Mở đầu
Hiện nay, các nớc trên thế giới đang quan tâm đến việc sử dụng phân hữu cơ nói
rộng hơn là phân sinh học bao gồm phân chuồng, phân ủ, phân xanh, và các loại phân vi
sinh.
Quy trình sản xuất phân rác hữu cơ (compost) từ rác thải sinh hoạt đã góp phần xử
lý một lợng lớn các chất thải hữu cơ, chuyển hóa nó thành sản phẩm có ích cho nông
nghiệp. ấn Độ hàng năm sản xuất khoảng 268 triệu tấn phân ủ từ các chất thải nông thôn
và thành phố tơng đơng với 3,5- 4,0 triệu tấn NPK. Trung Quốc cũng sản xuất và sử dụng
lợng phân hữu cơ tơng đơng với 918 tấn NPK nguyên chất [11]. ở Việt Nam cũng đã có
một số nhà máy chế biến compost nh Xí nghiệp xử lí rác thải sản xuất phân hữu cơ vi sinh
Cầu Diễn (Hà Nội), Xí nghiệp Huđavil (sản xuất compost từ bã bùn mía) ở công ty mía đ-
ờng Nông Cống ( Thanh Hóa) và ở một số tỉnh phía Nam [9].
Phân hữu cơ vi sinh là một sản phẩm tốt có tác dụng cải thiện tích chất vật lý của
đất, chống xói mòn, tăng độ phì nhiêu của đất và góp phần làm tăng năng suất cây trồng.
ở nớc ta, trớc năm 1954 thì nông nghiệp Việt Nam là nông nghiệp hữu cơ, nông dân ta có
tập quán dùng phân chuồng để bón cho cây trồng. Về sau, việc dùng phân hóa học ngày
càng tăng do trong nớc đã sản xuất đợc phân hóa học và nhập phân hóa học từ nớc ngoài,
lợng phân hữu cơ sử dụng ngày một giảm. Đối với phân hữu cơ làm từ rác thải mọi ngời
thậm chí còn e ngại khi sử dụng. điều này có tác dụng ngày càng xấu đối với con ngời và
môi trờng sống đặc biệt là môi trờng đất [4].
Nhằm góp phần vào việc khảng định tác dụng của compost làm từ rác thải sinh hoạt
đối với đất và cây trồng chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hởng của loại phân này tới một
số thành phần dinh dỡng đa lợng của đất trồng (chất hữu cơ, nitơ, photpho, kali). Bên cạnh
đó, chúng tôi cũng xem xét ảnh hởng trực tiếp của compost tới năng suất cây trồng.
1
Phần 1: tổng quan
1.1. Đất
1.1.1. Chất hữu cơ
1.1.1.1 Chu trình cacbon
Sự phân hủy của xác thực vật và động vật chết trong đất là một quá trình sinh học
vô cùng phức tạp: C đợc tái tuần hoàn lại khí quyển dới dạng CO
lệ phân bố của các hợp chât hữu cơ trong đất nh sau:
Thành phần % tính theo khối lợng
Các hợp chất không phải mùn
Lipit 1 6%
Carbohydrate 5 25%
Protein/ peptit/ amino axit 9 16%
Các thành phần khác Vết
Các hợp chất mùn Tới 80%
2
Nhìn chung, chất hữu cơ của đất có thể đợc mô tả nh là một mạng lới xoắn phức tạp của
các hợp chất mùn và không phải mùn, và hấp thụ trên đó các thành phần khoáng và các
ion kim loại tạo phức.
Hình 1.1: Chu trình cacbon
1.1.1.2.1 Thành phần chất hữu cơ không phải mùn
Lipit: Là nhóm hợp chất tan trong các dung môi có độ phân trung bình nh benzen,
aceton, cloroform và hexan, một số tan trong các dung môi có độ phân cực cao hơn nh
methanol, ethanol. Chúng bao gồm cả những axit hữu cơ đơn giản đến cả những chất béo,
sáp, nhựa phức tạp hơn. Khoảng 1.2- 6.3% hợp chât hữu cơ của đất ở dới dạng lipit.
Carbohydrate: 5 25% tổng chất hữu cơ trong đất tồn tại dới dạng carbohydrate.
Thực vật cung cấp carbohydrate dới dạng các đờng đơn, cellulose, hemicellulose, nhng
chúng nhanh chóng bị vi khuẩn, xạ khuẩn, và nấm phân hủy để tổng hợp thành tế bào và
các polysaccharide của dịch bào. Carbohydrate trong đất thờng xuất hiện ở các dạng sau:
- Các đờng tự do ( nồng độ thấp) trong dung dịch đất
- Các carbohydrate phức tạp có thể chiết, tách từ các hợp phần hữu cơ khác
3
Các hợp chất hữu cơ
Các protein (C, N, P, S)
Axit nucleic (C, N, P)
Polysaccharide (C)
Lignin (C)
có độ xốp (dễ thấm nớc và không khí) cao hơn các đất có hàm lợng polysaccharide thấp.
Carbohydrate cũng tạo thành các phức với các ion kim loại để làm tăng giá trị sinh học
của kim loại. Các tính chất khác của đất bị ảnh hởng bởi polysaccharide gồm: khả năng
trao đổi ion, mức độ hoạt động sinh học.
Độ ổn định của các polysaccharide trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm:
mức độ phức tạp của cấu trúc (làm giảm khả năng phân hủy sinh học của chúng), khả
năng hấp phụ lên bề mặt lớp khoáng, hoặc oxit kim loại, sự tạo thành của các muối không
tan hoặc các phức chelate với các ion polyvalent và sự hấp phụ hoặc liên kết cộng hóa trị
với các hợp chất mùn.
Các thành phần protein: 30 45% nitơ hữu cơ trong đất đợc tìm thấy dới dạng
amino axit sau khi thủy phân trong dung dịch axit. Điều đó cho thấy phần lớn nitơ trong
đất là ở dạng protein- N. Giả sử rằng đất có tỉ lệ C/N là 12 thì 9 16% hợp chất hữu cơ
có thể tồn tại dới dạng hợp chất protein.
Protein có thể tồn tại trong đất dới các dạng:
- Các aminoaxit tự do (nồng độ thấp) trong dung dịch đất
- Aminoaxit, peptide và protein liên kết với lớp khoáng và lớp mùn.
- Các mucopeptide và teichoic axit có nguồn gốc từ thành tế bào vi khuẩn [18].
1.1.1.2.2. Các hợp chất mùn
Các hợp chât mùn là phân đoạn hoạt động nhất của chất hữu cơ trong đất. Chúng là
một loạt các hợp chất có tính axit cao, có màu từ vàng đến đen. Hai thành phần quan trọng
nhất của mùn là axit humic và axit fulvic. Những hợp chất này đợc tạo thành từ phản ứng
tổng hợp thứ cấp và có tính chất khác biệt với các polyme sinh học của cơ thể sống kể cả
lignin của thực vật bậc cao.
Axit humic: Là một trong những hợp chất hữu cơ phân bố rộng rãi nhất trên trái đất.
Chúng đợc tìm thấy không chỉ trong đất mà còn trong các trầm tích biển và hồ, than
bùn, compost, nớc tự nhiên, bùn thải, đá phiến sét có cacbon, than nâu,.... Tổng lợng C
trên trái đất dới dạng axit humic khoảng 55x10
14
kg. Axit humic gồm hai loại là axit
humic nâu và axit humic xám. Axit humic nâu có màu nâu sáng, ít polyme hóa, khá di
có thể gồm 1 hoặc nhiều những loại hợp chất sau:
- Axit humic liên kết chặt chẽ với các hợp chất khoáng đến mức mà không thể tách
chúng ra.
- Các humic có mức độ ngng tụ cao có hàm lợng cacbon lớn (>60%) nên không tan
trong kiềm.
- Fungal melanin có tính chất tơng tự nh axit humic và ít tan trong kiềm
Tất cả các loại đất đều chứa nhiều loại hợp chất mùn khác nhau nhng tỉ lệ phân bố
của chúng khác nhau ở các loại đất khác nhau và ở độ sâu khác nhau [18].
ở Việt Nam, đất đợc hình thành trong điều kiện nhiệt đới ẩm với quá trình feralit là
chủ đạo. Đây là nguyên nhân làm cho đất thờng nghèo dinh dỡng và có tính axit cao.
Những yếu tố này cũng đã tác động sâu sắc đến sự tích lũy cũng nh thành phần của chất
mùn trong đất. Theo nghiên cứu của Nguyễn Xuân Cự, đợc thực hiện trên 63 mẫu đất tầng
mặt đợc lấy từ nhiều vùng khác nhau với các loại đất khác nhau cho thấy các đất khá
5
nghèo chất hữu cơ: 52% số mẫu có hàm lợng chất hữu cơ trong khoảng 10- 20 gC/kg,
27% số mẫu có dới 10 gC/kg đất và 21% số mẫu có 20- 35 gC/kg đất. Đất phèn có hàm l-
ợng chất hữu cơ trung bình là 33,4 gC/kg, đất phù sa chua là 32,8 gC/kg đất. Các đất xám
bạc màu và đất cát có hàm lợng hữu cơ rất thấp chỉ ở mức 7,9 và 6,7 gC/kg đất. Nhìn
chung các chất mùn trong đất có tính di động cao do các axit mùn ở dạng tự do chiếm u
thế trong thành phần chất mùn đất. Hàm lợng mùn liên kết với sắt nhôm và phần khoáng
đất thờng có giá trị lớn hơn so với liên kết với canxi [2].
1.1.1.3. Vai trò và chức năng của chất hữu cơ trong đất
Chất hữu cơ có một ảnh hởng đáng kể tới năng suất mùa màng và các tính chất của
đất. Sự có mặt của chất hữu cơ tạo nên sự khác biệt giữa đất trơ hoặc cát với đất có sự
sống. Nó là nơi c trú của vi sinh vật và hệ động vật lớn và là nguồn cung cấp năng lợng
cho vi sinh vật. Khi các nhân tố khác đợc cố định (khí hậu, chế độ tới tiêu,....) thì đất giàu
mùn màu mỡ hơn đất nghèo mùn.
Mùn phản ánh độ phì nhiêu của đất thông qua các ảnh hởng rõ ràng của nó lên tính
chất hóa học, lý học và sinh học của đất. Nó có chức năng cung cấp dinh dỡng cho sự phát
triển của cây trồng (cung cấp nitơ, photpho, lu huỳnh), cải thiện tính chất vật lý và cấu
làm lỏng cấu trúc đất mà còn làm đất thoáng khí và thấm nớc. Giun chí có thể sinh sôi
mạnh mẽ trong đất với tính chất vật lý tốt và đợc cung cấp nhiều hợp chất hữu cơ.
4. Chất hữu cơ ảnh hởng tới sự phát triển của các thực vật bậc cao: Các hợp chất hữu
cơ có ảnh hởng trực tiếp tới sinh lý trong quá trình phát triển của thực vật. Một số hợp
chất nh các phenolic, các axit béo mạch ngắn có tính độc với thực vật nhng số khác nh
auxin lại có tác dụng kích thích sự phát triển của thực vật bậc cao.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng dới điều kiện bình thờng axit humic và axit fulvic có khả
năng kích thích sự phát triển của thực vật. Ngời ta thờng giải thích điều này là các axit đó
hoạt động giống nh là các hormone sinh trởng. Chúng hoạt hóa oxi trong quá trình quang
hợp. Các ảnh hởng đã đợc biết đến của hợp chất mùn dới điều kiện phòng thí nghiệm là:
- Tăng chiều cao và khối lợng tơi cũng nh khố lợng khô của rễ, cành
- Tăng sự phát triển của rễ và số lợng rễ bên
- Giúp hạt nẩy mầm nhanh sau khi ơm
- Tăng khả năng ra hoa
5. Cải thiện trạng thái vật lý đât: Mùn có ảnh hởng đáng kể tới cấu trúc của hầu hết
các loại đất. Sự thoái hóa cấu trúc đất do trồng trọt có thể bổ sung đủ lại bằng mùn.
Khi mùn bị mất, đất có xu hớng trở nên cứng, vón cục, kết lại với nhau. Việc chuẩn bị
đất gieo hạt và trồng trọt sẽ dễ dàng hơn khi hàm lợng mùn cao
Mức độ thoáng khí, khả năng giữ nớc và tính thấm của đất cũng bị ảnh hởng bởi
mùn. Việc bổ sung thờng xuyên các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy dẫn tới việc tổng hợp
các polysaccharide và các hợp chất hữu cơ khác có tác dụng liên kết các hạt đất vào trong
các đoàn lạp. Các đoàn lạp này sẽ giữ đất ở trạng thái xốp, dễ hấp thu. Nuớc do đó dễ
thâm nhập và thấm sâu xuống đất.
6. Chất hữu cơ chống xói mòn đất: mùn tăng khả năng chống xói mòn và khả năng giữ
nớc cho đất. Nó giúp tạo thành các đoàn lạp đất và giữ đợc các lỗ hổng lớn mà thông
7
qua đó đất có thể thâm nhập và thấm sâu. Trong các đoàn lạp, các hạt đất riêng rẽ
không dễ bị rửa trôi theo nớc. Sự kết hợp giữa khả năng thâm nhập nớc tăng và sự tạo
thành các hạt đất có khả năng chống xói mòn đã giảm đáng kể sự xói mòn và tăng khả
năng giữ nớc cho nhu cầu sử dụng của thực vật và tái tạo lại nguồn nớc ngầm. Quá
dụng phân nitơ một cách tự do [14].. 1.1.2.2. Các dạng tồn tại của nitơ trong đất
Trên thế giới, hàm lợng nitơ trên bề mặt đất trong khoảng 0,02- 0,4%. Trong lớp
đất cày hàm lợng nitơ khoảng 2,5%.
Nitơ trong đất có thể chia thành hai dạng: nitơ dạng hữu cơ và nitơ dạng vô cơ.
Dạng hữu cơ: dạng hữu cơ có nguồn gốc từ xác thực vật và động vật. Chúng thờng ở
dới dạng protein, amono axit tự do, đờng amino, và các hợp chất phức tạp khác. 20-
40% tổng nitơ trong đất ở dới dạng protein.
Các dạng vô cơ: dạng vô cơ gồm nitơ tồn tại dới dạng ion và dạng khí.
Dạng ion: bao gồm NH
4
+
,NO
2
-
và NO
3
-
. Các dạng này chiếm khoảng 2- 5% tổng
nitơ. Chúng đợc giải phóng từ quá trình khoáng hóa hợp chất hữu cơ có chứa nitơ. Bên
cạnh đó, phân bón cũng cung cấp nitơ dới dạng ion. Trừ NO
2
-
, nitơ dới dạng ion là quan
trọng nhất đối với độ phì nhiêu của đất
Dạng khí: bao gồm N
2
, N
2
O, NO
2
NH
4
+
và NO
3
-
. Tuy nhiên, cây phát triển tốt nhất khi đợc cung cấp đủ cả NH
4
+
, NO
3
-
chứ
không chỉ đợc cung cấp một trong hai loại trên [13].
1.1.2.3. Các quá trình chuyển hóa của nitơ trong đất
Sự chuyển hóa của nitơ trong đất thông qua hai quá trình chính là: quá trình khoáng
hóa và quá trình cố định nitơ. Hai quá trình này là thuận nghịch:
N- hữu cơ NH
3
, NO
3
-
Các quá trình này dẫn tới sự chuyển hóa tơng hỗ giữa nitơ dạng vô cơ và nitơ dạng
hữu cơ. Nếu hàm lợng nitơ khoáng trong đất giảm thì khi đó quá trình khoáng hóa sẽ
chiếm u thế hơn quá trình cố định [18].
1.1.2.3.1. Quá trình cố định
9
Khoáng hóa
Cố định
Trong quá trình phân hủy xác động vật và thực vật đặc biệt là những hợp chất có
NH
4
+
NO
2
2-
NO
3
-
Quá trình amoni hóa: Là quá trình phân hủy bởi enzim trong đó nitơ hữu cơ sẽ đợc
chuyển về dạng NH
3
. Nguyên liệu đầu cho quá trình này là các phân tử lớn (protein,
axit nucleci, aminopolysaccarit). Từ đó, các hợp chất chứa nitơ hữu cơ đơn giản hơn
nh amino axit, purine và các bazơ pyrimidine, đờng amino đợc tạo thành. Các hợp chất
này lại đợc vi sinh vật tiêu thụ và phân hủy tạo thành NH
3
.
Bẻ gẫy protein và peptit: Dới tác dụng của các enzim thủy phân protein và enzim
thủy phân peptit các hợp chất này phân hủy tạo thành các amino axit. Các amino axit dới
tác dụng của các enzim dehydro hóa và oxi hóa amino axit sẽ phân hủy tạo thành NH
3
:
Protein, peptit Amino axit NH
3
Phản ứng tiêu biểu cho sự phân hủy amino axit nh sau:
10
Proteinase
Peptitdase
Amino axit
pyrimidin và các hợp phần pentose với enzim nucleosidase. Các hợp chất này cuối cùng sẽ
phân hủy tạo thành NH
3
với enzim amidohyrolyase và amidinohydrolyasa:
Sự phân hủy các đờng amino: Các đờng amino là một thành phần cấu trúc của
thành tế bào vi sinh vật. Nó ở dạng liên kết với mucopeptit và mucoprotein. Sự tạo thành
NH
3
từ glucosamin (một đờng amino phổ biến trong đất) đợc xúc tác bởi hai enzim
glucosamine kinase và glucosamine-6-photphat isomerase. Sản phẩm tạo thành là amoniac
và fructose-6-photphat.
Sự amoni hóa ure: Ure có trong thành phần của nớc tiểu ngời và động vật. quá
trình amoni hóa ure chia làm hai giai đoạn: giai đoạn đầu dới tác dụng của enzim ureaza
tiết ra bởi các vi sinh vật, ure sẽ bị phân hủy tạo thành muối cacbonat amoni; giai đoạn hai
amoni cacbonat chuyển thành NH
3
, CO
2
, và H
2
O:
CO(NH
2
)
2
+ 2H
2
O = (NH
4
)
Amidinohydrolyases
Một số vi khuẩn có khả năng phân giải ure cao nh Planosarcina urease, Micrococcus
ureaza, Bacillus amylovorum,... Đa số vi sinh vật phân giải ure thuộc nhóm hiếu khí hoặc
kỵ khí không bắt buộc, chúng a pH trung tính hoặc hơi kiềm.
Quá trình nitrat hóa:
Sau quá trình amon hóa, NH
3
hình thành, một phần đợc cây trồng hấp thụ, một
phần phản ứng với các anion trong đất tạo thành các muối amon. Một phần muối amon
cũng đợc cây trồng và VSV hấp thụ. Phần còn lại đợc oxi hóa thành dạng nitrat gọi là quá
trình nitrat hóa. Nhóm vi khuẩn tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm vi khuẩn nitrat
hóa. Quá trình nitrat hóa diễn ra theo hai giai đoạn: giai đoạn nitrit hóa, giai đoạn nitrat
hóa
Giai đoạn nitrit hóa:Quá trình oxi hóa NH
4
+
thành NO
2
-
đợc tiến hành bởi nhóm
vi khuẩn nitrit hóa. Chúng thuộc nhóm vi khuẩn tự dỡng hóa năng có khả năng oxi hóa
NH
4
+
bằng oxi không khí và tạo ra năng lợng
NH
4
+
+ 3/2O
= NO
3
-
+ Năng lợng
Nhóm vi khuẩn tiến hành oxi hóa NO
2
-
thành NO
3
-
gồm 3 chi: Nitrobacter,
Nitrospira, Nitrococcus.
Ngoài nhóm vi khuẩn tự dỡng hóa năng trên, còn có một số loài vi sinh vật dị dỡng
cũng tiến hành quá trình nitrat hóa. Đó là các loài vi khuẩn và xạ khuẩn thuộc các chi
Pseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces [8].
1.1.3. Photpho (P)
1.1.3.1. Chu trình photpho
Chu trình photpho trong đất là một hệ động học bao gồm đất, thực vật và các VSV.
Các quá trình chính diễn ra gồm: quá trình lấy P từ đất của cây, quá trình trả lại P cho đất
thông qua xác thực vật và động vật, quá trình chuyển hóa sinh học thông qua quá trình
12
khoáng hóa cố định, các phản ứng cố định tại bề mặt các lớp khoáng sét, quá trình hòa
tan các tạo thành các photphat thông qua các phản ứng hóa học và hoạt động củaVSV.
Trong hệ thống tự nhiên, nguồn P mà cây sử dụng đợc tuần hoàn trở lại đất qua xác động
vật và thực vật. Trong quá trình canh tác chỉ một phần P đợc tuần hoàn trở lại đất còn một
phần bị mất trong quá trình thu hoạch. Hầu hết P trong đất bị mất là do quá trình xói mòn,
một lợng nhỏ là do rò rỉ. Chu trình photpho đợc đa ra ở hình 1.4.
Về nhiều khía cạnh, chu trình P trong đất tơng tự nh chu trình niơ. Tuy nhiên, trong
chu trình P không có sự thay đổi hóa trị của P trong quá trình chuyển hóa bởi VSV. Sau
nitơ, P là chất dinh dỡng phổ biến nhất trong sinh khối VSV, chiếm hơn 2% khối lợng
13
Rễ cây
Xác thực vật
P dạng
vô cơ
bền
P vô cơ
linh động
P hữu cơ
linh động
( chiết
bằng
NaHCO
3
)
P hữu cơ
không
linh động
( chiết
bằng
NaOH)
P đợc
lớp
khoáng
bảo vệ
( chiết
bằng
NaOH
và ly
tâm)
CaCO
3
Hdroxy apatite 3Ca
3
(PO
4
)
2
Ca(OH)
2
Oxy apatite 3Ca
3
(PO
4
)
2
.
CaO
Tricalcium photphate Ca
3
(PO
4
)
2
Dicalcium photphate CaHPO
4
Monoicalcium photphate Ca(H
2
PO
4
Photpho có ý nghĩa lớn đối với sự sống, nó chứa trong từng tế bào sống của động
thực vật. Không có P thì không có sự sống, nó có trong nhân tế bào, enzim, vitamin....
Photpho tham gia vào việc tạo thành cà chuyển hóa hydratcabon, chất chứa nitơ, tích lũy
năng lợng của tế bào liên quan đến phản hóa học của photpho. P cũng đóng vai trò quan
trọng trong quá trình lên men và hô hấp.
Với cây trồng, P có một số vai trò sau:
- P thúc đẩy nhanh quá trình phát triển của cây: Dới tác dụng của P, cây trồng có
hạt chín sớm trớc 5- 7 ngày. Đối với cây ăn quả, P có tác dụng làm cho quả chín
nhiều (78%) nhng không bón phân P lợng quả chín chỉ có 32%.
- P có ảnh hởng lớn đến chất lợng nông sản: Tăng độ đờng của củ cải đờng, tăng l-
ợng tinh bột trong khoai tây. Bón phân P làm giảm tác dụng xấu của nhôm linh
động bằng cách liên kết với nhôm, có khả năng cố định Al trong hệ thống rễ và cải
thiện trao đổi chất trong cây.
- P có vai trò quan trọng trong suốt thời gian sống của cây nhất là thời kỳ đầu
của sự sinh trởng và phát triển. Cây thiếu P biểu hiện ở lá có màu xanh đậm, khi
thiếu trầm trọng thì có màu nâu, lá nhỏ, hẹp, mép lá bị rách.
- P thúc đẩy việc ra rễ đặc biệt là rễ bên và lông hút .
1.1.4. Kali (K)
1.1.4.1. Các dạng tồn tại của kali trong đất
Kali chứa lợng lớn trong vỏ trái đất (2,14%). Hàm lợng kali tổng số trong đất luôn
lớn hơn hàm lợng tổng số của N và P cộng lại. Thờng các loại đất chứa từ 0,2- 0,4% K
2
O.
Nhiều đất trên thế giới chứa tỉ lệ cao hơn 1%. ở đất nhiệt đới nói chung, tỉ lệ K thấp hơn
trong đất ở các nớc ôn đới nhiều. Kali là cation hóa trị 1, bị đất hấp phụ không chặt bằng
các cation hoá trị 2 nên nó dễ bị rửa trôi [5].
15
Trong đất, kali tồn tại ở dới dạng những hợp chất khác nhau. Phân loại theo tính
hữu hiệu của K đối với cây trông có thể chia các hợp chất của K thành 3 nhóm:
- Nhóm không hữu hiệu ( unavailable)
Kali tan trong dung dịch đất
10%90%
Phần lớn lợng K hữu hiệu tồn tại dới dạng K trao đổi (khoảng 90%). Kali trong
dung dịch đất dễ dàng đợc thực vật bậc cao hấp thụ nhng cũng dễ bị rửa trôi.
Tại hình 1.5 2 dạng kali hữu hiệu ở trạng thái cân bằng động. Kali tan trong dung dịch bị
cây hấp thụ dẫn đến cân bằng bị phá tạm thời. Để lập lại cân bằng, một lợng K trao đổi lập
tức tan trong dung dịch đến khi cân bằng đợc lập lại. Mặt khác khi các phân bón tan trong
nớc đợc bón vào đất thì lại có quá trình ngợc lại K tan trong dug dịch đất chuyển về dạng
K trao đổi.
Các dạng kali hữu hiệu chậm: Với sự có mặt của các khoáng vermiculite, illite và
các loại khoáng 2:1 các loại phân bón có chứa kali không những chỉ bị hấp phụ mà còn
bị cố định bởi các tầng đất. Giống nh ion NH
4
+
ion K
+
len lỏi vào giữa các đơn vị tinh
thể của lớp khoáng và trở thành một phần của tinh thể. K dới dạng này không thể chiết
rút ra bằng các phơng pháp trao đổi thông thờng và nó gần nh trở về dạng kali không
trao đổi. Giữa các dạng K có cân bằng là:
Kali không trao đổi K trao đổi K tan trong dung dịch đất
Cân bằng này có giá trị lớn trong hoạt động nông nghiệp. Nó giúp bảo vệ nguồn K
đợc bón vào đất khỏi bị rửa trôi. Ví dụ, phần lớn phân bón chứa K đợc bón vào thời gian
trồng trọt và bón ở tầng mặt. Ngay lập tức một tỉ lệ K tan trong dung dịch đất sẽ đợc liên
kết với lớp khoáng sét, kết quả là cân bằng chuyển dịch về bên trái và một số ion trao đổi
sẽ bị đa về dạng không trao đổi. Điều đó làm tăng lợng K ở dạng không hữu hiệu tạm thời
nhng nhìn chung thì tác dụng của phân bón vẫn rất rõ ràng. ở dới dạng hữu hiệu chậm K
không bị rửa trôi vì vậy mà tránh đợc mất mát [14].
1.1.4.2 Vai trò của kali đối với cây trồng
Khác với đạm và P, kali trong cây không nằm trong thành phần cấu tạo của bất kỳ
phi protein trong cây tăng lên, sự hình thành đạm protein bị kìm hãm, lá cây bị bệu ra
hoặc ngộ độc, dễ bị lụi, lốp, đổ và phẩm chất thực vật bị giảm sút. Cũng vì vậy, thiếu K
dễ làm cho cây bị nhiễm khuẩn, siêu vi khuẩn và nhiều bệnh nấm.... [5].
1.2. Phân bón
Phân bón là những chất đa vào đất có tác dụng cải thiện dinh dỡng của thực vật và
cải thiện tính chất đất. Theo thành phần hóa học, phân bón đợc chia thành hai nhóm:
- Phân khoáng: bao gồm phân nitơ, photpho, kali, magiê, phân vi lợng.....
- Phân hữu cơ: là phân có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ và một số thành phần
khoáng. Phân hữu cơ bao gồm phân chuồng, phân xanh, phân than bùn, phân rác....
Theo ý nghĩa nông hóa học, phân bón có thể chia thành phân có tác dụng trực tiếp
chứa chất dinh dỡng cần thiết và phân bón có tác dụng gián tiếp dùng để cải thiện tính
chất đất.
Ngoài ra còn có phân vi sinh đợc dùng để tăng cờng các quá trình sinh học trong
đất. Đó là phân vi sinh vật có chứa vi khuẩn cố định nitơ không khí, phân chứa vi khuẩn
18
tăng cờng sự huy động chất dinh dỡng của đất. Tuy nhiên sự phân chia phân bón nh vậy
chỉ là tơng đối.
1.2.1. Phân vô cơ
1.2.1.1. Phân nitơ
Phân đạm cung cấp nitơ cho cây trồng ở dạng dễ tiêu với hàm lợng lớn. Các dạng
sản phẩm chính của công nghiệp sản xuất phân đạm khoáng gồm:
- Dạng nitrat: NaNO
3
, Ca(NO
3
)
2
- Dạng amoni và amoniac: (NH
4
)
3
, (NH
4
)
3
NO
3
SO
4
....
- Dạng amid: (NH
2
)
2
CO (ure), CaCN
2
(Xianamit canxi)
Ngày nay, dạng chủ yếu đợc sản xuất là ure và phân phức hợp. ở nớc ta ba loại
phân vô cơ chính đợc sử dụng trên thị trờng là: amoni sulfat, ure, đạm clorua.
1.2.1.2. Phân lân
Thành phần hóa học của tất cả các loại phân lân đều là muối canxi của axit
photphoric. Từ góc độ dinh dỡng cho cây trồng có thể chia phân lân thành hai nhóm
chính:
Phân lân khó tiêu: Là loại không hòa tan đuợc trong nớc, trong axit yếu, chỉ tan trong
axit mạnh. Bón vào đất cây trồng không sử dụng ngay đợc mà phải qua quá trình biến
đổi trong đất thành dạng dễ tiêu cây mới sử dụng đợc. Trong nhóm này có phân lân tự
nhiên nh bột photphorit, phân lèn....
Phân lân dễ tiêu: Là loại mà cây trồng có thể sử dụng ngay đợc. Trong nhóm này có:
supe photphat đơn và supe photphat kép, do công nghệ sản xuất tan ngay trong nớc.
Phân lân nung chảy chế biến bằng trộn apatit với chất kiềm, nung chảy ở nhiệt độ cao
2
, pH từ 8- 8,5. Ngoài 4 thành phần chính
với hàm lợng cao P
2
O
5
(15- 21%), MgO (13- 27%), CaO (28- 38%) và SiO
2
(24-
30%) thì phân lân nung chảy còn chứa một số các nguyên tố khác nh Fe, B, Mn,
Cu, Co, Zn....
- Bột apatit và bột photphorit: Đây là loại phân lân khó tiêu đợc sản xuất bằng ph-
ơng pháp nghiền quặng (apatit hoặc photphorit) để bón. Lân trong loại phân này ở
dạng tự nhiên Ca
3
(PO
4
)
2
không tan trong nớc và axit yếu, phải qua quá trình chuyển
hóa trong đất do vi sinh vật hoặc do độ chua của đất tác động cây mới có thể sử
dụng đợc . Để tăng hiệu quả của bột photphorit và apatit thì bột phải đợc nghiền
thật mịn, chỉ nên sử dụng ở đất chua cho các loại cây thích hợp. Tốt nhất nên dùng
để ủ với phân chuồng.
- Phân lèn: Là loại phân lấy ở các hang núi đá vôi. Có hai loại, một loại là bột
photphorit thờng không chứa đạm, loại còn lại là phân và xác chim, dơi sống trong
các hang núi có chứa đạm từ 1- 5% ở dạng nitrat và tỉ lệ lân từ 7- 8% ở dạng cây dễ
sử dụng. Phân lèn có thể sử dụng nh các loại phân lân dễ tiêu.
1.2.1.3. Phân kali
Nguyên liệu để sản xuất các các loại phân kali đều đợc lấy từ các mỏ. Bốn nguồn
2
O nguyên chất, 18% lu huỳnh. Kali sulfat đợc sản xuất
ở Nga và một số nớc khác. Loại này phần lớn đợc dùng cho các loại cây trồng có tính
nhạy cảm với clo nh thuốc lá, cây có củ ( khoai lang, khoai tây...), hành tây.
Nhiều nhà khoa học khuyên không nên tinh chế kali có hàm lợng cao nh hiện nay
mà chỉ nên sử dụng các muối khai từ mỏ lên làm phân bón. Tính chất dễ tiêu của quặng
nguyên khai và của phân kali đã qua chế biến đều nh nhau. Quặng nguyên khai còn chứa
Mg, Na và một số nguyên tố vi lợng có lợi cho cây và đất. Do đó ngoài kali clorua và kali
sulfat, trên thị trờng phân bón hoặc trong các tài liệu trong và ngoài nớc chúng ta còn có
thể thấy có nhiều loại phân kali khác [12].
1.2.3. Phân hữu cơ
Phân hữu cơ đợc gọi là những chất tơi, hoặc đã ải có nguồn gốc động, thực vật bón
vào đất để tăng năng suất cây trồng và tăng độ phì nhiêu của đất [5].
Trớc công nguyên hơn 2000 năm, loài ngời đã biết dùng phân hữu cơ bón ruộng,
cải tạo đất, nâng cao năng suất cây trồng. Dấu ấn ngời Việt Nam biết sử dụng phân hữu cơ
để bón ruộng đợc Lê Quý Đôn (1773) viết trong cuốn Vân Đài Loại Ngữ: Phép làm tốt
ruộng thì trớc hãy nên trồng đậu. Đậu xanh tốt hơn, thứ đến đậu nhỏ và vừng. Các thứ ấy
đều trồng về tháng 5, tháng 6. Đến tháng 7, tháng 8 thu hoạch xong, cày lật úp xuống làm
ruộng rồi trồng lúa thì mùa xuân năm sau mỗi mẫu thu đợc vài chục tạ thóc. Những cây
đậu vừng vùi làm phân nh thế bón ruộng tốt ngang với phân tằm và phân ngời. Đặc biệt,
thời gian bèo dâu dùng làm phân hữu cơ bón cho cây trồng đã đợc xác nhận ít nhất vào
giữa thế kỷ 19.
ở nớc ta, từ năm 1954, việc nghiên cứu, khai thác các nguồn nguyên liệu, chế biến
các loại phân hữu cơ bón ruộng nhằm mục đích tăng năng suất cây trồng, làm sạch môi tr-
ờng đã đợc khuyến khích. Có thể chia phân hữu cơ truyền thống ra làm 4 nhóm:
- Phân chuồng
- Phân rác
- Than bùn
- Phân xanh [12]
Ngày nay, một lợng lớn phân hữu cơ đợc sản xuất theo các quy trình công nghiệp
5
K
2
O
Phân trâu bò
Phân lợn
Phân ngựa
77.50
72.40
71.30
20.30
25.00
25.40
0.34
0.45
0.58
0.16
0.19
0.28
0.50
0.60
0.63
1.2.3.2. Than bùn
22
Than bùn cũng đợc coi là một loại phân hữu cơ. Trong quá trình cấu tạo địa chất,
một số rừng cây bị phù sa vùi lấp lâu ngày, phân giải yếm khí, tạo thành một lớp màu nâu
đen gọi là than bùn. Dùng than bùn đã phơi khô để độn chuồng, hoặc có thể dùng để chế
biến phân rác, làm chất đốt, chất cải tạo đất. Than bùn thợng thành không dùng trực tiếp
làm phân bón chỉ để ủ phân rác hoặc độn chuồng; than bùn hạ thành có độ phân giải cao
(>50%) và pH từ 5,5 trở lên có thể bón trực tiếp nhất là dùng để làm chất cải tạo lý tính
ngập nớc, thờng phát sinh ra nhiều hợp chất độc hại đối với cây nh H
2
S, axit butiric,
metan, axetilen.... Do đó, cần bón vôi, lân kèm theo để chế ngự và xác định thời kỳ cây
23
thích hợp sau khi vùi. Phơng pháp chế biến phân xanh nh sau: dùng lá cây, bèo dâu, cốt
khí, điền thanh, muồng muồng, ủ với đất bột, phân lân, trát kín bùn, ủ khoảng một tháng
[12].
1.2.3.4. Phân hữu cơ làm từ rác thải sinh hoạt (compost)
Cuộc sống ngày càng hiện đại thì lợng rác thải ngày càng nhiều, chính vì vậy mà
các phơng pháp xử lý rác thải ngày càng đợc quan tâm nghiên cứu hoàn chỉnh. Sản xuất
phân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt hữu cơ là một trong những giải pháp khá u việt trong xử
lý rác thải vì rác thải hữu cơ chiếm khoảng 40% rác thải sinh hoạt. ở Đức, năm 1993 đã
có khoảng 80 nhà máy làm compost từ rác thải và xử lý đợc khoảng 10% tổng lợng rác
thải sinh hoạt. Sản phẩm thu đợc từ quá trình này là một loại phân hữu cơ có đầy đủ các
thành phần dinh dỡng cả vi lợng và đa lợng và đã đợc ứng dụng rộng rãi trong nông
nghiệp ở nhiều nớc khác nhau [20].
Ahmad Kalilian và các cộng sự đã bón compost vào đất trồng bông dới hai dạng:
phun và vùi trực tiếp vào đất và khảo sát ảnh hởng của compost đợc phun và vùi lên một
số thông số của đất (chất hữu cơ, độ phì nhiêu, khả năng liên kết của đất và sự phát triển
của cây trồng). Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy khi vùi compost vào đất đã làm tăng
đáng kể hàm lợng chất hữu cơ trong đất sau 6 và 12 tuần. Bên cạnh đó, nó cũng làm tăng
hàm lợng N, P, K so với đất không đợc vùi compost. Compost đợc phun vào đất làm tăng
hàm lợng lu huỳnh trong đất so với đất không đợc phun. Compost cũng làm tăng đáng kể
năng suất cây trồng so với đối chứng không bón phân. Năng suất tăng tỉ lệ thuận với lợng
phân đợc bón vào đất. Khi bón 12 tấn/a năng suất tăng tơng ứng là 23%, 24%, 44% tơng
ứng trong ba năm 1997, 1998, 1999 so với đối chứng. Compost cũng làm tăng chiều cao
cây. Chiều cao tăng tỉ lệ thuậnvới lợng phân đợc bón [16].
Carmen Reveno và các cộng sự tiến hành thí nghiệm trên đồng ruộng ở Puerto Rico
để đánh giá tác động trực tiếp của compost tới chất lợng đất và năng suất cây trồng, đặc
bệnh của cây trồng có thể bị các VSV trong compost ức chế.
5. Cố định và phân hủy chất ô nhiễm: compost có khả năng liên kết với các kim
loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và các chất ô nhiễm khác làm giảm khả năng rửa
trôi và bị thực vật hấp thụ của các hợp chất này. Các VSV đất trong compost cũng
hỗ trợ sự phân hủy thuốc trừ sâu, phân bón và hydrocacbon. Các nghiên cứu cho
thấy compost có tác dụng giảm ô nhiễm theo nhiều cách khác nhau:
- Hấp thụ mùi và phân hủy các hợp chất hữu cơ nguy hiểm
- Liên kết các kim loại nặng và ngăn chúng thâm nhập vào nguồn nớc và hấp
thụ bởi thực vật
25
Copyright: Tài liệu đại học ©