tích tính chất đất trước và sau thí nghiệm trồng rau bắp
cải........................................................................................... 36
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của phân compost - TSH đến khả năng tích lũy chất khơ của
cây lúa ở các thời kỳ sinh trưởng trong vụ Xuân 2020 (tạ/ha) .................................38
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của phân compost - TSH đến khả năng tích lũy chất khơ của
cây lúa ở các thời kỳ sinh trưởng trong vụ Hè Thu 2020 (tạ/ha) ..............................39
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của phân Compost - Than sinh học đến năng suất lúa vụ Xuân
năm 2020 (tạ/ha) .......................................................................................................42
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của phân Compost - Than sinh học đến năng suất lúa vụ Hè Thu
năm 2020 (tạ/ha) ........................................................................................................43

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của phân Compost - TSH đến khả năng tích lũy sinh khối của
cây rau bắp cải trong vụ Đông 2019 ở Thạch Hà - Hà Tĩnh (kg/m2) ........................45
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của phân Compost - TSH đến khả năng tích lũy sinh khối
của cây rau bắp cải trong vụ Xuân 2020 ở Thạch Hà - Hà Tĩnh (kg/m2) .................45
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của phân compost - TSH đến năng suất của bắp cải trong vụ
Đông 2019 ở Thạch Hà - Hà Tĩnh .............................................................................48
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của phân Compost - TSH đến năng suất của bắp cải trong
vụ Xuân 2020 ở Thạch Hà - Hà Tĩnh ........................................................................48


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu tạo của lị đốt ĐK-TR3 ......................................................................17
Hình 3.1. Vị trí huyện Thạch Hà trong tỉnh Hà Tĩnh ................................................23
Hình 3.2. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh 2019 ........32
Hình 3.3. Biểu đồ ảnh hưởng của TSH và phân bón đến sinh trưởng của cây lúa vụ
Xuân 2020 và vụ Hè Thu 2020 .................................................................................40
Hình 3.4. Biểu đồ ảnh hưởng của TSH và phân bón đến sinh trưởng của cây rau bắp
cải vụ Đông 2019 và vụ Xuân 2020 ..........................................................................47


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ADB

Ngân hàng Phát triển châu Á

CEC

Khả năng trao đổi cation

CHC

Chất hữu cơ

CT

Công thức

KT-XH

Kinh tế - Xã hội

NN&PTNT

Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn

SSA

Diện tích bề mặt

SXNN

Sản xuất nông nghiệp

TSH

Than sinh học


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây lúa và cây rau là những loại cây có vai trị quan trọng trong đời sống kinh tế,
xã hội. Có thể nói rằng, cuộc sống của con người không thể thiếu lúa, gạo và các loại
rau củ quả trong khẩu phần ăn hàng ngày. Lúa gạo có rất nhiều tinh bột và protein
cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của cơ thể. Bên cạnh đó, các loại rau
cung cấp phần lớn các khoáng chất, vitamin và các chất dinh dưỡng. Trên địa bàn
huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh, đặc biệt là trên địa bàn xã Thạch Liên với diện tích sản
xuất trên 100 ha là vùng chuyên canh truyền thống các loại rau ăn lá lớn nhất huyện.
Cùng với đó, Thạch Hà cũng là huyện có diện tích trồng lúa nước lớn nhất nhì tỉnh với
7.671 ha. Để tăng năng suất và sản lượng, người dân đã sử dụng các biện pháp như mở
rộng diện tích gieo trồng, các biện pháp thâm canh gối vụ nhằm tăng năng suất và hiệu
quả sử dụng đất. Tuy nhiên việc thâm canh trong sản xuất nông nghiệp vẫn chủ yếu
dựa vào kinh nghiệm của người dân. Việc sử dụng phân bón mà khơng đúng liều
lượng cũng như thời gian bón đã gây lãng phí phân bón rất nhiều, bên cạnh đó đất cát
biển có khả năng giữ nước và dinh dưỡng rất kém cũng góp phần làm giảm hiệu quả
sử dụng phân bón đối với đất và cây trồng. Việc sử dụng một loại vật liệu phù hợp
giúp cải tạo đất, giữ được các chất dinh dưỡng trong đất, tăng khả năng giữ ẩm cho đất
cát là rất cấp thiết, đặc biệt đối với cây lúa và cây rau, trong đó than sinh học (TSH) là
một loại vật liệu mới nhiều tiềm năng, dễ sản xuất, dễ sử dụng và có thể đáp ứng được
các yêu cầu nêu trên.
TSH là loại vật liệu được các nhà khoa học về nông nghiệp trên thế giới ví như là
một loại “vàng đen” của ngành nơng nghiệp. Thành phần của TSH gồm hợp chất các
bon với oxy và hydro và một phần nhỏ tro vô cơ được tạo thành từ các khoáng chất.
Dựa vào kỹ thuật sản xuất và nguồn nguyên liệu đầu vào mà TSH có thể ứng dụng cho
nhiều ngành khác nhau (Brewer, 2012) [16].
TSH có chứa hàm lượng các bon cao và bền vững lâu dài khi bón vào đất (Liang và
cộng sự, 2010) [29]. Bón TSH vào đất giúp tăng khả năng hút và giữ nước trong đất của cây
trồng, từ đó cung cấp lại cho cây trồng trong thời gian hạn hán (Brewer, 2012) [16]. Diện
tích bề mặt lớn của TSH làm tăng khả năng giữ nước và tăng dung tích hấp thu cho đất
(Steinbeiss và cộng sự, 2009) [35]. Ở trong đất, TSH phản ứng với một loạt các khoáng

1


chất và các hợp chất hữu cơ nhằm cải thiện tính chất vật lý, hóa học của đất, tạo điều
kiện thuận lợi cho các loại vi sinh vật có lợi phát triển (Joseph và cộng sự, 2010) [24].
TSH ở trong đất làm tăng vi sinh vật có lợi (Anderson và cộng sự, 2011) [15], vi sinh
vật đất gắn liền với TSH có thể làm tăng khả năng phân giải các chất dinh dưỡng đã bị
cố định trong đất, làm cho chúng được giữ lại trong sinh khối của vi sinh vật
(Steinbeiss và cộng sự, 2009) [35]. Bón TSH làm tăng hàm lượng hữu cơ đất,
(Lehmann, 2007 [27]; tăng khả năng hấp thu các dinh dưỡng, hạn chế rửa trôi, giúp
cho phân bón hóa học ít bị mất đi do nước mang đi, tăng sức sinh trưởng (Nishio, 1996
[32] và năng suất cây trồng, (Yamato và cộng sự, 2006; Chan và cộng sự, 2007;
Kimetuet và cộng sự, 2008) [19].
Ở Việt Nam, TSH đã được sử dụng từ rất sớm. Mặc dù trước kia nông dân Việt
Nam chưa sử dụng và sản xuất được TSH theo công nghệ hiện nay nhưng việc sản
xuất và sử dụng TSH theo phương pháp truyền thống đã được áp dụng rất rộng rãi
trong đời sống hàng ngày. Tro bếp được tạo ra từ đốt trấu, rơm rạ, củi… để đun nấu
với thành phần chính là TSH được sử dụng để bón cho mạ, khử mùi nhà vệ sinh, ủ
phân chuồng... Than hoa được sử dụng đun nấu, sưởi ấm, lọc nước...
Nguyên liệu sản xuất TSH ở nước ta rất đa dạng, gồm phụ phẩm nông nghiệp
(rơm rạ, trấu, thân, lõi ngô, cành, lá cây trồng,...) rác nông thôn, phụ phẩm lâm nghiệp
(cành, lá, mùn cưa,...). Trong đó nguồn phụ phẩm từ sản xuất nơng nghiệp lớn nhất
chiếm 63% tổng lượng sinh khối, nguồn sinh khối này hiện nay đang sử dụng không
hiệu quả, một phần nhỏ làm thức ăn cho đại gia súc, làm chất độn chuồng, vùi lại
ruộng sau thu hoạch... Một phần khá lớn bị đốt đi làm sạch ruộng vừa gây lãng phí
nguồn sinh khối các bon lớn vừa gây ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu ứng dụng
TSH trong nông nghiệp ở nước ta chủ yếu là những nghiên cứu nhỏ ở vùng đồng bằng
sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Việc nghiên cứu sản xuất và sử dụng TSH
đối với vùng duyên hải Miền Trung sẽ giúp tận dụng được nguồn phế liệu hữu cơ có
sẵn của vùng này nhằm tăng khả năng giữ ẩm, cải tạo đất, tăng năng suất cây trồng,

bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học kết hợp với phân bón đến năng suất của
cây lúa và rau bắp cải ở vùng đất cát huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh” đã được thực hiện
với mong muốn góp phần hồn thiện hơn nữa những nghiên cứu về ảnh hưởng của
TSH trong việc cải tạo đất cát biển, tăng năng suất cây trồng.
2


2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn này được tiến hành với những mục tiêu sau đây:
- Đánh giá được khả năng ứng dụng TSH từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo tính
chất đất cát biển.
- Đánh giá được hiệu quả của than sinh học kết hợp với phân bón đối với cây lúa
và cây rau bắp cải vùng đất cát biển huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh.

3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về than sinh học
1.1.1. Khái niệm về than sinh học
TSH là thuật ngữ để chỉ các bon đen hay biochar là sản phẩm được sản xuất
trong quá trình nhiệt phân các hợp chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí hoặc khơng có
khơng khí (Yuan và cộng sự, 2011) [41]. Thơng qua q trình nhiệt phân yếm khí các
ngun liệu thì cấu trúc tự nhiên của nó được duy trì và hàm lượng các bon trong than
vẫn ở mức cao.
TSH là một loại than dạng rắn giàu các bon được sản xuất từ nhiều nguồn
nguyên liệu sinh khối khác nhau như: bã mía, vỏ trấu, lõi ngơ, mùn cưa, phoi bào, rơm
rạ, vỏ cà phê,… được nén thành bất kỳ hình dạng và kích cỡ nào. TSH thường thấy ở

dạng viên, ngồi ra nó có thể được nén dưới dạng bột và bánh. TSH có cấu tạo dạng
cấu trúc rỗng, nhiều lỗ và có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ và phân bón hóa học
trên bề mặt, giữ các chất dinh dưỡng trên mặt đất, chống rửa trơi. Ngồi ra, TSH cịn là
mơi trường cho các vi sinh vật có ích trong đất cộng sinh, phát triển để phân giải
nhanh các chất hữu cơ thành khoáng chất giúp cây hấp thụ.
Sử dụng TSH để bón vào đất khơng chỉ giảm ơ nhiễm mơi trường, mà cịn giúp
tăng cường trao đổi cation, khả năng giữ nước, dưỡng chất và bảo vệ vi khuẩn có lợi
cho đất, tăng sức sản xuất của cây trồng, giảm lượng phân bón hóa học. Hơn nữa, TSH
giúp đất giữ lại các chất dinh dưỡng và nước khơng bị rửa trơi, có thể giúp giảm chi
phí cho tưới tiêu, phân bón và tăng sức sản xuất của cây trồng trong thời gian dài;
đồng thời chống rửa trơi phân bón gây ơ nhiễm nguồn nước. TSH là một phụ gia tạo
độ phì nhiêu cho đất lâu dài mà không cần phải bổ sung hàng năm. Ngồi ra, sử dụng
TSH giúp cơ lập các bon, chuyển các bon từ khơng khí xuống đất nhằm giảm thiểu các
ảnh hưởng xấu đến môi trường sống, chống biến đổi khí hậu.
1.1.2. Tính chất của than sinh học
Tính chất của TSH phụ thuộc vào thành phần vật liệu đầu vào, q trình nhiệt
phân (các yếu tố nhiệt độ, khí, phụ gia, thời gian…), cách thức và điều kiện sử dụng.
Cùng ngun liệu đầu vào nhưng khác cơng nghệ thì sẽ cho ra các loại TSH khác
nhau. Chính sự khác nhau về đặc tính của TSH mà hiệu quả sử dụng làm phân bón, giá
trị mang lại sẽ khác nhau.
4


- Giá trị pH: Đối với các vật liệu giàu xenlulozo và hemixenlulozo thì khi phân
hủy ở nhiệt độ 200 - 300oC tạo ra các axit hữu cơ và phenolic làm giảm pH của sản
phẩm. Khi nhiệt độ lớn hơn 300oC, muối kiềm bắt đầu tách ra khỏi các hợp chất hữu
cơ và làm cho pH tăng lên, pH tăng liên tục ở nhiệt độ 600oC. pH của TSH làm từ rơm
rạ nhiệt phân ở 600oC là khoảng 9,54 cho thấy rằng nó có tiềm năng để cải tạo đất
chua, đây có thể là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự di động của kim loại [40].
pH của TSH làm từ phân bò sữa là khoảng 9,81 và của TSH làm từ vỏ trấu là

khoảng 8,01. pH của TSH làm từ phân bò cao hơn là do phân bị đã có chứa một số
lượng lớn khống chất chúng có thể bắt đầu tách ra khỏi các hợp chất hữu cơ ở nhiệt
độ cao hơn 300oC, làm pH của sản phẩm tăng đến gần 10 [39].
- Đặc tính vật lý: TSH bao gồm 4 thành phần chính: các bon bền, các bon
không bền, các thành phần bay hơi khác, phần tro khoáng và độ ẩm. Thành phần trong
TSH rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc sinh khối, các điều kiện nhiệt phân, nhiệt
độ nhiệt phân, tốc độ lên nhiệt, áp suất, các điều kiện trước và sau xử lý. Tính chất vật
lý của TSH phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu ban đầu và các điều kiện nhiệt phân
(Downie và nnk, 2009) [21]. Trong quá trình nhiệt phân yếm khí, một số chất hữu cơ
bị mất ở dạng bay hơi, chất khoáng và bộ khung các bon vẫn giữ hình dạng cấu trúc
của vật liệu ban đầu. Do đó cấu trúc của TSH có trạng thái xốp và có diện tích bề mặt
lớn. Các lỗ rỗng có đường kính rất nhỏ (50nm) hình thành trong q trình nhiệt phân
tạo nên các hệ thống mao quản, góp phần quan trọng cho sự thơng khí, hoạt động của
hệ rễ và cấu trúc của đất. Chính vì vậy, việc bổ sung TSH vào đất làm thay đổi tính
chất vật lý tự nhiên của đất, làm tăng tổng diện tích bề mặt riêng, cải thiện cấu trúc và
sự thống khí của đất (Koib, 2007) [26].
- Đặc tính hóa học: Trong TSH có sự kết hợp chặt chẽ giữa các nguyên tố như:
H, N, O, P, S trong các vịng thơm, chính điều này tạo ra ái lực điện tử của than, ảnh
hưởng đến khả năng trao đổi cation (CEC). Điện tích bề mặt của TSH quyết định bản
chất của sự tương tác giữa than sinh học với các hạt đất, chất hữu cơ hịa tan, khí, vi
sinh vật và nước trong đất. Theo thời gian, TSH mất dần hoạt tính do các lỗ rỗng của
nó bị bít kín và do đó khả năng hấp phụ của nó sẽ giảm. Các lỗ rỗng bên trong trở nên
không tiếp cận được dẫn tới giảm diện tích bề mặt (Warnock và nnk, 2007) [38]. Sự tái
tạo lại hoạt tính là điều có thể khi vi khuẩn, nấm và giun tròn định cư trong các lỗ rỗng
đó của TSH.
5


- Đặc tính cải thiện sinh học: Khơng giống với các loại chất hữu cơ khác được
bón vào đất, than sinh học làm thay đổi mơi trường lý hóa tính của đất, ảnh hưởng tới

các tính chất cũng như sự tồn tại, phát triển của vi sinh vật trong đất, việc bón TSH
vào đất đã được chứng minh là có lợi cho nấm rễ (Warnock et al, 2007) [38]. Mức độ
hóa mùn của phân hữu cơ đạt kết quả cao hơn với việc bổ sung TSH (Dias et al, 2009)
[20]. Sự phát triển hệ vi sinh vật hữu ích khu trú trên than sinh học, góp phần cải thiện
cân bằng vi sinh học đất theo hướng có lợi, quyết định đến năng suất cây trồng và hệ
sinh thái đồng ruộng.
- Đặc tính lưu trữ dinh dưỡng: TSH khơng trực tiếp cung cấp dinh dưỡng khi
được bón vào đất. Bởi vì TSH thường khơng có hàm lượng NPK dễ tiêu cao, nhưng
giá trị dinh dưỡng gián tiếp có được là rất lớn, do khả năng tồn trữ và cung cấp lại các
chất dinh dưỡng cho đất, hạn chế sự rửa trôi, gia tăng sự hấp thu, hệ số sử dụng dinh
dưỡng của cây trồng, nhờ đó năng suất vụ mùa cao hơn (Chan và Xu, 2009) [18].
1.1.3. Thành phần hóa học của than sinh học
- Thành phần nguyên tố có trong các mẫu TSH:
Nguyên liệu tre: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho thấy các nguyên tố có
trong TSH từ tre thu được là C, O, Al, Si, Ca, K, N, Mg.
Nguyên liệu rơm rạ, vỏ trấu: Kết quả phân tích hình ảnh SEM và phổ EDS cho
thấy, TSH từ rơm rạ có chứa các nguyên tố Si, C, O, N, K.
Nguyên liệu gỗ keo lai: Kết quả phân tích SEM và phổ EDS cho thấy, TSH từ
gỗ keo lai có chứa các nguyên tố: O, C, K, Al, Cl, N, Si, Ca, Mg.
Nguyên liệu xơ dừa: Kết quả phân tích cho thấy, TSH từ xơ dừa có chứa các
nguyên tố: C, N, P, K, Ca, Mg.
Như vậy, khi bón các loại TSH này vào trong đất có thể làm tăng một số
nguyên tố dinh dưỡng trong đất như N, P, K Ca, Mg, C, O [39].
- Hàm lượng tro, chất hữu cơ bay hơi và một số nguyên tố khác trong các mẫu TSH:
Dựa vào Bảng 1.1, thấy rằng dạng các bon cố định chiếm tỷ lệ khá lớn trong
TSH (trung bình là trên 50%). Chất hữu cơ bay hơi trong TSH từ gỗ keo lai có tỷ lệ
cao nhất (20,8%), cao hơn TSH từ tre 3,8%. Chỉ tiêu này thấp nhất ở TSH từ rơm rạ
(10,5%). Tỷ lệ tro trong mẫu TSH từ rơm rạ là cao nhất (35,6%), trong khi đó tỷ lệ này
giảm mạnh trong mẫu TSH từ tre (12,1%), đặc biệt là trong gỗ, tỷ lệ này giảm tới
31,8%, chỉ còn là 3,8%. Nitơ trong TSH từ tre chiếm tỷ lệ phần trăm cao nhất, đạt

6


1,02%, cao hơn so với TSH từ rơm rạ 0,17%, và 0,63% so với TSH từ gỗ. Tỷ lệ hydro
trong TSH từ tre và gỗ gần như bằng nhau (lần lượt là 2,63%, và 2,64%). Tỷ lệ này
thấp nhất ở TSH với nguồn nguyên liệu là rơm rạ, chỉ có 0,92%. Oxy là nguyên tố có
tỷ lệ lớn thứ 2 (sau các bon), trong nguyên tố được xác định trong các mẫu TSH. Gỗ
keo lai cho TSH có tỷ lệ oxy cao hơn cả (12,89%), thấp nhất là với TSH từ rơm rạ, chỉ
có 5,89% oxy.
Bảng 1.1. Hàm lượng tro, CHC bay hơi và một số nguyên tố có trong
các mẫu TSH, (%)
Các bon
Các bon Hydro Nitơ
cố định

Lưu
huỳnh

Oxy

1,02

0,27

8,38

2,64

0,39

0,18

12,89

0,92

0,85

-

5,89

Tro

CHC
bay hơi

Tre

12,1

17,0

65,6

70,3

2,63

Gỗ keo lai

3,8

20,08

69,5

74,2

Rơm rạ

35,6

10,5

47,5

50,2

Chỉ tiêu

(Nguồn: Phân tích tại Đại học New South Wale, Australia, 2011)
Diện tích bề mặt (SSA):
Diện tích bề mặt (SSA) của TSH nhìn chung khá cao: SSA của TSH làm từ
phân bò sữa là 5,61m2/g thấp hơn nhiều so với SSA của TSH làm từ vỏ trấu là
27,8m2/g và SSA của cả hai loại TSH này đều thấp trong phạm vi của các TSH được
sản xuất từ các sinh khối khác [40].
SSA của TSH được sản xuất từ rơm rạ là khoảng (SSA=17,3m2/g). Thấy rằng
diện tích bề mặt của TSH tăng lên khi tăng nhiệt độ nhiệt phân. Khi so sánh với TSH
sản xuất từ các nguyên liệu khác như cây gỗ (SSA=206,7m2/g), thì thành phần sinh

khối chứ khơng phải quy trình sản xuất sinh học đóng vai trị quan trọng trong SSA
của TSH. Diện tích bề mặt lớn cho thấy độ xốp cao và có tác động quan trọng đến sự
hấp phụ kim loại nặng [39].
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về than sinh học và ứng dụng của than sinh học
trong sản xuất nông nghiệp
1.2.1. Trên thế giới
Nguồn nguyên liệu hóa thạch trên trái đất đang ngày càng khan hiếm và chúng
trở nên càng đắt đỏ, từ đó chi phí sản xuất nhiên liệu cũng như phân bón cũng tăng
cao, điều đó gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến giá lương thực thế giới. Loài người đang
phải đối mặt với nguy cơ xảy ra cuộc khủng hoảng lương thực trước tình trạng giá
lương thực cao và nguồn cung không đáp ứng đủ nhu cầu.
7


Ngun nhân sâu xa của vấn đề đó là tình trạng ơ nhiễm mơi trường trầm trọng
từ khí thải cơng nghiệp, chất thải sinh hoạt quá lớn, việc khai thác tài nguyên đất cạn
kiệt dẫn đến đất bị bạc màu, xói mịn dẫn đến năng suất nơng nghiệp giảm sút, diện
tích trồng trọt bị thu hẹp do hiện tượng sa mạc hóa.
Bên cạnh đó, việc sử dụng các sản phẩm, thức ăn, phân bón chứa hóa chất độc
hại cho cây trồng và vật nuôi để tăng năng suất đã và đang làm gia tăng các bệnh tật
nguy hiểm ở con người, suy giảm tuổi thọ, nòi giống.
Đối mặt với các vấn đề như vậy thì việc thế giới ngày càng quan tâm hơn đến
chất lượng cuộc sống, đến môi trường sạch, an toàn là điều tất yếu. Và cuộc cách
mạng xanh lần thứ 3 tất yếu diễn ra, trong đó lựa chọn ưu tiên số 1 mang tên Biochar
(TSH).
TSH giải quyết được hầu hết các vấn đề về môi trường cấp thiết như: chống ô
nhiễm đất, tăng năng suất cây trồng, bảo vệ mơi trường khỏi hiệu ứng nhà kính.
Các nghiên cứu về TSH trên thế giới đã được tiến hành cách đây khá lâu và từ
năm 2007 bắt đầu có những bài báo cơng bố về TSH. Khái niệm về than sinh học ngày
càng được chú ý trên cả trường chính trị lẫn học thuật, với một số nước (Anh, New

Zealand, Mỹ) đã thiết lập các “Trung tâm nghiên cứu than sinh học”. Những phân tích
tổng hợp các hiệu quả quan sát được từ việc ứng dụng TSH vào đất của Verheijen và
nnk (2009) [37] đã cho thấy sự gia tăng của năng suất mùa vụ: năng suất trung bình
tăng 12%/năm. Những lý do chính được đưa ra ở đây là TSH giúp tăng cường khả
năng giữ phân bón, giữ nước, tăng trao đổi cation và tăng độ tơi xốp cho đất. Thêm
vào đó, lợi ích mơi trường từ việc ứng dụng TSH vào đất bao gồm giảm sự mất Nitơ
vào nước và khơng khí và giảm nhu cầu sử dụng phân bón.
Hiện nay, nhiều vùng trên khắp thế giới đã ứng dụng bón TSH cho đất, TSH
được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ từ 550oC - 700oC với điều kiện
yếm khí (trong mơi trường thiếu ôxy và áp suất lớn) làm cho các bon sinh khối khơng
bị cháy tồn bộ mà chuyển sang dạng giữa khống và hữu cơ trong các lị đốt nhiệt
phân chuyên dụng với công suất lớn 100 - 200 tấn TSH/ngày.
Theo GS. Lehmann đã trình bày tại Hội hóa học Mỹ, sử dụng TSH kết hợp với
phân hóa học đã làm tăng trưởng lúa mì mùa đơng và rau quả lên 25 - 50% so với bón
một mình phân hóa học. TS. N.Sai Bhaskar Reddy (2008) [33] đã tiến hành nghiên
cứu ở cây đậu tương cũng chỉ ra nhận xét rằng có thêm TSH bón vào đất nền, tỷ lệ nảy
mầm của đậu tương cao hơn, hệ rễ phát triển mạnh, quá trình quang hợp tăng, hoạt
động của vi khuẩn cộng sinh cố định Nitơ mạnh mẽ hơn so với đối chứng (trên đất
khơng bón TSH).
8


Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học ở Canada cho thấy sản lượng cây
trồng ở các vùng đất bón TSH ở Canada tăng lên từ 6 đến 17% so với đối chứng, thân
cây cứng hơn và bộ rễ phát triển nhiều hơn (68%). Hao hụt dưỡng chất phân bón do bị
rửa trơi giảm đi rõ rệt, trong đó hiện tượng mất lân giảm đến 44%. Trên thực tế, lợi ích
của việc bón TSH đã được quan trắc và kiểm nghiệm ở nhiều nước như: Úc,
Philippines, Congo… TSH có tác dụng làm giảm độ chua của đất do các ion kiềm trao
đổi (Ca2+, Mg2+, K+,…) của TSH đi vào trong dung dịch đất làm cho độ chua của đất
giảm. Kết quả thí nghiệm của Kishimoto và Sugiura (1985) [25] cho thấy sau 3 năm

bón TSH thì độ pH của đất đạt 6,3 so với đối chứng pH = 5,8. Nghiên cứu của
Mbagwu và Piccolo (1997) [31] chỉ ra rằng bón TSH vào đất làm giảm nhơm di động
trong đất chua tại các vùng nhiệt đới và thâm canh cao, mức tăng pH có thể lên đến 1,2
đơn vị. Bón TSH không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu trong đất mà
còn tăng khả năng giữ dinh dưỡng trong đất. Kết quả nghiên cứu của Bhubinder và
cộng sự (2009) [17] đã chỉ ra rằng, với chế độ ngập nước xen kẽ thì các cơng thức bón
TSH làm giảm 54 - 93% lượng NH4+ bị mất do quá trình thấm lọc theo chiều sâu đối
với đất chua tại các vùng nhiệt đới và đất thâm canh cao.
Theo Elmer, Wade, Jason C. White và Joseph J. Pignatello thuộc Đại học Tổng
hợp Connecticut (2009) [22], việc bổ sung thêm TSH vào đất sẽ có được giá trị sinh
học đặc biệt quan trọng bởi nó sẽ hấp thụ các chất ơ nhiễm như kim loại nặng và thuốc
trừ sâu ngấm vào đất nên sẽ không gây ô nhiễm các nguồn cung cấp thực phẩm.
Theo GS. Johannes Lehmann, Đại học Cornell đã phát biểu tại Hiệp hội khoa
học và tiến bộ Mỹ (2006) rằng: “Các kiến thức mà chúng ta có thể đạt được từ nghiên
cứu các loại đất đen được tìm thấy trên tồn khu vực sơng Amazon khơng chỉ dạy
chúng ta làm thế nào để khơi phục đất bị suy thối, sản lượng thu hoạch tăng gấp ba
và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có đất nơng nghiệp nghèo mà
cịn có thể dẫn đến các cơng nghệ để cô lập các bon trong đất và ngăn chặn những
thay đổi quan trong về khí hậu thế giới”. Từ những nhận định và nghiên cứu trên, cho
thấy rằng TSH đang là một nguồn năng lượng sinh học tiềm năng được nhiều nước
quan tâm [28].
Sử dụng TSH không những có tác dụng tốt trong việc cải tạo đất mà cịn góp
phần làm giảm q trình biến đổi khí hậu: Theo nghiên cứu của Khalil và Sheare ở
Trung Quốc (2006), lượng phát thải CH4 từ ruộng lúa hàng năm dao động từ 3,1 - 11,2
triệu tấn/năm, đóng góp 5 - 19% lượng CH4 toàn cầu. Phần lớn N2O là một loại khí
nhà kính ảnh hưởng lớn nhất đến sự gia tăng nhiệt độ của trái đất, gấp 298 lần so với
9


CO2 trong khơng khí. Lượng khí N2O do các hoạt động của con người gây ra vào

khoảng 3x109 tấn/năm, đóng góp 8% lượng CO2 tồn cầu và ngành nơng nghiệp chiếm
42% trong tổng lượng đó. Sử dụng TSH bón vào đất làm tăng khả năng lưu trữ các bon
trong đất có lợi ích tích cực cho mơi trường (Sarkhot và cộng sự, 2012). TSH cũng góp
phần làm giảm lượng phát thải khí nhà kính như metan (CH4) và Nito oxit (N2O) từ đất
(Van Zwieten và cộng sự, 2009).
Để giảm thiểu tác hại của việc sử dụng phân bón hóa học trong nông nghiệp
quá mức, đồng thời giúp cải thiện đất, giảm bớt nhu cầu phân bón hóa học và thuốc
bảo vệ thực vật, sử dụng TSH và các loại phân có chứa TSH là hướng đi có tính khả
thi và thời sự cao đang được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng. Đây là
một trong những hướng chuyển đổi dần từ nông nghiệp vô cơ sang nông nghiệp hữu
cơ, tạo ra các loại nông sản sạch và an tồn mơi trường.
1.2.2. Nghiên cứu trong nước
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng vấn đề ô nhiễm môi trường
gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sống và tuổi thọ của con người. Đặc biệt
trong lĩnh vực nơng nghiệp, thực phẩm, dư lượng hóa chất độc hại ngày càng trở thành
một vấn đề lớn có tính thời sự.
Hiện nay các lĩnh vực “sạch” đang được quan tâm phát triển ở Việt Nam, điển
hình là nơng sản, thực phẩm sạch như rau sạch, trứng sạch, thịt sạch… Để giải quyết
vấn đề sản xuất ra nông sản sạch thì TSH là một sự lựa chọn quan trọng vì nó đem lại
hiệu quả cho người trồng trọt đồng thời an toàn tuyệt đối cho người sử dụng thực
phẩm hàng ngày, giảm bớt bệnh tật và giải quyết được cả vấn đề ô nhiễm môi trường.
Sử dụng TSH không mới ở Việt Nam. Đã có nhiều nghiên cứu cơng nghệ và
chế tạo thiết bị để sản xuất và ứng dụng TSH như Viện Môi trường Nông nghiệp (Viện
Khoa học Nông nghiệp Việt Nam) nghiên cứu sản xuất thành công TSH từ dăm gỗ,
mùn cưa, rơm, rạ, trấu, bã mía, ngô, cà phê; Mai Thị Lan Anh (Đại học Khoa học Đại học Thái Nguyên) [1] đã sử dụng TSH sản xuất từ rơm rạ, củi, lõi ngô, trấu dùng
làm phân bón; Đại học Nơng Lâm - Đại học Huế đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
thành cơng lị đốt tạo TSH từ phế phụ phẩm nông nghiệp công suất từ 50 đến 300 kg
trấu nguyên liệu/mẻ (2 giờ đốt), với các ưu điểm như tiết kiệm thời gian, cơng sức, ít
tạo khói và khí thải, hiệu suất thu hồi TSH đạt từ 95 - 99%; Viện Thổ nhưỡng Nơng
hóa đã sử dụng TSH làm từ trấu để làm giá thể và phân bón hữu cơ vi sinh phục vụ sản

xuất hoa cây cảnh và các loại rau đặc sản; Cơng ty CP Phân bón và Dịch vụ tổng hợp
Bình Định (Biffa), năm 2007 đã nhận chuyển giao cơng nghệ từ Công ty Sino - Nhật
10


Bản để sản xuất TSH từ cây bạch đàn rừng trồng và đưa ra thị trường nhiều loại sản
phẩm từ TSH; Hợp tác xã Công nghiệp - Dịch vụ Hưng Thịnh, phường Nông Tiến
(thành phố Tuyên Quang) được thành lập năm 2010, chuyên sản xuất và đưa ra thị
trường TSH từ mùn cưa. Và tại Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM, đề tài “Nghiên
cứu sản xuất than sinh học từ lục bình phục vụ sản xuất nơng nghiệp” đang được
Trung tâm Nghiên cứu đất phân bón và mơi trường phía Nam (Viên Thổ nhưỡng Nơng
hóa) triển khai.
Theo Nguyễn Đặng Anh Thi, 2014 tiềm năng sinh khối cho sản xuất TSH ở
Việt Nam gồm có trấu và rơm 40,80 triệu tấn/năm, lá và bã mía là 15,60 triệu tấn/năm,
cây rừng tự nhiên 14,07 triệu tấn/năm, cây ngô 9,20 tấn/năm, rừng trồng là 9,07 triệu
tấn/năm, cây rừng thưa 7,79 triệu tấn/năm, ngành giấy 5,58 triệu tấn/năm và các nguồn
khác với sinh khối nhỏ hơn 3 triệu tấn/năm [10].
Trong những năm gần đây đã có một số nghiên cứu về TSH cho thấy: bón TSH
cho cây lúa ở đất dốc tụ vùng núi tỉnh Thanh Hóa và Thái Nguyên giúp tăng năng suất
14 - 33% (Nguyễn Công Vinh và cộng sự 2013) [13]. Kết quả nghiên cứu Mai Văn
Trịnh (2012) [11], trên đất bạc màu ở Sóc Sơn, bón TSH cho năng suất lúa tăng từ 2,0
- 8,1%; tăng năng suất rau muống cạn 4,7 - 22,1%; rau mồng tơi 6,2 - 35,5%; Bổ sung
1% và 3% biochar không làm tăng số hoa trên cây nhưng làm tăng tỷ lệ đậu quả, tăng
khối lượng trung bình quả, tăng năng suất cá thể cà chua từ 23,6% đến 39,8% (Vũ Duy
Hoàng và cộng sự 2013) [6]. Trên đất cát khơ hạn ở Bình Định, bón TSH tăng năng
suất lạc 23,3 - 30,6% trên nền NPK, và 12,0 - 46,4% trên nền phân chuồng (Hoàng
Minh Tâm và cộng sự, 2013) [9] so với đối chứng.
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng lúa tại Thái Ngun và Thanh Hóa
Thái Ngun
Cơng thức

Năng suất So sánh năng
trung bình suất khi chỉ
(Tấn/ha) bón NPK (%)

Thanh Hóa
Năng suất
trung bình
(Tấn/ha)

So sánh năng
suất khi chỉ bón
NPK (%)

NPK

5,54

100

5,73

100

2,5 tấn TSH

4,34

78,2

4,47

78,1

NPK + 0,5 tấn TSH

5,94

107,1

6,06

105,9

NPK + 2,5 tấn TSH

6,78

122,3

6,77

118,2

NPK + 10 tấn compost

7,20

130,0

7,07

123,5
Nguồn: [13]

11


Bảng 1.3. Ảnh hưởng của TSH lên sản lượng rau tại Thái Ngun và Thanh Hóa
Thái Ngun (rau mồng tơi)
Cơng thức

Thực tế của nông
dân
Compost không TSH
+ NPK
Compost 5% TSH +
NPK
Compost với 25%
TSH + NPK

Thanh Hóa (rau muống)

Năng suất
trung bình
(Tấn/ha)

So sánh năng
suất khi chỉ
bón NPK (%)

Năng suất
trung bình
(Tấn/ha)

So sánh năng
suất khi chỉ
bón NPK (%)

14,33

100

16,83

100

17,67

123,3

22,43

133,3

17,50

122,1

22,80

135,5

15,00

104,7

17,80

106,2
Nguồn: [13]

Ghi chú: TSH sử dụng ở Thái Nguyên làm từ rơm, ở Thanh Hóa TSH được sản xuất từ
trấu + tre + cây gỗ; NPK lần lượt là 90 - 60 - 60 kg/ha; Compost gồm phân trâu bị +
chất thải nơng nghiệp.
Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Khởi Nghĩa và cộng sự, 2015 [8] Biochar
có khả năng cố định vi khuẩn phân hủy thuốc trừ sâu Propoxur, Paracoccus sp. P23-7
trong mơi trường khống tối thiểu lỏng. Trong môi trường nước ở pH ≥ 7, than sinh
học biến tính từ lõi ngơ có tiềm năng loại bỏ amoni trong mơi trường nước. Việc bón
TSH và Tro vào đất có thể làm gia tăng sự hấp phụ đạm dạng NH 4+, tuy nhiên sự hấp
phụ này thấp và dễ bị nitrat hóa trong điều kiện ủ thống khí (Nguyễn Mỹ Hoa, 2013)
[5]. Việc bón TSH cho cây rau và cây lúa đều có hiệu quả cao thể hiện ở các chỉ tiêu
sinh trưởng và năng suất các cơng thức bón TSH đều cao hơn cơng thức đối chứng chỉ
bón NPK, bón TSH làm tăng năng suất cải bẹ xanh từ 26 - 44%, tăng năng suất bắp cải
từ 17,2 - 22,7%, tăng năng suất lúa từ 7,7 - 10,6% so với đối chứng (Phạm Anh Hùng
và cộng sự, 2018) [7].
Sử dụng phân hỗn hợp khống có hàm lượng dinh dưỡng cao, chứa TSH là
những tiến bộ trong khoa học, nó khơng chỉ tăng năng suất cây trồng mà cịn giảm
thiểu ơ nhiễm mơi trường do sự phát thải khí nhà kính. Nhiều nghiên cứu gần đây cho
thấy bón TSH, các phân tử hữu cơ di động trên than có thể làm tăng các vi sinh vật có

ích cũng như tăng hoạt tính sinh học. Các phức hợp của các sản phẩm hữu cơ như TSH
với phân khoáng sẽ là cơ sở tạo nên nền nông nghiệp xanh và hiệu quả kinh tế cao hơn
ở Việt Nam.
12


Các nghiên cứu ứng dụng TSH trong nông nghiệp ở nước ta mới chỉ là những
nghiên cứu nhỏ ở vùng Đồng Bằng sông Hồng và Đồng Bằng sông Cửu Long. Việc
nghiên cứu sản xuất và sử dụng TSH đối với vùng duyên hải miền Trung sẽ tận dụng
được nguồn hữu cơ có sẵn của vùng này nhằm tăng độ ẩm, cải tạo đất, tăng năng suất
cây trồng, bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.
1.3. Tổng quan về đất cát biển ở Hà Tĩnh
Vùng đất ven biển là khu vực chuyển tiếp giữa lục địa và biển, là một vùng
động và nhạy cảm, là một hệ thống lãnh thổ đặc trưng bởi các quá trình tương tác, các
hệ tự nhiên trong nó dễ bị lệ thuộc vào các nhiễu loạn tự nhiên và tác động nhân sinh.
Hà Tĩnh có 137 km bờ biển, chạy dài từ Cửa Hội (18o 46' 00'' VĐB, 105o 45'
00'' KĐĐ) đến đèo Ngang (17o 57' 40'' VĐB, 106o 30' 40'' KĐĐ), đạt tỷ lệ đường bờ
biển trên diện tích tự nhiên là 2,3km/km2, lớn hơn tỷ lệ này ở Nghệ An và Thanh Hóa.
Nằm trên dải cồn cát ven biển Miền Trung, đất ven biển Hà Tĩnh có diện tích
chủ yếu là vùng cồn cát và đất cát ven biển Hà Tĩnh từ Cửa Hội đến Đèo Ngang có
diện tích là 78.281,3 ha, chiếm 11,9% diện tích tự nhiên tồn tỉnh. Đất cồn cát, bãi cát
hoang hố là 20.329,4 ha (trong đó diện tích đất cát bằng là 5.695,05 ha) phân bố trên
địa bàn 5 huyện: Nghi Xuân, Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh, bao gồm 76
xã trong đó 32 xã có bờ biển và 24 xã có cửa lạch.
Dải cát ven biển Hà Tĩnh là vùng đất khô cằn, ít khả năng sinh lợi, điều kiện
thời tiết khắc nghiệt. Khí hậu có 2 mùa rõ rệt, mùa mưa kéo dài từ cuối tháng 9 đến
tháng 3 năm sau, kèm với nạn úng cục bộ. Cuối mùa mưa, mưa phùn kéo dài nên các
hoạt động canh tác cây trồng cạn vụ xuân sớm gần như bị ngừng trệ. Mùa nắng từ
tháng 4 đến tháng 9, gió phơn tây nam khơ nóng hoạt động mạnh, gây hạn hán vào các
tháng 7,8,9. Tần suất bão 2 lần/năm. Địa hình bị chia cắt khá phức tạp bởi các sông,

lạch, cồn cát, đụn cát và núi đá. Gió và cát di động mạnh hình thành nên nhiều cồn cát,
đụn cát, chiều cao bình quân của các đụn cát từ 4 - 5 m, có nơi đến 15 - 20 m và có xu
hướng lấn dần vào diện tích đất canh tác nơng nghiệp phía nội đồng, làm tăng nhanh
diện tích hoang mạc hố. Việc khai thác quặng Ilmenit, Ziacon, nuôi trồng thuỷ sản
trên cát không chú trọng tới bảo vệ môi trường, cùng với hiện tượng cát bay, cát chảy
do gió và mưa làm bồi lấp ruộng đồng. Ở nhiều khu vực trong vùng, các hoạt động
kinh tế nói trên đã trở thành vấn nạn, thúc đẩy nhanh q trình hoang mạc hóa, nhất là
những vùng chưa có hệ thống rừng phịng hộ. Hàng năm tồn tỉnh có thêm 60 ha đất
nơng nghiệp bị cát phủ không sản xuất được, đây là thiệt hại lớn cho người dân.
Dải cồn cát ven biển Hà Tĩnh kéo dài 137 km theo phương Bắc - Nam không
liên tục, bị chia cắt bởi các nhánh núi đâm ngang ra biển và các cửa sông, lạch triều đổ
13


ra biển, bị giới hạn về phía bắc bởi sơng Lam đổ ra cửa Hội, về phía nam bởi dải
Hồnh Sơn giáp ranh tỉnh Quảng Bình. Trên đoạn bờ biển này có sơng Hạ Vàng đổ ra
cửa Sót, sơng Cầu Nậy thuộc địa phận Cẩm Xuyên đổ ra cửa Nhượng, sông Ngả Ba
thuộc địa phận Kỳ Anh đổ ra cửa Khẩu. Căn cứ vào đặc điểm địa lý và mức độ chia
cắt ngang, có thể sơ bộ chia dải cồn cát ven biển Hà Tĩnh thành 3 vùng qui mô lớn.
Vùng 1: Từ cửa Hội đến cửa Sót, thuộc địa phận 2 huyện Nghi Xuân và Can
Lộc. Đặc trưng của vùng này là cồn cát cao, độ cao dao động từ 5 - 10 m, cát mịn, tỷ lệ
limon cao và có màu vàng. Tổng diện tích tự nhiên của vùng là 22.149,61 ha; trong đó
đất cát bằng (đất máng trũng) hoang hoá là 1.243 ha. Đây là vùng trồng phi lao rất tốt.
Hiện tại ở dãy cồn cát sát gần biển về cơ bản đã được đầu tư trồng rừng phi lao chắn
gió, chắn cát.
Vùng 2: Từ cửa Sót đến cửa Nhượng, thuộc địa phận 2 huyện Thạch Hà và
Cẩm Xuyên. Đặc trưng của vùng này là cồn cát có độ cao thay đổi trong khoảng lớn,
từ 3 - 5 m đến 16 - 22 m. Bề mặt cồn cát lượn sóng, có những đụn cao xen với những
máng trũng tương đối bằng phẳng. Thành phần cơ giới chủ yếu là cát thô, hạt to, màu
vàng, màu trắng, rất nghèo chất dinh dưỡng. Thảm thực vật chủ yếu là phi lao, tràm tự

nhiên. Tổng diện tích tự nhiên của tồn vùng là 17.934,05 ha trong đó đất cát bằng
hoang hố chưa sử dụng là 2.403,32 ha. Diện tích này có thể cải tạo để xây dựng mơ
hình phát triển kinh tế tổng hợp và di dân chinh phục vùng cát.
Vùng 3: Từ cửa Nhượng đến đèo Ngang, thuộc địa phận các xã ven biển của
huyện Kỳ Anh. Đặc trưng của vùng này là cồn cát cao từ 6 - 10 m . Thành phần cơ
giới hạt to, cát trắng, rất nghèo chất dinh dưỡng. Thảm thực vật ở đây chủ yếu là cây
lùm bụi chịu hạn, một vài nơi có rừng trồng phi lao. Tổng diện tích tự nhiên của tồn
vùng là 38,917,64 ha trong đó đất cát bằng hoang hố chưa sử dụng là 2.048,19 ha.
Nhìn chung ở cả 3 vùng này đất cồn cát và đất cát hoang hố chưa sử dụng cịn
khá nhiều, tổng diện tích lên đến 5.700 ha, trong lúc đó đời sống người dân ven biển
cịn rất khó khăn, ngành nghề phụ ít; thu nhập từ nuôi trồng, đánh bắt thuỷ sản không
đáng kể; thu nhập từ sản xuất nông nghiệp thấp do đất đai bị cát lấn, nhiễm mặn. Vì
vậy, cải tạo, khai thác, sử dụng đất đai ven biển để phát triển kinh tế bền vững bằng
các mơ hình thích hợp được coi là phương sách tốt nhất để đảm bảo an sinh xã hội và
cần được tổ chức thực hiện.
Đất cát biển tuy nghèo dinh dưỡng và có thành phần cơ giới nhẹ nhưng vẫn có
khả năng canh tác lúa và cây rau màu cho năng suất. Việc đảm bảo tưới tiêu chủ động,
tăng cường bón phân đặc biệt là phân hữu cơ được coi là điều kiện cần thiết. Ngoài ra,
để bảo vệ đất canh tác ven biển cần có đai rừng chắn cát bay bằng các hệ thống vành
đai phi lao, keo…
14


CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu:
- Than sinh học: được sản xuất từ rơm rạ, vỏ trấu (với tỷ lệ phối trộn rơm rạ: vỏ
trấu xấp xỉ là 1:10)
- Cây trồng: Giống lúa NA2 và giống rau bắp cải CB 26

- Đất thí nghiệm: Đất cát biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh
b) Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Nghiên cứu được thực hiện tại xã Thạch Liên và xã
Thạch Sơn của huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
- Phạm vi thời gian:
+ Nghiên cứu về tính chất đất: 2019 - 2020
+ Đánh giá sinh trưởng, năng suất cây trồng: vụ Đông 2019, vụ Xuân và vụ Hè
Thu 2020
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá một số tính chất cơ bản của than sinh học sử dụng cho các thí nghiệm
đồng ruộng.
- Đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng than sinh học đến một số tính chất đất
chuyên trồng lúa và chuyên trồng rau ở khu vực nghiên cứu trước và sau thí nghiệm.
- Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học kết hợp với phân bón đến năng suất của
cây lúa trên vùng đất cát biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
- Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học kết hợp với phân bón đến năng suất của
cây rau bắp cải trên vùng đất cát biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập thông tin
- Dữ liệu được thu thập từ dữ liệu thứ cấp có chọn lọc ở các cơ quan nghiên cứu,
các ban ngành cấp tỉnh, cấp huyện, bao gồm: báo cáo, số liệu thống kê, các tài liệu về
đất đai, khí hậu, sản xuất nơng nghiệp của vùng nghiên cứu.
- Thu thập các tài liệu, kết quả nghiên cứu đã có về các vấn đề liên quan đến đề
tài từ các sách, bài báo khoa học trong và ngoài nước.
- Thu thập tài liệu sơ cấp thông qua quan sát, ghi chép trực tiếp từ địa bàn nghiên
cứu, thông qua phỏng vấn lãnh đạo địa phương, cán bộ chuyên môn và người dân.
15


2.3.2. Phương pháp khảo sát thực địa

a. Phương pháp lấy mẫu đất
- Tiến hành lấy mẫu đất trước thí nghiệm và sau thí nghiệm:
+ Lấy mẫu đất trước thí nghiệm: Tiến hành lấy 2 mẫu hỗn hợp trên 2 ruộng khác
nhau (1 mẫu trên ruộng chuyên lúa, 1 mẫu trên ruộng chuyên màu).
+ Lấy mẫu đất sau thí nghiệm: Tiến hành lấy mẫu trên các cơng thức thí nghiệm
khác nhau: 4 công thức x 3 lần nhắc lại x 2 thí nghiệm = 24 mẫu đất
Vậy tổng số mẫu đất cần lấy là: 26 mẫu, gồm 2 mẫu đất trước thí nghiệm và 24
mẫu đất sau thí nghiệm.
- Cách lấy mẫu: ở mỗi ơ thí nghiệm, tiến hành lấy 1,0 kg mẫu đất tầng mặt, độ
sâu không quá 30 cm, bằng phương pháp đường chéo 5 điểm sau đó trộn đều lại (Bản
đồ vị trí điểm điều tra, lấy mẫu đất được đính kèm phần Phụ lục 01).
b. Phương pháp lấy mẫu cây
Tiến hành lấy các mẫu cây thí nghiệm ở các thời kỳ sinh trưởng để đo đếm các
chỉ tiêu:
- Đối với cây lúa: Trong mỗi cơng thức thí nghiệm chọn ngẫu nhiên 5 khóm
bao gồm cả thân, lá, hạt (thân lúa được cắt sát gốc) theo quy tắc đường chéo 5 điểm ở
3 thời kỳ: đẻ nhánh rộ, trỗ 10%, thời kỳ chín sáp và thời kỳ thu hoạch để đo, đếm các
chỉ tiêu. Đối với việc đánh giá các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất, mẫu được
lấy 1 lần khi thu hoạch.
- Đối với cây rau bắp cải: Chọn cây đại diện theo mỗi cơng thức thí nghiệm, thu
cả gốc, rễ và tồn bộ lá già theo phương pháp ngẫu nhiên, rủ bỏ sạch hết đất ở phần rễ
cây, mỗi cơng thức thí nghiệm chọn 3 cây, tiến hành đo đếm các chỉ tiêu. Đối với việc
đánh giá các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất, mẫu được lấy 1 lần khi thu
hoạch.
2.3.3. Phương pháp sản xuất than sinh học
Phương pháp sản xuất TSH trong nghiên cứu, đã ứng dụng lò ĐK-TR3 để sản
xuất TSH, đây là loại lò và kỹ thuật được Dự án ACIAR No-8733 do Viện Thổ nhưỡng
Nơng hóa nghiên cứu và hoàn thiện, với sự tài trợ của ADB, đã được Bộ NN&PTNT
và ADB chấp nhận, phổ cập.
Vật liệu được lựa chọn để sản xuất TSH là các phụ phẩm nông nghiệp: rơm rạ, vỏ

trấu đốt theo phương pháp hạn chế ơxy trong lị nung cải tiến ĐK-TR3 ở nhiệt độ
16


600oC. Lị cải tiến ĐK-TR3, có cấu tạo đơn giản, có dạng ống thùng phuy với 3 phần
chính, phần dưới cùng là đáy lị, dưới đáy lị có cửa đốt có nắp đậy; phần ở giữa là
buồng đốt, phần này gồm 3 buồng đốt, mỗi buồng đốt có 2 lỗ thăm đối diện nhau, bên
trong mỗi buồng đốt có ống thơng khí nối từ đáy lị lên ống khói, ở mỗi tầng có 5 lỗ
dọc theo ống thơng khí; Ở mỗi buồng đốt có 1 đĩa ngăn được cấu tạo có từ 90 - 95 lỗ ø
lọt thép 6; Phần trên cùng là ống khói có đường kính 20 cm, cao 1,5 m.
Cấu tạo của lị đốt ĐK-TR3

Hình 2.1. Cấu tạo của lò đốt ĐK-TR3
TSH được sản xuất từ hai loại vật liệu rơm rạ và trấu, bằng phương pháp nhiệt
phân gián tiếp. Trong phương pháp này, sử dụng rơm rạ với mục đích là làm nền lót
giúp ngăn khơng cho trấu lọt qua đĩa ngăn giữa các buồng đốt. Cho khoảng 0,5 - 3 kg
rơm rạ vào đáy lò và dùng gậy san bằng, tiếp tục cho khoảng 3 - 5 kg trấu vào trong lò
và san bằng, cho tiếp rơm rạ và trấu từng lớp xen kẽ cho đến khi đầy khoang 1. Đậy
đĩa ngăn lên, tiếp tục cho rơm rạ và trấu như trên cho đến khi cao bằng ống giữa bên
trong lò (Khối lượng chất đốt cho 1 lần đốt là: từ 20 - 25 kg trấu và 2 - 3 kg rơm rạ (tỷ
lệ giữa rơm rạ và trấu xấp xỉ 1 : 10). Dùng 1 nắm rơm rạ đặt trên đỉnh ống dẫn giữa
bên trong lò đốt. Cắm các que kiểm tra vào các lỗ kiểm tra trên thân lị. Mở rộng cửa
lấy khí (cửa hình chữ nhật ở phần đáy lị), sau đó dùng 3 - 4 thanh củi khô đốt lửa cho
cháy và cho vào giữa lị (ở vị trí có ống dẫn khí giữa), sau 2 - 3 phút thì nắm rơm trên
đỉnh ống dẫn giữa bắt đầu cháy thì đậy nắp lò lại. Sau thời gian từ 1,5 - 2 tiếng khi quá
trình cháy kết thúc, vật liệu rơm rạ và trấu trong các khoang đốt được nhiệt phân thành
TSH. Khối lượng TSH thu được xấp xỉ bằng 30% so với khối lượng vật liệu rơm rạ
hoặc trấu trước khi nhiệt phân. Trong quá trình nhiệt phân, nhiệt độ trong lò được đo
bằng nhiệt kế cho kết quả dao động trong khoảng 500oC đến 600oC.
17