ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NHẬT THANH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THAN SINH HỌC CHO ĐẤT
CÁT TRONG NÔNG NGHIỆP HỮU CƠ GÓP PHẦN GIẢM THIỂU
BIỂN ĐỔI KHÍ HẬU

BIOCHAR FOR SANDY SOIL IN ORGANIC AGRICULTURE
PRACTICE TO CLIMATE CHANGE MITIGATION
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã ngành: 60 85 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM, tháng 05 năm 2018.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN NHẬT THANH

MSHV: 1670399

Ngày, tháng, năm sinh: 19 /03/1991

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍNH MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Võ Lê Phú

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Phan Thu Nga

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS. Đặng Vũ Bích Hạnh
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 10 tháng 05 năm 2018.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS. Lê Văn Khoa
2. TS. Phan Thu Nga
3. PGS.TS Đặng Vũ Bích Hạnh
4. TS. Đỗ Thị Thu Huyền
5. TS. Nguyễn Nhật Huy
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG


(pH = 9,3) nên có khả năng điều chỉnh pH của đất cát (pH = 5,85) từ pH = 5,85 lên pH = 6,5
đối với việc bổ sung 5 % than sinh học, nghiên cứu cũng cho thấy việc bổ sung than sinh
học cho đất cát có khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng kém với thành phần cơ giói chủ
yếu là cát (62,18 %), thịt (31,5 %) và thấp nhất là sét (6,32 %) đã góp phần cải thiện khả
năng giữ nước của đất lên 28,12 % đối vói việc bổ sung 5 % than sinh học và cải thiện khả
năng giữ nitrat (NO3') của đất cát với 35,31 % khi bổ sung 5 % than sinh học.Tuy nhiên,
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng than sinh học được sản xuất từ trấu không có hiệu quả trong
việc cải thiện khả năng giữ photphat trong đất. Bên cạnh đó, việc than sinh học có hiệu
quả trong việc lưu giữ nitrat (NO3') trong đất còn mang đến lợi ích về hiệu quả giảm thiểu
phát thải khí nhà kính N2O. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, một số giải pháp ban đầu
cho ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp hữu cơ được đề xuất nhằm góp phần giảm
thiểu biến đổi khí hậu.

iii


ABSTRACT
Biochar has been known as an additive for soil improvement. In this study, the
author assesses the potential of biomass for bio-coal production, explores the possibility
of applying biochar to improve sandy soils, improves water retention and nutrient uptake.
Sand in the direction of organic agriculture contributes to mitigating climate change.
Research results show that bio-charcoal production from rice hulls is about 35.62%.
Biochar is produced from alkaline rice husks (pH = 9.3), so it is possible to adjust soil pH.
sand (pH = 5.85) from pH = 5.85 to pH 6.5 for the addition of 5% biochar, the study also
showed that the addition of biochar to sandy soils has the potential to retain water and
poor nutrients (mainly sand (62.18%), meat (31.5%) and lowest clay (6.32%) contributed
to improved soil water retention. 28.12% for adding 5% biochar and improving nitrate
(35%) of sandy soil with 35.31% when adding 5% biochar, it is not effective in improving
phosphate retention. In addition, efficient biochar storage of nitrate (N03-) in the soil also
has the beneficial effect of minimizing N20 greenhouse gas emissions. Some initial


1.2.1

Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2

1.2.2

Nội dung nghiên cứu............................................................................................ 2

1.3

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 2

1.3.1

Phương pháp tổng quan tài liệu ......................................................................... 2

1.3.2

Phương pháp phân tính, tính toán, so sánh ...................................................... 3

1.3.3

Phương pháp phân tích thống kê ....................................................................... 3

1.3.4

Phân tích SWOT .................................................................................................... 3

1.4

2.1.2

Tình hình nghiên cứu về nông nghiệp hữu cơ và biến đối khí hậu.............. 7

2.2

Giói thiệu về than sinh học ........................................................................................ 10

2.2.1

Khái niệm ............................................................................................................. 10

2.2.2

Tính chất hóa - lý của than sinh học ................................................................. 11

2.2.2.1

Thành phần cấu tạo ..................................................................................... 11
vi

quan

tình


2.2.2.2

Thành phần hóa học và bề mặt hóa học .................................................. 12


CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu ...................................................................... 23
3.1
3.2

Tiềm năng sinh khối cho việc sản xuất than sinh học............................................ 23
Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học đến đất cát trong nông nghiệp hữu cơ
24

3.2.1

Tính chất của than sinh học ............................................................................. 24

3.2.2

Tính chất của

3.2.3

Ảnh hưởng của than sinh học đến pH của đất................................................ 28

3.2.4
3.2.5
đất

Ảnh hưởng của than sinh học đến khả năng giữ nước của đất .................... 29
Ảnh hưởng của than sinh học đến khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng cho
31

3.3


4.2.5
Ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng ....................................... 41
4.3
Đánh giá tiềm năng giảm phát thải khí N2O than sinh học ứng dụng cho đất
cát trong nông nghiệp hữu cơ .............................................................................................. 46
4.4
Đe xuất giải pháp ứng nhằm ứng dụng than sinh học cho đất cát trong nông
nghiệp hữu cơ......................................................................................................................... 47

vii


4.4.1
Phân tích SWOT
47
4.4.2
Đề xuất giải pháp ứng phát triển ứng dụng than sinh học cho đất cát trong
nông nghiệp hữu cơ ............................................................................................................ 50
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ............................................................................................. 54
Kết luận .................................................................................................................................... 54
Khuyến nghị ............................................................................................................................ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 56
PHỤ LỤC 1 .................................................................................................................................. 57

viii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ADDA



K
MARD

: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (Ministry of Agriculture
and Rural Development)
: Nitơ

N

: photpho

p

: Hệ thống bảo đảm có sự tham gia (Participatory Guarantee
System)

PGS

: Chương trĩnh Môi trường của Liên họp quốc (United Nations
Environment Programme)

UNEP

: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (Vietnam Academy of
Agricultural Sciences)

VA AS

: To chức Khí tượng thế giới (World Meteorological Organization)


27

Hình 3. 5 Thí nghiệm ảnh hưởng của than sinh học đến pH của đất

28

Hình 3. 6 Hộp đựng mẫu xác định độ ẩm thủy dung

29

Hình 3. 7 Bộ thiết bị Sandbox dùng để xác định ẩm độ thủy dung đồng ruộng 30 Hình 3.
8 Hệ thống nồi nén áp suất

31

Hình 3. 9 Cột thủy tinh

32

X


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Thành phần chính trong than sinh học................................................................... 13
Bảng 2. 2 Thành phần các nguyên tố tổng số và giá trị pH của than sinh học được sản
xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau (gỗ, chất thải xanh, phế phẩm nông nghiệp,
bùn thải, rác, vỏ quả hạch) nhiệt phân (350 - 500°C) ............................................................ 13
Bảng 2. 3 Sản lượng lúa gạo tại Việt Nam từ năm 2011 đến 2016........................................ 15
Bảng 3. 1TỈ lệ bổ sung than sinh học cho đất cát.................................................................... 28

Một trong những hướng đi trong nông nghiệp cho việc giải quyết các thách thức nói trên
là phát triển trên cơ sở sử dụng các biện pháp canh tác theo hướng nông nghiệp hữu cơ.
Nông nghiệp hữu cơ giúp đảm bảo đất khỏe, cây khỏe và môi trường khỏe trong một hệ
thống sản xuất nông nghiệp bền vững, cung cấp các loại nông sản an toàn, vệ sinh thực
phẩm. Tuy nhiên, phát triển sản xuất nông nghiệp hữu cơ không phải là việc đơn giản.
Những khó khăn khi phát triển nông nghiệp hữu cơ điển hình như việc cải thiện độ phì
nhiêu trong đất, sử dụng một cách có hiệu quả, tiết kiệm nguồn nước sạch, nhưng vẫn cải
thiện năng xuất cây trồng. Bên cạnh đó, vấn đề biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng
và khắc nghiệt cũng chính là rào cản cho việc phát triển nông nghiệp hữu cơ.
Trong khi đó, than sinh học đã và đang được ứng dụng rộng rãi như một nguyên
liệu trong quá trình cải tạo đất, gần đây than sinh học còn được nghiên cứu và bước đầu
ứng dụng trong giảm thiểu biến đổi khí hậu. Than sinh học có khả năngcải thiện độ chua,
cải thiện khả năng lưu trữ nước, chất dinh dưỡng cho đất. Bên cạnh đó, việc sản xuất và
bổ sung than sinh học cho đất còn có thể giúp giảm phát thải khí nhà kính N2O thông qua
việc tiết kiệm phân bón.
Từ những lý do trên cho thấy, than sinh học có tiềm năng giúp giải quyết những
khó khăn mà nông nghiệp hữu cơ đang gặp phải. Than sinh học vừa có thế cải thiện độ
chua của đất, cải thiện khả năng lưu trữ nước, chất dinh dưỡng trong đất,vừa có thể góp
phần giảm thiểu biến đổi khí hậu. Hiện nay có nhiều nghiên cứu về ứng dụng than sinh
học trong nông nghiệp nhưng theo sự hiểu biết giới hạn của tác giả thì vẫn chưa có một
nghiên cứu được báo cáo về ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp hữu cơ ở Việt
Nam.

1


Mở đầu

Xuất phát từ lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng than sinh học cho đất
cát trong nông nghiệp hữu cơ góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu ” được thực hiện.

Đánh giá khả năng ứng dụng than sinh học cho nông nghiệp hữu cơ và tiềm
năng giảm phát thải khí nhà kính;

-

Đề xuất các giải pháp và định hướng ứng dụng than sinh học cho nông
nghiệp hữu cơ góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu.

1.3

Phương pháp nghiên cứu
Đe đạt được các nội dung nêu trên các phương pháp sau đây đã được áp dụng:

1.3.1

Phương pháp tổng quan tài liệu
Phương pháp tổng quan tài liệu được thực hiện ở tất cả các giai đoạn nghiên cứu.

Tuy nhiên, phương pháp tổng quan tài liệu hầu hết tập trung ở giai đoạn đầu tiên của quá
trình nghiên cứu. Việc tổng quan tài liệu từ các nghiên cứu trước đó cả trong và ngoài
nước giúp tác giả có được các giả thuyết, dữ liệu thông tin và ý kiến, các cách tiếp cập giải
quyết vấn đề, các dữ liệu thứ cấp bao gồm các số liệu có sẵn từ các báo cáo khoa học,
nghiên cứu và tạp chí.
Phương pháp tổng quan tài liệu trong và ngoài nước cho thấy cơ sở khoa học của
việc ứng dụng than sinh học cho đất cát, khả năng ứng dụng của nó đối với đất

2


Mở đầu


tại của việc ứng dụng than sinh học cho nông nghiệp hữu cơ góp phần giảm thiểu biến
đổi khí hậu, cũng như các cơ hội và thách thức của bối cảnh kinh tế - xã hội hiện tại mà
việc ứng dụng được đặt vào trong đó để đề xuất các giải pháp, chính sách phù hợp.
Mục tiêu của phân tích SWOT là:
-

Phát triển dựa vào các điếm mạnh

-

Loại bỏ các điếm yếu

-

Khai thác tốt các cơ hội

-

Giảm thiểu tác động của các nguy cơ

3


Mở đầu

1.4

Đối tượng đề tài
Than sinh học được sản xuất từ trấu; đất cát phù họp với tiêu chuẩn của nông

chất dinh dưỡng của đất cát theo hướng nông nghiệp hữu cơ.

1.7.2

Ý nghĩa thực tiễn
Việc ứng dụng than sinh học cho đất cát trong nông nghiệp hữu cơ sẽ góp phần

giảm thiểu biến đổi khí hậu khi than sinh học ứng dụng cho đất thông qua nhiều con
đường, điển hĩnh như trong nghiên cứu này là giảm phát thải khí nhà kính thông qua
việc tiết kiệm lượng phân bón hữu cơ.

4


Tổng quan

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THAN SINH HỌC
2.1

Tổng quan tình hình nghiên cứu

2.1.1

Tình hình nghiên cứu về than sinh học

-

Công trình nghiên cứu “Than sinh học cho quản lý môi trường” (Lehmann và
cộng sự, 2015).
Cuốn sách này là sự tổng họp các kiến thức về khái niệm, đặc tính vật lý, tính chất



Tổng quan

phân sẽ tạo ra cấu trúc lỗ xốp, diện tích bề mặt lớn và tăng tỉ lệ hàm lượng

c trong than

sinh học.
-

Công trình nghiên cứu “Ảnh hưởng của các điều kiện nhiệt phân và phản ứng
khí hóa của sinh khối than” (Cetin và cộng sự, 2004).
Công trình nghiên cứu này cho thấy ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt và áp suất đến

các đặc tính của than sinh học. Tốc độ tăng nhiệt độ nhanh và thời gian lưu ngắn, nguyên
liệu mịn hcm sẽ tạo ra than sinh học tốt hcm. Ngược lại, tốc độ tăng nhiệt chậm và sử
dụng các hạt nguyên liệu lớn sẽ tạo ra các loại than sinh học thô hơn.
-

Công trình nghiên cứu “Ảnh hưởng của than sinh học và hydrochar đến khả
năng giữ nước và chống thấm nước của đất cát” (Abel và cộng sự, 2013).
Công trình nghiên cứu này cho thấy việc việc bổ sung than sinh học sẽ cải thiện

khả năng giữ nước của đất cát. Than sinh học sử dụng trong nghiên cứu này được sản
xuất từ ngô. Thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm và thực địa. Thông qua
công trình nghiên cứu này tác giả học được cách bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng
của than sinh học đến khả năng lưu trữ nước. Đối với thí nghiệm trong phòng thí nghiệm,
lượng than sinh học được bổ sung cho đất cát lần lượt là 1; 2,5; 5% theo khối lượng. Sau
đó hỗn hợp được đưa vào cột với thể tích khoảng 100 cm3, tiếp đến cho nước vào cột và


Tổng quan

gia tăng nhiệt độ bề mặt trái đất, mực nước biển. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ
trung bình của trái đất từ 1880 đến 2012 là 0,85°c, lượng khí nhà kính tương đương tăng
trung bình từ năm 2000 đến 2014 là 1 Gt/năm CƠ2 (2,2 %/năm), kéo theo đó là mực nước
biển tăng, băng tan, gia tăng cường độ các hiện tượng thời tiết cực đoan. Điều này cho
thấy biến đổi khí hậu đang gia tăng với tốc độ rất nhanh, ngày càng đe dọa đến cuộc sống
con người trên trái đất.
-

Công trình nghiên cứu “Đánh giá sự phát thải khí nhà kính từ nông nghiệp và lâm
nghiệp, đề xuất biện pháp giảm thiểu và kiểm soát” (Đoàn Văn Điếm, 2011).
Công trình nghiên cứu cho thấy lượng phát thải KNK khu vực nông nghiệp là

65,1 triệu tấn C02, chiếm 45,4% tổng lượng phát thải khí nhà kính Quốc gia. Khí nhà kính
khu vực nông nghiệp phát thải năm 1994 có lượng CH4 là lớn nhất, trong đó khu vực trồng
lúa là 1559,7 Gt/năm (Gt - nghìn tấn), chiếm 62,4%, khu vực chăn nuôi là 18,7%, đất nông
nghiệp khác 15,4%, còn lại là nguồn phát thải từ savan và đốt phế thải.
-

Bài báo “Biến đổi khí hậu đe dọa lương thực toàn cầu” (Thái Bá Hồng, 2013).
Bài báo cho thấy tình trạng thiếu hụt lương thực trong tương lai do việc biến đổi

khí hậu ngày càng nghiêm trọng. Tác giả dẫn chứng lời của Andy Jarvis- nhà khoa học
thuộc nhóm tư vấn nghiên cứu nông nghiệp CGIAR đã cảnh báo từ trước: “nếu nhiệt độ
thay đổi đạt 2 độ c thì sẽ gây tai họa cho ngành nông nghiệp toàn cầu và có ảnh hưởng
nặng nề đến nỗi, không chắc xã hội còn được cung cấp đủ thức ăn“. Và sản lượng lương
thực cần phải tăng lên 60 % trong năm 2050.
Tống quan tình hình biến đối khí hậu cho thấy biến đối khí hậu đang ngày càng

hậu thì cần có công nghệ phức tạp, đội ngũ sản xuất cần có trình độ nhằm sản xuất than
sinh học có chất lượng, chính vì lý do đó nên việc sản xuất than sinh học cần một khoảng
chi phí. Vì vậy, thay vì bỏ một khoảng chi phí để mua than sinh học bổ sung cho đất,
người nông dân sẽ chọn cách đơn giản và không tốn chi phí đó chính là xử lý phế phẩm
nông nghiệp ngay tại đồng ruộng điển hình như đốt phế phấm. Khó khăn thứ hai có thế
nói đến là ảnh hưởng của than sinh học đến nông nghiệp thường chậm và cần một thời
gian cố định thì mới cho thấy hiệu quả rõ rệt. Khó khăn thứ ba là thiếu các dự án trình
diễn về ứng dụng của than sinh học trong nông nghiệp nhằm nâng cao kiến thức của
người dân về hiệu quả kinh tế của việc ứng dụng than sinh học cho nông nghiệp. Cuối
cùng là nguồn sinh khối được sử dụng cho quá trình nhiệt phân tạo ra than sinh học. Mặc
dù nguồn

9


Tổng quan

nguyên liệu cố tiềm năng sản xuất than sinh học là phế phẩm nông nghiệp nhưng việc
thu gom, yận chuyển đến cơ sở sản xuất gặp rất nhiều khó khăn. Từ những điều trên cho
thấy, nếu than sinh học được ứng dụng đúng mục đích, khắc phục, hạn chế những khó
khăn thách thức mà than sinh học đang gặp phải sẽ khơi dậy tiềm năng trong việc ứng
dụng than sinh học trong cuộc sống đặc biệt là trong nông nghiệp qua đó góp phần giảm
thiểu biến đổi khí hậu.

2.2

Giói thiệu về than sinh học

2.2.1



Sinh khối

Mất 50 (10450)% c
Mất 50 ịũ-80)% N
Mất 5 (0-43)% p

10

Than 5Ính học


Tổng quan

Hình 2. IKet quả chuyển hóa sinh khối c, N và p trong quá trình nhiệt phân.
Nguồn: Lehmann và cộng sự, 2015.
Than sinh học tồn tại ở thể rắn (chiếm khoảng một phần ba khối lượng sinh khối),
giàu

c

(chứa khoảng một nữa hàm lượng

c

từ sinh khối) và đôi khi có chứa cả p

(phosphorus), các kim loại như Canxi (Ca), Ma-giê (Mg).. .và cả Ni-tơ (N). Do chủ yếu
nhắm đến cải tạo đất nên than sinh học thông thường không được chứa các chất ô nhiễm
như kim loại nặng hay độc tố hữu cơ ở nồng độ nguy hại (Lehmann và cộng sự, 2015).


RH500

RH650

(a)

(0)

(c)

(b)

(d)

(f)

Hình 2. 2Cấu trúc than sinh học được nhiệt phân ở các nhiệt độ khác nhau.
Nguồn: Lehmann và cộng sự, 2015.

2.2.2.2Thành phần hóa học và bề mặt hóa học
Thành phần than sinh học rất không đồng nhất, nó chứa cả thành phần bền và
không bền (Sohi và cộng sự, 2009). Cacbon, vật chất dễ bay hơi, khoáng chất (tro) và độ
ẩm thường được coi là thành phần chính của nó (Bảng 2.1)(Sohi và cộng sự, 2009).Tỉ lệ
tương đối của các thành phần trong than sinh học xác định tính chất hóa học, vật lý và
chức năng của than sinh học nói chung (Sohi và cộng sự, 2009). Ví dụ, than sinh học được
tạo ra bằng cách nhiệt phân nguyên liệu gỗ thì vững chắc. Ngược lại, than sinh học được
sản xuất từ phế phấm nông nghiệp (như lúa mạch đen, ngô...), phân súc vật và rong biển
nói chung là tốt hơn nhưng ít bền vững hơn (sức bền cơ học thấp) do đó chúng giàu chất
dinh dưỡng và dễ dàng hơn cho khi hệ vi sinh vật phân hủy trong môi trường (Sohi và