GIÁO TRÌNH HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG - PHAN THỊ THU HẰNG by Nguyễn Thanh Tú

GIÁO TRÌNH HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG - PHAN THỊ THU HẰNG (Chủ biên) WORD VERSION | 2022 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL COM HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594 vectorstock com/24597468 Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL TS. PHAN THỊ THU HẰNG (Chủ biên) PGS. TS. NGUYỄN NGỌC NÔNG, PGS.TS. ĐỖ THỊ LAN TS. PHAN THỊ HỒNG PHÚC, TS. TRẦN THỊ PHẢ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP Hà Nội – 2017 GIÁO TRÌNH HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL iii©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp MỤC LỤC Mục lục ��iii Danh mục chữ viết tắt ��v Lời nói đầu�� vii Chương I ĐẠI Cương VỀ hÓA ChẤT DÙng TROng nÔng nghIỆP 1 1.1. Khái niệm hóa chất dùng trong nông nghiệp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Vai trò của việc sử dụng hóa chất trong sản xuất nông nghiệp . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Lịch sử phát triển của biện pháp hóa học trên thế giới và ở Việt Nam . . . . . . . . . . 7 1.4. Hệ sinh thái nông nghiệp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5. Hóa học hóa nông nghiệp 20 Chương 2 PhÂn BÓn VÀ MÔI TRưỜ ng 25 2.1. Những vấn đề chung về dinh dưỡng cây trồng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2. Phân loại phân bón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3. Phân vô cơ và các quá trình chuyển hóa trong môi trường 35 2.4. Phân hữu cơ và quá trình chuyển hóa trong môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.5. Phân vi sinh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.6. Phân bón và phẩm chất nông sản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.7. Tác động của phân bón đến môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.8. Tác động của môi trường đến phân bón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Chương 3 hÓA ChẤT BẢO VỆ ThỰC VẬT VÀ MÔI TRưỜ ng 93 3.1. Khái niệm và yêu cầu của thuốc BVTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.2. Tính chất lý học của hóa chất BVTV, quan hệ giữa cấu tạo hóa học và tính độc . . 95

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL iv MỤC LỤC trường đại học nông lâm thái nguyên 3.3. Một số khái niệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.4. Phân loại thuốc BVTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.5. Các dạng thuốc BVTV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.6. Đặc điểm của các loại thuốc BVTV 114 3.7. Cơ chế tác động của thuốc BVTV lên sâu bệnh hại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.8. Tính độc của thuốc bảo vệ thực vật. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.9. Tác động và ảnh hưởng của thuốc BVTV lên cây trồng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.10. Tác động của thuốc BVTV đến sinh vật, vi sinh vật sống trong đất . . . . . . . . . 130 3.11. Tác động của thuốc BVTV đối với con người . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.12. Tác động của thuốc BVTV đến động vật sống trên cạn và dưới nước 134 3.13. Tác động của hóa chất BVTV đến môi trường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.14. Một số loại hóa chất BVTV thường gặp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 3.15. Chất kích thích sinh trưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Chương IV hÓA ChẤT DÙng TROng ChĂn nUÔI VỚI COn ngưỜI VÀ MÔI TRưỜ ng 167 4.1. Thức ăn trong chăn nuôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 4.2. Kháng sinh và việc sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi . . . . . . . . . . . 183 4.3. Sử dụng hoocmon trong chăn nuôi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.4. Một số hóa chất sử dụng trong nuôi trồng thủy sản 201 Chương V SẢn XUẤT nÔng nghIỆP BỀn VỮng 205 5.1. Nông nghiệp bền vững . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.2. Sản xuất nông nghiệp theo tiêu chuẩn thực hành nông nghiệp tốt – GAP . . . . 214 5.3. Quản lý cây trồng tổng hợp (ICM – Integrated Crop Management) . . . . . . . . . 221 5.4. Chăn nuôi an toàn, bền vững 230 Tài liệu tham khảo�� 237 Phụ lục �� 239

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL v©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn BVTV Bảo vệ thực vật GAP Thực hành nông nghiệp tốt (Good Agricultural Practices) HTX Hợp tác xã ICM Quản lý cây trồng tổng hợp IPM Quản lý dịch hại tổng hợp INM Quản lý dinh dưỡng tổng hợp NN Nông nghiệp TT Thông tư VSV Vi sinh vật

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

Trong những năm gần đây, sản xuất nông nghiệp của Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể, không chỉ đảm bảo đủ nhu cầu lương thực, thực phẩm tiêu dùng trong nước mà còn có sản phẩm xuất khẩu. Đạt được những thành tựu đó là do nông nghiệp Việt Nam đã nhanh chóng nắm bắt và ứng dụng những công nghệ mới mà điển hình là sử dụng các giống cây con có tiềm năng năng suất cao, ngắn ngày. Việc thâm canh các giống cây trồng, vật nuôi cao sản thì việc sử dụng ngày một tăng lượng phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật cho cây trồng, thức ăn và các chất kích thích sinh trưởng trong chăn nuôi là cần thiết để duy trì và nâng cao năng suất. Tuy nhiên, việc sử dụng các hóa chất trong sản xuất nông nghiệp đã có những tác động không nhỏ tới môi trường và sức khỏe con người. Bảo vệ môi trường luôn là vấn đề cấp bách trong đó môi trường nông nghiệp là một bộ phận không thể tách rời. Môn học Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp và môi trường là môn học cơ sở của ngành Khoa học môi trường trang bị cho sinh viên những kiến thức về phân bón; hóa chất bảo vệ thực vật cùng các quá trình chuyển hóa của chúng trong môi trường, các kiến thức về thức ăn, các chất kháng sinh sử dụng trong chăn nuôi và tác động của chúng tới môi trường đất, nước, chất lượng nông sản và sức khỏe con người. Môn học cũng trang bị những hiểu biết cần thiết cho việc sử dụng hiệu quả an toàn phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, thức ăn và các chất kích thích sinh trưởng, chất kháng sinh trong nông nghiệp nhằm bảo vệ tốt môi trường sinh thái, an toàn với con người và phát triển sản xuất nông nghiệp bền vững. Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp và tác động đến môi trường được biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu cấp thiết đào tạo Cử nhân ngành Khoa học môi trường, giáo trình gồm 5 chương:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

• Chương IV: Hóa chất dùng trong chăn nuôi với con người và môi trường (biên soạn TS. Phan Thị Hồng Phúc).

• Chương V: Sản xuất nông nghiệp bền vững (biên soạn TS. Phan Thị Thu Hằng). Giáo trình có thể làm tài liệu tham khảo rất hữu ích đối với những người làm công tác nghiên cứu trong lĩnh vực môi trường nông nghiệp. Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng hết sức mình và học hỏi nhiều ở các tác giả đi trước cùng các bạn đồng nghiệp, song không tránh khỏi những sơ suất về nội dung và hình thức. Chúng tôi rất mong có sự góp ý của đông đảo bạn đọc khi tiếp cận với cuốn giáo trình. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn. Tập Thể Tác giả

viii LỜI NÓI ĐẦU trường đại học nông lâm thái nguyên

• Chương III: Hóa chất bảo vệ thực vật và môi trường (biên soạn TS. Phan Thị Thu Hằng, TS. Trần Thị Phả).

• Chương II: Phân bón và môi trường (biên soạn PGS. TS. Nguyễn Ngọc Nông).

• Chương I: Đại cương về hóa chất dùng trong nông nghiệp (biên soạn PGS. TS. Đỗ Thị Lan).

• Trong trồng trọt: phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng.

1.1.3. KHÁI NIỆM VỀ HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) hay nông dược là những chất độc có nguồn gốc từ tự nhiên hay hóa chất tổng hợp được dùng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại đến tài nguyên thực vật. Những sinh vật gây hại chính gồm sâu hại, bệnh hại, cỏ dại, chuột và các tác nhân khác.

• Trong chăn nuôi và thủy sản: thức ăn, hoocmon và thuốc thú y.

Hóa học hóa nông nghiệp là quá trình áp dụng những thành tựu của ngành công nghiệp hóa chất phục vụ trong nông nghiệp, bao gồm việc sử dụng các phương tiện hóa học vào các hoạt động sản xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống ở nông thôn.

Hóa chất dùng trong sản xuất nông nghiệp bao gồm:

1.1.2. KHÁI NIỆM VỀ PHÂN BÓN Phân bón là những chất được đưa vào đất để tăng độ phì nhiêu của đất, là thức ăn cho cây trồng, chúng chứa một hoặc nhiều chất dinh dưỡng cần thiết để cây trồng sinh trưởng phát triển tốt và cho năng suất cao.

tạo ra bởi các sinh vật sống (nấm men, nấm mốc, vi khuẩn và một số loài thực vật) có đặc tính diệt vi khuẩn hoặc kìm hãm sự phát triển của chúng. 1.2. VAI TRÒ CỦA VIỆC SỬ DỤNG HÓA CHẤT TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 1.2.1. VAI TRÒ CỦA PHÂN BÓN, HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT 1.2.1.1. Vai trò của phân bón trong sản xuất nông nghiệp Phân bón quyết định năng suất cây trồng Qua điều tra, tổng kết về vai trò của phân bón với

1.1.5. KHÁI NIỆM VỀ KHÁNG SINH Kháng sinh là những chất được cây trồng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam cho thấy: trong số các biện pháp kỹ thuật trồng trọt liên hoàn (làm đất, giống, mật độ gieo trồng, BVTV...), bón phân luôn là biện pháp kỹ thuật có ảnh hưởng lớn nhất, quyết định nhất đối với năng suất và sản lượng cây trồng. Giống mới cũng chỉ phát huy được tiềm năng của mình, cho năng suất cao khi được bón đủ phân và bón hợp lý. Kết quả nghiên cứu đánh giá của Viện Dinh dưỡng cây trồng quốc tế (IPNI) cho thấy, phân bón đã làm tăng năng suất cây trồng, giúp gia tăng khoảng 30–35% tổng sản lượng nông sản toàn thế giới. Những loại phân bón được sử dụng đúng sẽ phát huy được những ưu thế: nguồn bổ sung dinh dưỡng cho đất đai, giúp tạo ra năng suất cao trong trồng trọt, tạo ra các sản phẩm nông sản chất lượng. Ngày nay, do tiến bộ của các ngành công nghệ về giống mà hàng loạt giống lúa lai và giống thuần được đưa vào sản xuất. Hầu hết các giống mới đều có nhu cầu phân bón rất cao và nếu như thiếu phân thì không thể phát huy được hiệu quả của giống. Phân bón góp phần làm tăng phẩm chất nông sản Bón phân cân đối và hợp lý cho cây trồng không chỉ làm tăng năng suất mà còn làm tăng chất lượng sản phẩm về hàm lượng các chất khoáng, protein, đường và vitamin. Cây trồng hút chất dinh dưỡng trong đất và từ phân bón để tạo nên sản phẩm của mình sau khi kết hợp với sản phẩm của quá trình quang hợp, cho nên sản phẩm thu hoạch phản ánh tình hình đất đai và việc cung cấp thức ăn cho cây.

• Phân đạm làm tăng rõ hàm lượng protein và caroten trong sản phẩm, làm hàm lượng xenlulo giảm xuống.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

1.1.4. KHÁI NIỆM VỀ THỨC ĂN CHĂN NUÔI Thức ăn chăn nuôi là những sản phẩm có nguồn gốc thực vật, động vật, vi sinh vật, khoáng vật, những sản phẩm hóa học, công nghệ sinh học…, những sản phẩm này cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết đảm bảo cho con vật khoẻ mạnh, sinh trưởng, sinh sản và sản xuất bình thường trong một thời gian dài.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 3Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên

• Sử dụng quá lượng phân bón đặc biệt là đạm vừa làm giảm chất lượng sản phẩm vừa có thể gây độc cho sản phẩm (dư lượng nitrat và tích lũy kim loại nặng).

• Bón thừa kali làm giảm hàm lượng magiê trong cỏ làm thức ăn gia súc làm cho động vật nhai lại dễ mắc bệnh co cơ. Phân bón góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất Việc bón phân không những chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn có cả ý nghĩa cải tạo đất thông qua giảm thiểu hoặc loại trừ các yếu tố hạn chế năng suất trong đất. Trong một số trường hợp phân bón nhất là kali, lân và một số nguyên tố vi lượng khác còn thúc đẩy quá trình cố định đạm của cây họ đậu, tăng cường dinh dưỡng cho đất. Phân hữu cơ và vôi là các phương tiện cải tạo môi trường đất toàn diện và hiệu quả: • Phân hữu cơ về lâu dài có tác dụng làm cho đất có điều kiện tích luỹ nhiều mùn, dinh dưỡng, nâng cao độ phì của đất, cải thiện tính chất lý, hóa sinh của đất trên cơ sở đó có thể tăng lượng phân hóa học để thâm canh đạt hiệu quả cao;

• Bón đủ vôi, lân, kali làm tăng tỉ lệ hạt chắc và tăng tỉ lệ dầu ở đậu đỗ, sử dụng cân đối NPK cho cây ăn quả sẽ làm tăng tỉ lệ đường và giảm tỉ lệ nước ở quả. Bón phân cân đối vừa phải để làm tăng chất lượng sản phẩm. Thiếu chất dinh dưỡng, bón phân không cân đối hoặc bón quá nhiều nhu cầu của cây đều làm giảm chất lượng nông sản:

• Vi lượng: có vai trò chủ yếu là hình thành và kích thích hoạt động của các hệ thống men trong cây, cho nên vi lượng xúc tiến, điều tiết toàn bộ các hoạt động sống trong cây như quang hợp, hô hấp, hút khoáng, hình thành, chuyển hóa và vận chuyển các hợp chất hữu cơ trong cây.

• Bón vôi có tác dụng cải tạo hóa tính, lý tính, sinh tính, giúp cây có thể hút được nhiều dinh dưỡng từ đất, tạo môi trường pH thích hợp cho cây trồng hút thức ăn cũng như sinh trưởng và phát triển...

• Bón lân làm tăng cường độ phì một cách rõ rệt, đồng thời lại đảm bảo giữ cho đất khỏi bị chua hóa;

• Phân lân: làm tăng phẩm chất các loại rau, cỏ làm thức ăn gia súc và chất lượng hạt giống, tăng độ bền của cói, tăng hương vị vitamin ở chuối, dứa, ớt, tăng tỉ lệ đường kết tinh ở mía. Bón đủ lân và kali làm thịt chuối cứng hơn, vỏ mịn và dai hơn...

• Phân kali: có nhiều ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm của cây trồng, đặc biệt có ảnh hưởng tới hàm lượng đường, bột và chất lượng sợi.

• Bón kali có tác dụng cải tạo hàm lượng kali cho đất và tăng cường hiệu quả của phân kali bón về sau.

• Bón phân hóa học với liều lượng thích hợp làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật có ích, do đó làm tăng cường sự khoáng hóa chất hữu cơ có sẵn trong đất, chuyển độ phì tự nhiên của đất thành độ phì thực tế;

Nhìn chung, thuốc BVTV có những tác động có lợi lớn đối với cây trồng như sau:

• Việc sử dụng thuốc BVTV bảo đảm bốn đúng (đúng lúc, đúng liều, đúng loại và đúng kỹ thuật) sẽ đẩy lùi được dịch hại, diệt được cỏ dại và tạo điều kiện cho cây

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 4 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Như vậy, bón phân hóa học cân đối và hợp lý kết hợp bón phân hữu cơ vừa tạo được năng suất và chất lượng nông sản tốt, vừa làm đất trở nên tốt hơn. Phân bón nếu sử dụng hợp lý nó sẽ không làm suy thoái đất mà nó sẽ làm ổn định độ phì nhiêu đất. Đương nhiên việc kết hợp hài hòa các nguồn dinh dưỡng như hữu cơ, phân khoáng, phân sinh học... sẽ đảm bảo cho một nền thâm canh ổn định. Phân bón trong nền nông nghiệp sinh thái, bảo vệ môi trường, ổn định năng suất, đảm bảo cung cấp thức ăn sạch cho người và gia súc. Nông nghiệp thế kỷ XXI phát triển trên cơ sở một nền nông nghiệp sinh thái, nông nghiệp sạch. Nhiệm vụ của loài người là phải tạo nên một nền nông nghiệp bền vững trong đó giảm đến mức độ tối đa việc mất chất dinh dưỡng để không làm ô nhiễm môi sinh, ngăn chặn việc thải nitrat vào nguồn nước uống, hạn chế thải các hợp chất oxit nitơ bắt nguồn từ quá trình khử đạm trong nông nghiệp làm phá hoại tầng ozôn. Nông nghiệp thế kỷ XXI cùng với việc sử dụng tối thích phân hóa học phải làm cho đất phát huy tác dụng tích cực hơn. Đất thành nơi đồng hóa chất thải, biến chất thải thành nguồn chất dinh dưỡng, phụ phế phẩm nông nghiệp được coi là thành phần của hệ thống sản xuất. Trong việc nghiên cứu phân bón không chỉ chú ý đến việc tăng năng suất mà phải đánh giá chất lượng sản phẩm. Phân bón và an ninh lương thực quốc gia. Dân số thế giới đã tăng từ 3 tỉ người năm 1960 lên 7 tỉ người vào năm 2011 và hiện nay đã đạt 9 tỷ người. Việc tăng dân số này là áp lực to lớn lên tài nguyên thiên nhiên mà trước hết là tài nguyên nước và đất, bởi vì con người cần lương thực, thực phẩm, chất đốt, nguyên vật liệu cho công nghiệp cũng như các nhu cầu khác của cuộc sống. Trước đây, sản lượng ngũ cốc chủ yếu dựa vào 2 yếu tố: diện tích và năng suất. Tuy nhiên, khi diện tích canh tác ngày càng gần tới giới hạn tối đa thì vai trò của năng suất càng quan trọng. Trong nền nông nghiệp hiện đại sản lượng cây trồng sẽ được quyết định chủ yếu bằng năng suất. Như vậy, để đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, từng nước có thể sử dụng một hay nhiều giải pháp với các thứ tự ưu tiên khác nhau như: tăng diện tích, tăng vụ, thâm canh và hạn chế tăng dân số. Với Việt Nam, thâm canh gần như là một giải pháp duy nhất, mà trong thâm canh vai trò của phân bón là không thể thiếu. 1.2.1.2. Vai trò của hóa chất BVTV Thuốc trừ dịch hại cây trồng và nông sản là vật tư không thể thiếu được trong sản xuất nông nghiệp. Từ khi có cuộc cách mạng xanh, nhiều giống mới có năng suất cao, phẩm chất tốt ra đời, mùa vụ phát triển, các biện pháp thâm canh được áp dụng vì vậy sâu bệnh hại và cỏ dại cũng phát triển vô cùng phức tạp. Đến nay, thuốc BVTV đã để lại những dấu ấn quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực của nền nông nghiệp hiện đại. Nhưng loài người vẫn tiếp tục tìm kiếm các dạng sản phẩm mới dễ sử dụng hơn, có hiệu lực trừ dịch hại cao hơn, thân thiện hơn với môi sinh và môi trường.

• Cho hiệu quả kinh tế cao, ít tốn công chăm sóc.

• Ngăn chặn được kịp thời những đợt dịch hại lớn xảy ra.

• Thuốc hóa học có thể diệt dịch hại nhanh, triệt để, đồng loạt trên diện rộng và chặn đứng những trận dịch trong thời gian ngắn mà các biện pháp khác không thể thực hiện được. Cho kết quả nhanh chóng hơn các biện pháp khác và giảm được tổn thất kịp thời.

• Biện pháp hóa học dễ dùng, có thể áp dụng ở nhiều vùng khác nhau, đem lại hiệu quả ổn định và nhiều khi là biện pháp phòng trừ duy nhất.

trường đại học nông lâm thái nguyên trồng tận dụng được những điều kiện tối ưu của kỹ thuật thâm canh, giúp cho cây trồng phát triển thuận lợi, đạt năng suất cao, chất lượng nông sản tốt.

• Một số thuốc BVTV kích thích giúp cây trồng phát triển tốt, khỏe mạnh hơn (2,4–D dùng xịt cỏ còn giúp cho lúa đẻ nhánh mạnh hơn).

• Thức ăn hỗn hợp giúp cho con giống có đặc điểm di truyền tốt thể hiện được tính ưu việt về phẩm chất giống mới.

• Biện pháp hóa học đem lại hiệu quả phòng trừ rõ rệt, bảo vệ được năng suất cây trồng, cải thiện chất lượng nông sản và mang lại hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng giúp giảm được diện tích canh tác.

• Chế biến thức ăn hỗn hợp cho gia súc, gia cầm sẽ liên quan đến nhiều ngành (sản xuất nguyên liệu, chế tạo cơ khí, động lực, điện...). Vì vậy, phát triển thức ăn hỗn

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 5Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

• Sử dụng thức ăn hỗn hợp tận dụng hết hiệu quả đầu tư trong chăn nuôi.

• Dễ dàng cho công việc cơ giới hóa ngành nông nghiệp (thuốc làm rụng lá bông, khô thân khoai tây… được sử dụng trước khi thu hoạch bằng cơ giới…). VAI TRÒ CỦA THỨC ĂN CHĂN NUÔI Thức ăn luôn là vấn đề quan trọng nhất trong chăn nuôi vì nó quyết định trực tiếp đến năng suất, chất lượng và giá thành của các sản phẩm thịt, trứng sữa... Trong những năm gần đây, ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi ở nước ta phát triển khá nhanh. Một số nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi có quy mô lớn hàng loạt máy móc thiết bị ép viên, sản xuất thức ăn đa năng tiện dụng được nhập và lắp đặt ở nhiều nhà máy phục vụ cho công nghiệp chăn nuôi. Tính đến năm 2014 tại Việt Nam có khoảng 203 nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi, đạt khoảng 14,5 triệu tấn thức ăn trong một năm. 1.2.2.1. Vai trò của thức ăn hỗn hợp Thức ăn hỗn hợp là loại thức ăn đã chế biến sẵn, do một số loại thức ăn phối hợp với nhau mà tạo thành. Thức ăn hỗn hợp hoặc có đủ tất cả các chất dinh dưỡng thỏa mãn được nhu cầu của con vật hoặc chỉ có một số chất dinh dưỡng nhất định để bổ sung cho con vật.

1.2.2.

• Sử dụng thức ăn hỗn hợp thuận tiện, giảm chi phí sản xuất trong các khâu cho ăn, chế biến, bảo quản và giảm lao động, sử dụng ít thức ăn nhưng cho năng suất cao, đem lại hiệu quả kinh tế cao trong chăn nuôi.

ăn

phí

thấp mức

1.2.2.2.

• Nhóm 1 gồm các axit: fumaric, xitric, malic và lactic có tác dụng hạ thấp độ pH ở dạ dày, giảm vi khuẩn gây bệnh ở đường tiêu hóa.

năng

• Nhóm 2 bao gồm axit formic, axetic, propionic, sorbic.. ngoài giảm thấp độ pH dạ dày còn diệt được vi khuẩn gram âm gây tiêu chảy.

• Sử dụng chất probiotic (chất phụ sinh) và prebiotic (chất tiền sinh). Probiotic là những vi khuẩn sống, khi vào đường tiêu hóa của động vật, những vi khuẩn này có khả năng hạn chế tối đa ảnh hưởng có hại của các vi khuẩn gây bệnh. Các vi khuẩn probiotic thường được đưa vào thức ăn như: Lactobacilus, Enterococuccus, Pediococcus, Pediococcus, Bacillus và các chủng nấm men thuộc loài Sacharomyces cerevisiae. Probiotic ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh, sử dụng chất dinh dưỡng để sản sinh chất độc, chúng kích thích đường tiêu hóa sản sinh enzyme, nâng cao khả năng tiêu hóa thức ăn. Probiotic có tác dụng kích thích đáp ứng miễn dịch, tăng khả năng chống bệnh của con vật. Bổ sung probiotic trong thức ăn có tác dụng làm con vật khoẻ mạnh, tăng khả năng sinh trưởng. Tuy nhiên, cơ chế tác động của những vi khuẩn probiotic đến nay cũng chưa được làm sáng tỏ. Prebiotic là những chất hỗ trợ cho vi khuẩn có lợi, hạn chế vi khuẩn có hại, cải thiện cân bằng vi khuẩn trong đường tiêu hoá, hạn chế vi khuẩn E. coli, Samonella..., cải thiện hệ miễn dịch của tế bào vách ruột, kích thích tăng trưởng và tăng hiệu quả sử dụng thức ăn.

làm

sung Kết quả thu được trong chăn nuôi trên thế giới và ở

và

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 6 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp hợp sẽ kéo theo sự phát triển đa ngành, tạo ra sự phân công lao động, giải quyết công ăn việc làm cho nhiều người.

ăn trên

sản phẩm chăn nuôi, đồng

đã cho thấy việc sử dụng thức ăn hỗn

•

• Thay đổi độ axit của ruột và cân bằng các chất điện giải bằng cách đưa axit hữu cơ vào thức ăn cho lợn con và cho cả gà. Hai nhóm axit hữu cơ được sử dụng làm thức ăn bổ sung:

• Nâng cao khả năng tiêu hóa hấp thu của con vật bằng cách sử dụng các enzyme bổ sung vào thức ăn. Các enzyme thường sử dụng vào thức ăn: enzyme amylase, maltase, protease (phân giải tinh bột, đường maltose, protein). Người ta sử dụng các enzyme phân giải xylose và beta-glucan (có nhiều trong lúa mỳ, đại mạch) để tăng tỷ lệ hấp thu các chất dinh dưỡng. Enzyme phytase cũng đang được dùng phổ biến có tác dụng giải phóng phốtpho khỏi phytat có nhiều trong các hạt ngũ cốc và phụ phẩm.

• Thức ăn hỗn hợp có giá trị dinh dưỡng phù hợp với tuổi gia súc, phù hợp với hướng sản xuất của gia súc, gia cầm thỏa mãn các yêu cầu về quản lý và kinh tế chăn nuôi góp phần thay đổi cơ cấu nông nghiệp, hiện đại hóa nền sản xuất nông nghiệp. Vai trò của thức ăn bổ Việt Nam hợp hoàn chỉnh thức hỗn hợp bổ sung đã tăng suất các thời hạ chi thức một đơn vị sản phẩm. Tăng nồng độ dinh dưỡng của khẩu phần: sinh trưởng của động vật nuôi tăng lên khi tăng nồng độ năng lượng và lysine trong khẩu phần.

• Sử dụng các chất kháng khuẩn thảo mộc như tỏi, gừng, hồi, quế, hạt tiêu, ớt, bạc hà. Tinh dầu của các thảo mộc này có tác dụng diệt khuẩn rất hiệu quả và có thể thay thế kháng sinh trong chăn nuôi. Xu hướng dùng thức ăn bổ sung trên đây nhằm đảm bảo ngày càng triệt để vệ sinh an toàn thực phẩm, nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm chăn nuôi, nhất là các sản có tác dụng kích thích sinh trưởng. Lợn ăn thức ăn có bổ sung kháng sinh tăng trọng hơn đối chứng 15–20%, gà 7–15%, bê 4–5%, kháng sinh còn làm gà mái đẻ nhiều trứng hơn (9–10%) và tăng tỷ lệ nở của trứng. Kháng sinh giúp cho con vật khỏe mạnh, hạn chế còi cọc, hạn chế bệnh tiêu chảy và rối loạn tiêu hóa. Kháng sinh làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn. Nếu thức ăn có thêm kháng sinh thì cứ tăng 100 kg thể trọng, tiết kiệm được 15–20 kg thức ăn. Cơ chế tác động chủ yếu của kháng sinh là liều thấp trong thức ăn, kháng sinh ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại trong đường ruột, tăng sự tiêu hóa hấp thu dưỡng chất trong thức ăn. Tính nhạy cảm của vi trùng gây bệnh với kháng sinh cao nên nó bị ức chế không phát triển và gây bệnh, thành ruột non mỏng và mọc đủ lông nhung, tạo điều kiện hấp thu thức ăn tốt hơn, do vậy tăng khả năng lợi dụng thức ăn nên cải thiện tăng trọng và hiệu quả sử dụng thức ăn. Hiện nay, việc bổ sung kháng sinh vào thức ăn chỉ tăng mức tăng trọng 3–5%, giảm chi phí thức ăn khoảng 5%, một số trường hợp thấp hơn. Nguyên nhân là giảm hiệu lực của kháng sinh do điều kiện chăn nuôi được cải thiện, chế độ dinh dưỡng được đảm bảo,

phẩm xuất khẩu. 1.2.3. VAI TRÒ CỦA THUỐC KHÁNG SINH ĐỐI VỚI CHĂN NUÔI Tác dụng của kháng sinh sử dụng với mục đích dinh dưỡng: Kháng sinh

chăm sóc quản lý và chuồng trại tốt hơn trước, mặt khác do việc sử dụng thường xuyên kháng sinh làm cho vi khuẩn nhờn thuốc, mất hiệu lực của kháng sinh. 1.3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BIỆN PHÁP HÓA HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.3.1. LỊCH SỬ SỬ DỤNG PHÂN BÓN 1.3.1.1. Lịch sử nông nghiệp bắt đầu từ nông nghiệp hữu cơ Sau khi đã quần tụ thành bộ lạc thì do số dân ngày một gia tăng, việc kiếm ăn nhờ săn bắt và hái lượm trở nên không đủ nữa, loài người phải chuyển sang làm nông nghiệp, trồng trọt và chăn nuôi, để có đủ, chủ động và ổn định nguồn lương thực, thực phẩm. Bắt đầu

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 7Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên

• Hỗ trợ hệ thống miễn dịch bằng cách sử dụng những thức ăn cung cấp globin miễn dịch hay kháng thể cung cấp cho con vật trong những thời kỳ khủng hoảng như thời kỳ cai sữa ở lợn.

Ở Trung Quốc, ngay từ thế kỷ VI, trong Tề Dân Yếu Thuật viết đời Hậu Ngụy, Giả Tư Hiệp đã ghi nhiều loại phân bón như phân tằm, phân bắc hoai, đất vách, phân xanh, vùi tươi xác cây bộ đậu. Ông đã nêu tỷ mỉ phương pháp luân canh cây bộ đậu (đậu xanh, đậu đen..) và xem biện pháp luân canh cây bộ đậu làm đất tốt không kém gì bón phân bắc hoai, xác Châutằm.Mỹ, khi Christoph Colomb (1451–1506) đặt chân lên châu Mỹ (12/10/1492) cuối thế kỷ XV đầu thế kỷ XVI đã thấy thổ dân châu Mỹ biết dùng cá chết bón cho ngô. Suốt thời kỳ Phục hưng, lý luận của Aristot (384–322 trước Công nguyên) vẫn còn chi phối tư tưởng của loài người. Về mặt dinh dưỡng cây trồng, Aristot cho rằng cây hút từ đất các chất đặc biệt dưới dạng mùn. Được sự hưởng ứng của Thaer (Đức) và Mathieu de Dombasles (Pháp), thuyết dinh dưỡng mùn đã thống trị thế giới cho đến đầu thế kỷ XIX. Thaer (1752–1828) đã có công nghiên cứu ý nghĩa lớn lao của chất mùn đối với độ phì nhiêu của đất và đã nhận định đúng về vai trò của luân canh trong việc tích lũy và bảo tồn chất mùn. Nhưng tác giả đã đi quá xa khi nhận định rằng chất mùn là chất dinh dưỡng chính của cây trồng. Năm 1840, Justus von Liebig (1803–1873) với tác phẩm “Ứng dụng hóa học vào nông nghiệp và sinh lý thực vật” đã bác bỏ thẳng thừng thuyết mùn trong dinh dưỡng thực vật. Liebig cho rằng: Tất cả các cây đều được nuôi dưỡng bằng các nguyên tố vô cơ hay nguyên tố khoáng, phân chuồng không tác động trực tiếp đến cây qua các chất hữu cơ trong phân mà gián tiếp qua sản phẩm phân giải của chất hữu cơ.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 8 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp từ đấy loài người luôn phải tìm cách cung cấp thức ăn cho cây, tìm hiểu các biện pháp làm cho cây tốt lên để cho năng suất cao hơn. Nguồn thức ăn đầu tiên loài người cung cấp cho cây là phân hữu cơ. Tìm hiểu lịch sử phân bón người ta thấy ở vùng Viễn Đông, phân bắc đã được dùng từ hơn 30 thế kỷ nay. Từ thời La-Hy, lịch sử thành văn cho thấy việc bón phân đã được thực thi từ 900 năm trước công nguyên. Trong sử thi Ôđixê của Home (ra đời khoảng từ những năm 900–700 trước công nguyên) đã nói đến việc bón phân cho ruộng nho. Théophrast (372–287 trước công nguyên) đã sắp xếp phân hữu cơ theo chất lượng giảm dần như sau: Phân bắc >Phân lợn >Phân dê >Phân cừu >Phân bò đực >Phân ngựa và đã nêu biện pháp độn chuồng để giữ và nâng cao chất lượng phân chuồng. Xênôphôn (năm 400 trước công nguyên) đã nêu biện pháp cấy vùi tàn thể thực vật để làm tốt đất. I. J. Columella, một nhà nông nghiệp cổ La Mã (thế kỷ I trước Công nguyên) lập danh sách nhiều cây bộ đậu có khả năng làm tốt đất: lupin (Lupinus sp.), đậu tằm (Phaseolus acutifolius), cây đậu lăng (Vicia faba), đậu chick (Cicer arietinum L.), cỏ ba lá (Trifollium sp.). Ông là người đã đặt nền móng cho việc dùng cây bộ đậu làm phân xanh, người đã phát biểu câu nói nổi tiếng: “Đất không phải là một người đàn bà già nua mà là một thiếu nữ trẻ, đẹp, tinh anh, luôn luôn có khả năng sinh sản nếu biết bồi đắp cuộc sống phong phú của cô ta.” (Dương Văn Đảm và cs, 1982).

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 9Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên Hai định luật, gồm LUẬT TRẢ LẠI “để cho đất khỏi bị kiệt quệ cần trả lại cho đất những nguyên tố phân bón cây lấy đi theo sản phẩm thu hoạch” và LUẬT TỐI THIỂU của Liebig “Năng suất cây trồng phụ thuộc vào nguyên tố phân bón có tỷ lệ thấp nhất so với yêu cầu của cây trồng” đã mở đường cho phân hóa học phát triển khiến cho năng suất cây trồng tăng lên rất nhanh. Hai định luật cho phép xây dựng kế hoạch năng suất theo kế hoạch phân bón nếu tính đầy đủ đến hệ số sử dụng phân bón của cây và có thể dùng làm cơ sở cho việc tính toán lượng phân bón để duy trì độ phì nhiêu của đất. Khi đánh giá Luật trả lại của Liebig, Timiriazev đã phát biểu: Cần phải trả lại chất dinh dưỡng cho đất mà người ta tìm mọi cách giảm bớt tầm quan trọng là một trong các thành tựu lớn nhất của khoa học. Như vậy, nông nghiệp hữu cơ ra đời ngay từ buổi bình minh của sản xuất nông nghiệp. Từ rất sớm nông nghiệp hữu cơ đã được học thuyết mùn của Thaer nâng đỡ, Liebig đã bác bỏ thuyết của Thaer và mở đầu kỷ nguyên sản xuất phân hóa học, năng suất nông nghiệp được nâng cao. 1.3.1.2. Lịch sử sử dụng phân hóa học ở Việt Nam Chỉ trong vài thập niên qua, từ một nước thiếu lương thực, Việt Nam đã vươn lên trở thành nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới. Thành tích ấy là nhờ thâm canh tăng vụ, tăng sản lượng và có vai trò quan trọng của phân bón. Đáng lưu ý là từ năm 1985 tới nay, lượng phân bón sử dụng ở nước ta tăng tới 5 lần, trong khi diện tích gieo trồng chỉ tăng 58%. Năm 2011, Việt Nam đã nhập khẩu 4,4 triệu tấn phân bón và nguyên liệu sản xuất phân bón các loại, kim ngạch nhập khẩu 1,8 tỉ đôla Mỹ, tăng gần 25% về lượng và gần 51% về giá trị so với năm 2010. Năm 2012, lượng phân bón nhập khẩu khoảng trên 4 triệu tấn. Năm 2013, Việt Nam giảm nhập khẩu còn khoảng 2 triệu rưỡi tấn phân bón các loại, do số lượng nhà máy sản xuất phân bón tăng lên, từ đó khiến nguồn cung trong nước đồi dào. Theo số liệu tính toán của các chuyên gia thì hiện nay hiệu suất sử dụng phân bón chỉ đạt từ 30–50%. Vì vậy, mỗi năm ước tính có khoảng 1,7 triệu tấn urê, hơn 2 triệu tấn lân và khoảng 300 nghìn tấn kali được bón vào đất nhưng không được cây trồng hấp thụ. Lượng tiền tiêu tốn ước tính mất đi gần 30 ngàn tỷ đồng mỗi năm, một phần nằm lại trong đất, một phần bay hơi gây ô nhiễm không khí, số còn lại bị rửa trôi theo nước mưa ra ao, hồ, sông, rạch gây ô nhiễm nguồn nước mặt và ngấm xuống tầng nước ngầm. 1.3.2. LỊCH SỬ CỦA VIỆC SỬ DỤNG HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT Người Hy Lạp xưa đã biết dùng lưu huỳnh (S) để chữa bệnh. Đầu thế kỷ XIX sau khi Pasteur phát hiện vi khuẩn gây một số bệnh cho động vật và thực vật thì một số hóa chất đã được dùng để chữa bệnh cho cây như CuSO4 + CaO chữa bệnh cho nho, bột arsenic phòng bệnh cho táo.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 10 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp 1.3.2.1. Các giai đoạn sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trên thế giới Quá trình phát triển của biện pháp hóa học BVTV trên thế giới có thể chia thành một số giai đoạn: Giai đoạn 1 (Trước thế kỷ XX) Với trình độ canh tác lạc hậu, các giống cây trồng có năng suất thấp, tác hại của dịch hại còn chưa lớn. Để bảo vệ cây, người ta dựa vào các biện pháp canh tác, giống sẵn có, sự phát triển nông nghiệp trông chờ vào sự may Tuyrủi. nhiên, từ lâu con người cũng đã biết sử dụng các loài cây độc và lưu huỳnh trong tro núi lửa để trừ sâu bệnh. Từ thế kỷ XIX, hàng loạt sự kiện đáng ghi nhớ, tạo điều kiện cho biện pháp hóa học ra đời. Benediet Prevest (1807) đã chứng minh nước đun sôi trong nồi đồng có thể diệt bào tử nấm than đen Ustilaginales. Từ năm 1848 lưu huỳnh được dùng để trừ bệnh phấn trắng Erysiphacea hại nho; dung dịch Boocdô ra đời năm 1879; lưu huỳnh vôi dùng trừ rệp sáp Aspidiotus perniciosus hại cam (1881). Mở đầu cho việc dùng các chất xông hơi trong bảo vệ thực vật là sự kiện dùng HCN trừ rệp vảy Aonidiella aurantii hại cam (1887). Năm 1889, aceto asenat đồng được dùng trừ sâu Leptinotarsa decemeatas hại khoai tây; năm 1892 dùng gipxin (asenat chì) để trừ sâu ăn quả, sâu rừng Porthetria dispr. Nửa cuối thế kỷ XIX cacbon disulfua (CS2) được dùng để chống chuột đồng và các ổ rệp Pluylloxera hại nho. Nhưng biện pháp hóa học lúc này vẫn chưa có một vai trò đáng kể trong sản xuất nông nghiệp. Giai đoạn 2 (Từ đầu thế kỷ XX đến năm 1960) Giai đoạn này các thuốc trừ dịch hại hữu cơ ra đời, làm thay đổi vai trò của biện pháp hóa học trong sản xuất nông nghiệp. Ceresan–thuốc trừ nấm thủy ngân hữu cơ đầu tiên ra đời vào năm 1913; năm 1940 là các thuốc trừ nấm lưu huỳnh rồi đến các nhóm thuốc khác. Thuốc trừ cỏ còn xuất hiện muộn hơn (những năm 40 của thế kỷ XX). Việc phát hiện khả năng diệt côn trùng của DDT (năm 1939) đã mở ra cuộc cách mạng của biện pháp hóa học BVTV. Hàng loạt các thuốc trừ sâu ra đời sau đó: clo hữu cơ (những năm 1940–1950); các thuốc lân hữu cơ, các thuốc cacbamat (1945–1950). Lúc này người ta cho rằng: mọi vấn đề BVTV đều có thể giải quyết bằng thuốc hóa học. Biện pháp hóa học bị khai thác ở mức tối đa, thậm chí người ta còn hy vọng, nhờ thuốc hóa học để loại trừ hẳn một loài dịch hại trong một vùng rộng lớn. Từ cuối những năm 1950, những hậu quả xấu của thuốc BVTV gây ra cho con người và môi trường được phát hiện. Khái niệm phòng trừ tổng hợp sâu bệnh ra đời. Giai đoạn 3 (những năm 1960–1980) Việc lạm dụng thuốc BVTV đã để lại những hậu quả rất xấu cho môi trường dẫn đến nhiều chương trình phòng chống dịch hại của một số quốc gia và các tổ chức quốc tế dựa vào thuốc hóa học đã bị sụp đổ, tư tưởng sợ hãi, không dám dùng thuốc BVTV xuất hiện, thậm chí có người cho rằng, cần loại bỏ không dùng thuốc BVTV trong sản xuất nông nghiệp. Tuy vậy, các loại thuốc BVTV mới có nhiều ưu điểm, an toàn hơn đối với môi trường, như thuốc trừ cỏ mới, các thuốc trừ sâu nhóm pyrethroid tổng hợp (1970), các thuốc trừ sâu bệnh có nguồn gốc sinh học hay tác động sinh học, các chất điều tiết sinh trưởng côn

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 11Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên trùng và cây trồng vẫn liên tục ra đời. Lượng thuốc BVTV được dùng trên thế giới không những không giảm mà còn tăng lên không ngừng. Giai đoạn 4 (từ những năm 1980 đến nay) Vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm hơn bao giờ hết. Nhiều loại thuốc BVTV mới, trong đó có nhiều thuốc trừ sâu bệnh sinh học, có hiệu quả cao với dịch hại, nhưng an toàn với môi trường ra đời. Vai trò của biện pháp hóa học đã được thừa nhận. Tư tưởng sợ thuốc BVTV cũng bớt dần. Quan điểm phòng trừ tổng hợp được phổ biến rộng rãi. 1.3.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng thuốc BVTV trên thế giới Mặc dù sự phát triển của biện pháp hóa học có nhiều lúc thăng trầm, song tổng giá trị tiêu thụ thuốc BVTV và số hoạt chất trên thế giới tăng lên không ngừng, số chủng loại ngày càng phong phú. Nhiều thuốc mới và dạng thuốc mới an toàn hơn với con người, môi trường liên tục xuất hiện bất chấp các qui định quản lý ngày càng chặt chẽ của các quốc gia đối với thuốc BVTV và kinh phí đầu tư cho nghiên cứu để một loại thuốc mới ra đời ngày càng lớn. Trong 10 năm gần đây, tổng lượng thuốc BVTV tiêu thụ trên thế giới có xu hướng giảm, nhưng giá trị của thuốc tăng không ngừng. Nguyên nhân là cơ cấu thuốc thay đổi: nhiều loại thuốc cũ, giá rẻ, dùng với lượng lớn, độc với môi sinh môi trường được thay thế dần bằng các loại thuốc mới hiệu quả, an toàn và dùng với lượng ít hơn, nhưng lại có giá thành cao. Tuy vậy, mức đầu tư về thuốc BVTV và cơ cấu tiêu thụ các nhóm thuốc tuỳ thuộc trình độ phát triển và đặc điểm canh tác của từng nước. Ngày nay, biện pháp hóa học BVTV được phát triển theo các các hướng chính sau:

• Nghiên cứu công cụ phun rải tiên tiến và cải tiến các loại công cụ hiện có để tăng khả năng trang trải, tăng độ bám dính, giảm đến mức tối thiểu sự rửa trôi của thuốc. Chú ý dùng các phương pháp sử dụng thuốc khác bên cạnh phun thuốc còn đang phổ biến. Thay phun thuốc sớm, đại trà và định kỳ bằng phun thuốc khi dịch hại đạt đến ngưỡng. 1.3.2.3. Lịch sử tình hình sản xuất và sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam chia thành ba giai đoạn: Trước năm 1957: Biện pháp hóa học hầu như không có vị trí trong sản xuất nông nghiệp. Một lượng rất nhỏ sunfat đồng được dùng ở một số đồn điền do Pháp quản lý để trừ bệnh gỉ sắt cà phê và Phytophthora cao su và một ít DDT được dùng để trừ sâu hại rau.

• Tìm hiểu các phương pháp và nguyên liệu để gia công thành các dạng thuốc mới ít ô nhiễm, hiệu lực dài, dễ dùng, loại dần dạng thuốc gây ô nhiễm môi trường.

Được

• Nghiên cứu tìm ra các hoạt chất mới có cơ chế tác động mới, có tính chọn lọc và hiệu lực trừ dịch hại cao hơn, lượng dùng nhỏ hơn, tồn lưu ngắn, ít độc và dễ dùng hơn đó là thuốc sinh học và thuốc trừ sâu tác dụng chậm (điều khiển sinh trưởng côn trùng, pheromon, các chất phản di truyền, chất triệt sản).

Tuy lượng thuốc dùng ít, nhưng tình trạng lạm dụng thuốc BVTV vẫn nảy sinh, để phòng trừ sâu bệnh, người ta chỉ biết dựa vào thuốc BVTV. Thuốc dùng tràn lan, phun phòng là phổ biến, khuynh hướng phun sớm, phun định kỳ ra đời, thậm chí dùng thuốc cả vào những thời điểm không cần thiết; tình trạng dùng thuốc sai kỹ thuật nảy sinh khắp nơi, thậm chí người ta còn hy vọng dùng thuốc BVTV để loại trừ hẳn một loài dịch hại ra khỏi một vùng rộng lớn, thuốc đã để lại những hậu quả rất xấu đối với môi trường và sức khoẻ con người. Khi nhận ra những hậu quả của thuốc BVTV, cộng với tuyên truyền quá mức về tác hại của chúng đã gây nên tâm lý sợ thuốc. Từ cuối những năm 80 của thế kỷ XX, đã có nhiều đề xuất nên hạn chế, thậm chí loại bỏ hẳn thuốc BVTV, dùng biện pháp sinh học để thay thế biện pháp hóa học trong phòng trừ dịch hại nông nghiệp. Giai đoạn từ 1990 đến nay: Thị trường thuốc BVTV đã thay đổi cơ bản: nền kinh tế từ tập trung bao cấp chuyển sang kinh tế thị trường. Năm thành phần kinh tế, đều được phép kinh doanh thuốc BVTV, nguồn hàng phong phú, nhiều chủng loại được cung ứng kịp thời, nông dân có điều kiện lựa chọn thuốc, giá cả khá ổn định có lợi cho nông dân. Lượng thuốc BVTV tiêu thụ qua các năm đều tăng. Theo số liệu của Cục BVTV trong giai đoạn 1981–1986 số lượng thuốc sử dụng là 6,5–9,0 ngàn tấn thương phẩm, tăng lên 20–30 ngàn tấn trong giai đoạn 1991–2000 và từ 36–75,8 ngàn tấn trong giai đoạn 2001–2010. Lượng hoạt chất tính theo đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3kg (1981–1986) lên 1,24–2,54kg (2001–2010). Giá trị nhập khẩu thuốc BVTV cũng tăng nhanh, năm 2008 là 472 triệu USD, năm 2010 là 537 triệu USD. Số loại thuốc đăng ký sử dụng cũng tăng nhanh, trước năm 2000 số hoạt chất là 77, tên thương phẩm là 96, năm 2000 là số hoạt chất là 197 và tên thương phẩm là 722,

nước độc quyền thực hiện. Nhà nước nhập rồi trực tiếp phân phối thuốc cho các tỉnh theo giá bao cấp. Bằng mạng lưới vật tư nông nghiệp địa phương, thuốc BVTV được phân phối thẳng xuống HTX nông nghiệp. Ban Quản trị HTX quản lý và giao cho tổ BVTV hướng dẫn xã viên phòng trị

12 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Việc thành lập Tổ Hoá BVTV (1/1956) của Viện Khảo cứu trồng trọt đã đánh dấu sự ra đời của ngành Hoá BVTV ở Việt Nam. Thuốc BVTV được dùng lần đầu trong sản xuất nông nghiệp ở miền Bắc là trừ sâu gai, sâu cuốn lá lớn bùng phát ở Hưng Yên (vụ đông xuân 1956–1957). Ở miền Nam, thuốc BVTV được sử dụng từ 1962. Giai đoạn từ 1957–1990: Thời kỳ bao cấp, việc nhập khẩu, quản lý và phân phối thuốc do nhà dịch hại trên đồng ruộng. Lượng thuốc BVTV dùng không nhiều, khoảng 15.000 tấn thành phẩm/năm với khoảng 20 chủng loại thuốc trừ sâu (chủ yếu) và thuốc trừ bệnh. Đa phần là các thuốc có độ tồn lưu lâu trong môi trường hay có độ độc cao. Việc quản lý thuốc lúc này khá dễ dàng, thuốc giả, thuốc kém chất lượng không có điều kiện phát triển. Song tình trạng phân phối thuốc không kịp thời, đáp ứng không đúng chủng loại, nơi thừa, nơi thiếu, gây tình trạng khan hiếm giả tạo, dẫn đến hiệu quả sử dụng thuốc thấp. Mặt khác, người nông dân không có điều kiện lựa chọn thuốc, thiếu tính chủ động và ỷ lại Nhà nước.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 13Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên đến năm 2011 lên số hoạt chất là 1202 và tên thương phẩm là 3108. Như vậy, trong vòng 10 năm (2000–2011) số lượng thuốc BVTV sử dụng tăng 2,5 lần, số loại thuốc nhập khẩu tăng khoảng 3,5 lần. Trong năm 2010, lượng thuốc Việt Nam sử dụng bằng 40% mức sử dụng trung bình của 4 nước lớn dùng nhiều thuốc BVTV trên thế giới (Mỹ, Pháp, Nhật, Brazin) trong khi GDP của Việt Nam chỉ bằng 3,3% GDP trung bình của các nước trên. Số lượng hoạt chất đăng ký sử dụng ở Việt Nam hiện nay xấp xỉ 1.000 loại trong khi của các nước ở khu vực Đông Nam Á từ 400–600 loại, như Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malasia 400–600 loại. Sử dụng thuốc BVTV bình quân đầu người ở Trung Quốc là 1,2 kg trong khi ở Việt Nam là 0,95 kg (2010). Theo báo cáo của Tổng cục Môi trường, thuộc Bộ tài nguyên và Môi trường cho thấy, trung bình mỗi năm nước ta sử dụng từ 15–25 ngàn tấn thuốc BVTV. Gần 100% diện tích đất canh tác nông nghiệp đều có sử dụng thuốc BVTV. Trong khi đó, thuốc BVTV có chứa độc tố cao với hàng trăm tên thương mại và nguồn gốc xuất xứ khác nhau mà ngành chức năng khó kiểm soát. Tình trạng nông dân sử dụng thuốc BVTV không đúng khuyến cáo, sử dụng thuốc ngoài danh mục ngày càng phổ biến. Theo khảo sát của ngành chức năng, cả nước hiện có khoảng 15–20 triệu người thường xuyên tiếp xúc với thuốc BVTV, 70% trong số này có triệu chứng ngộ độc thuốc BVTV. Nguyên nhân là do phần đông người dân còn sử dụng thuốc theo thói quen hoặc tập quán địa phương. Tình trạng lạm dụng thuốc, tư tưởng ỷ lại biện pháp hóa học đã để lại những hậu quả xấu cho sản xuất, môi trường đất nước, không khí và sức khoẻ con người. Để phát huy hiệu quả của thuốc BVTV và sử dụng chúng an toàn, phòng trừ tổng hợp là biện pháp tất yếu, phải phối hợp hài hòa các biện pháp trong hệ thống phòng trừ tổng hợp, sử dụng thuốc BVTV là biện pháp cuối cùng, khi các biện pháp phòng trừ khác sử dụng không hiệu quả. Hàng năm, Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn ban hành Thông tư Danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phép, hạn chế và cấm sử dụng ở Việt Nam. 1.3.3. LỊCH SỬ CỦA NGÀNH DINH DƯỠNG TRONG CHĂN NUÔI VÀ THỦY SẢN Antoine Lavoisier (1743–1794), nhà hóa học lớn người Pháp được xem như là người có công gây dựng nên ngành khoa học dinh dưỡng. Tiếp theo các nghiên cứu đầu tiên về dinh dưỡng học, quá trình phát triển của ngành này rất chậm ở thế kỷ XIX. Kiến thức về dinh dưỡng được phát triển mạnh vào khoảng đầu thế kỷ XX khi một vài vitamin đầu tiên được phát hiện ra. Thời gian đó có rất nhiều khám phá về vai trò của vitamin, các axit amin, axit béo thiết yếu, các chất khoáng đa lượng và vi lượng, sự trao đổi năng lượng, nhu cầu dưỡng chất. Tuy nhiên, dinh dưỡng học chỉ mới phát triển gần đây. Những nghiên cứu đầu tiên về nhu cầu dinh dưỡng được thực hiện tại Corlan (Ohio, Mỹ) vào những năm 40 và bắt đầu từ thập niên 60 các nghiên cứu về dinh dưỡng phát triển rất nhanh.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 14 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Thức ăn nhân tạo đầu tiên do sự phối trộn các thành phần nguyên liệu chỉ bắt đầu từ thập niên 50. Cuối thập niên 50 loại thức ăn viên được dùng phổ biến tại Mỹ và ChâuỞÂu.Việt

Nam vào thời kỳ 1954–1975 các nhà khoa học tập trung nghiên cứu sử dụng nguồn thức ăn sẵn có, rẻ tiền phù hợp với từng địa phương nhằm tận dụng tối đa nguồn phụ phẩm trong nông nghiệp. Các nghiên cứu về sử dụng và gây nuôi thức ăn tự nhiên, nghiên cứu sử dụng phân hữu cơ ứng với các giai đoạn phát triển của cá trong ao nuôi cũng được quan tâm. Từ sau năm 1975, để nâng cao hiệu quả của nghề nuôi cá nước ngọt, việc khuyến khích người nuôi sử dụng nguồn nguyên liệu địa phương, sẵn có, rẻ tiền để nuôi cá vẫn được tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, trong mô hình nuôi thâm canh thì việc sử dụng thức ăn công nghiệp đã được khuyến khích người nuôi. Nếu những năm 90, thức ăn công nghiệp chủ yếu được nhập từ nước ngoài, hoặc do các công ty nước ngoài đầu tư và sản xuất ở Việt Nam thì đến nay nhiều công ty sản xuất thức ăn trong cả nước đã được xây dựng, góp phần vào việc giảm giá thành thức ăn, tăng hiệu quả trong chăn nuôi. 1.3.4. LỊCH SỬ SỬ DỤNG KHÁNG SINH TRONG CHĂN NUÔI Năm 1909, nhà vật lý học người Đức là Paul Ehrlich đã tạo ra một chất và đặt tên là Salvarsan dùng điều trị bệnh giang mai rất có hiệu quả. Năm 1928, Alexander Fleming – một nhà vi trùng học người Anh phát hiện ra penicillin. Năm 1932, Gerhard Domagk (nhà vật lý học người Đức) phát hiện ra sulfanilamide. Năm 1944, Wakeman tìm ra streptomycine. Việc phát hiện ra kháng sinh và các đặc tính của chúng đã tạo ra một cuộc cách mạng trong y học và cứu loài người thoát khỏi nhiều thảm họa dịch bệnh do vi trùng gây ra. Việc sử dụng kháng sinh trong thức ăn chăn nuôi được đánh dấu bằng một thí nghiệm của Stokstad và Juke (1949) khi cho gia cầm ăn thức ăn có bổ sung aureomycin, nhận thấy sử dụng kháng sinh với liều lượng rất thấp so với liều để chữa bệnh cho vào thức ăn cho gia súc thì không những hạn chế nhiều bệnh truyền nhiễm mà còn làm cho con vật lớn nhanh, cho nhiều thịt, nhiều trứng. Sau phát hiện này kháng sinh được dùng phổ biến trong chăn nuôi. Từ đó rất nhiều công trình nghiên cứu về kháng sinh như chất bổ sung trong thức ăn chăn nuôi được thực hiện và bắt đầu từ những năm 1950 và 1960 của thế kỷ XX, một kỷ nguyên mới của ngành chăn nuôi đã được mở ra khi kháng sinh được coi như một yếu tố không thể thiếu và đã tạo nên một bước đột phá về năng suất và hiệu quả chăn nuôi ở nhiều nước trên thế giới. Gần đây xuất hiện một số thuốc kháng sinh được sử dụng như là chất kích thích sinh trưởng có thể một phần là nguyên nhân của việc tăng tính kháng thuốc của vi khuẩn, sức đề kháng có thể có ở các vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật và cũng có thể là nguồn gốc của một vài hiện tượng ngộ độc thức ăn. Việc sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi ngày càng được tranh luận bởi vì đây là một trong những nguyên nhân làm mất đi hiệu lực của một số thuốc kháng sinh khi điều trị trong nhân y và thú y.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 15Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên 1.4. HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP 1.4.1. QUAN NIỆM VỀ HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP Theo quan niệm của sinh thái học hiện đại thì các hệ sinh thái tồn tại trên trái đất có quy mô lớn nhỏ rất khác nhau: • Hệ sinh thái nhỏ: Một bể nuôi cá trong phòng, một chậu cây cảnh.

Tập hợp tất cả các hệ sinh thái trên bề mặt trái đất làm thành hệ sinh thái khổng lồ –đó là sinh thái quyển hay sinh quyển (biosphere). Bề mặt của trái đất tiếp nhận năng lượng bức xạ mặt trời và thực vật sử dụng ánh sáng để cố định năng lượng này trong các phân tử hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Trong tất cả các hệ sinh thái thì quang hợp là nguồn gốc của tất cả năng lượng và nó trở nên cực kỳ quan trọng. Sự chuyển hóa năng lượng bằng những thực vật xanh được gọi là sức sản xuất sơ cấp và chính những thực vật xanh là những sinh vật tự dưỡng (autotrophs). Quá trình quang hợp có thể minh họa tóm tắt theo phương trình: 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 9O2 + 6H2 Trong quá trình, trên ánh sáng chỉ tham gia vào mắt xích đầu tiên của quá trình khi chất diệp lục (chlorophyll) sử dụng năng lượng của ánh sáng để phân hủy phân tử nước và giải phóng ra oxy, mắt xích thứ hai của quá trình là việc sử dụng năng lượng trong hàng loạt các bước tiếp theo để khử cacbon dioxit thành cacbon hydrat. Các hệ sinh thái tự nhiên, hoàn toàn không hoặc ít có sự can thiệp của con người, còn có các hệ sinh thái nhân tạo do sức lao động của con người tạo ra. Như vậy, các ruộng cây trồng, vườn quả, đồng cỏ nói riêng và những hệ sinh thái nông nghiệp nói chung là các hệ sinh thái nhân tạo. Trong hệ sinh thái nông nghiệp thành phần chủ yếu là thực vật (đồng cỏ) hay cây trồng. Thực vật hấp thụ năng lượng mặt trời, nước và chất dinh dưỡng từ đất tổng hợp nên chất hữu cơ, tạo thành năng suất sơ cấp của hệ sinh thái nông nghiệp. Chất hữu cơ này một phần do động vật (kể cả con người) hay vi sinh vật sử dụng để tạo ra năng suất thứ cấp. Hệ sinh thái nông nghiệp là hệ sinh thái do con người tạo ra và duy trì trên cơ sở các quy luật khách quan của các hệ sinh thái, vì mục đích thỏa mãn nhu cầu trên nhiều mặt và ngày càng tăng của mình. Theo Đào Thế Tuấn (1984), các hệ sinh thái trồng trọt nhân tạo theo quan điểm của điều khiển học hiện đại là những hệ thống phức tạp, hệ thống ấy gồm có những hệ thống phụ và các yếu tố của hệ thống, các hệ thống phụ trong hệ sinh thái ruộng cây trồng bao gồm: • Hệ thống phụ khí tượng: bao gồm các yếu tố như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, mưa, độ ẩm không khí, các loại khí CO2; CO, gió... Các yếu tố này tác động lẫn nhau và tác động vào đất, cây trồng, quần thể sinh vật, tạo nên vi khí hậu của ruộng cây trồng.

• Hệ sinh thái lớn: Một đại dương, một lục địa.

• Hệ sinh thái vừa: Một thảm rừng, một cánh đồng lúa, một hồ chứa.

2816kj Cacbon hydrat

• Hệ thống phụ biện pháp kỹ thuật: là các tác động của con người vào điều kiện khí tượng, vào đất, vào cây trồng hay vào quần thể sinh vật trong ruộng như các biện pháp làm đất, bón phân, chăm sóc, phòng chống sâu bệnh và cỏ dại... Tất cả các hệ thống phụ tác động tương hỗ lẫn nhau và tác động với nhiều yếu tố khác và cuối cùng dẫn đến việc tạo thành năng suất sinh học (toàn bộ thân, lá, quả, rễ...) và năng suất kinh tế (bộ phận thương phẩm như quả, hạt) của cây trồng. 1.4.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP Hệ sinh thái nông nghiệp là một hệ sinh thái nhân tạo, tuy nhiên nó lại được xác lập ở điều kiện tự nhiên, chịu sự chi phối của tự nhiên nên không có một ranh giới rõ ràng giữa các hệ sinh thái tự nhiên và các hệ sinh thái nhân tạo. Tiêu chuẩn để phân biệt hệ sinh thái tự nhiên với một hệ sinh thái nhân tạo là sự can thiệp của con người. Sự đối lập của con người với các quá trình trong hệ sinh thái nông nghiệp biểu hiện rõ nét nhất trong sự không phù hợp về việc tìm kiếm thức ăn và năng lượng trong hệ sinh thái nông nghiệp qua quá trình phát triển. Các hệ sinh thái tự nhiên có mục đích kéo dài sự sống của các cộng đồng vật sống, trái lại các hệ sinh thái nông nghiệp chủ yếu nhằm cung cấp cho con người các sản phẩm của cây trồng và vật nuôi. Ở các hệ sinh thái tự nhiên, có sự trả lại hầu như hoàn toàn khối lượng chất hữu cơ và chất khoáng trong sinh khối của các vật sống cho đất, chu trình vật chất ở đây được khép kín. Còn ở các hệ sinh thái nông nghiệp, trong từng mùa vụ, khối lượng sinh khối của cây trồng và vật nuôi bị lấy đi khỏi hệ và như vậy chu trình vật chất không được khép kín. Hệ sinh thái tự nhiên là các hệ sinh thái tự phục hồi và có một quá trình phát triển lịch sử; trái lại, hệ sinh thái nông nghiệp là các hệ sinh thái thứ cấp do lao động của con người tạo ra. Con người theo kinh nghiệm lâu đời đã tạo nên các hệ sinh thái nông nghiệp thay chỗ cho các hệ sinh thái tự nhiên nhằm đạt năng suất cao hơn. Thực ra, lao động sản xuất của con người không phải hoàn toàn tạo ra các hệ sinh thái nông nghiệp, mà chỉ tạo điều kiện để các hệ sinh thái nông nghiệp phát triển tốt hơn theo các quy luật tự nhiên.

• Hệ thống phụ quần thể sinh vật của ruộng cây trồng: bao gồm các loài cỏ dại, côn trùng, nấm và vi sinh vật, các động vật nhỏ. Các sinh vật này có loài có tác dụng tốt, có loài trung tính hay có loài gây hại cho cây trồng.

• Hệ thống phụ cây trồng: là hệ thống trung tâm của hệ sinh thái. Hệ thống này có thể thuần nhất nếu ruộng cây trồng chỉ trồng một giống cây (đơn canh), hay phức tạp nếu trồng xen, trồng gối. Các yếu tố của hệ thống này là các đặc tính sinh lý và hình thái của giống cây trồng do các đặc điểm di truyền của nó quyết định.

• Hệ thống phụ đất: bao gồm các yếu tố như nước, không khí, chất hữu cơ, chất khoáng, vi sinh vật và động vật đất. Chúng tác động lẫn nhau và chịu tác động của các yếu tố khí tượng, cung cấp nước, không khí và các chất dinh dưỡng cho cây trồng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 17Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên Hiện nay, con người bằng sức lao động đã và đang đầu tư cho các hệ sinh thái nông nghiệp theo hai phương thức: lao động sống và lao động quá khứ thông qua các vật tư, kỹ thuật, máy móc, hóa chất... Những đầu tư này, thực chất là đưa thêm vào chu trình trao đổi chất của các hệ sinh thái nông nghiệp để bù vào phần năng lượng và vật chất bị lấy đi khỏi hệ. Hệ sinh thái tự nhiên thường phức tạp về thành phần loài, tính đa dạng sinh học cao và có nhiều mức tiêu thụ trong dây chuyền thức ăn. Vì vậy, nếu có một sự tắc nghẽn ở một khâu nào đó dẫn đến làm mất cân bằng sinh thái thì nó dễ dàng tự điều chỉnh, giữ cho hệ ổn định không bị đe dọa. Ngược lại, các hệ sinh thái nông nghiệp có số lượng cây trồng và vật nuôi đơn giản hơn nhiều và thuộc loại hệ sinh thái trẻ. Tuy nó có khả năng sinh trưởng mạnh, có năng suất cao nhưng ít ổn định, dễ bị trục trặc khi có một khâu trong dây chuyền thức ăn bị tắc nghẽn. Bởi vậy, để tăng tính ổn định của các hệ sinh thái nông nghiệp con người buộc phải đầu tư thêm lao động, năng lượng hóa thạch để bảo vệ chúng. Các hệ sinh thái tự nhiên có duy nhất một nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt trời. Thế nhưng, các hệ sinh thái nông nghiệp ngoài năng lượng mặt trời ra, chúng còn nhận năng lượng do công nghiệp cung cấp. Nguồn năng lượng bổ sung này thực chất là một trong các yếu tố nhằm duy trì và làm tăng tính ổn định của chúng. 1.4.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP Nông nghiệp là một trong hai ngành sản xuất vật chất chủ yếu của xã hội. Sản xuất nông nghiệp có những đặc điểm riêng mà các ngành sản xuất khác không thể có, đó là: 1.4.3.1. Tư liệu sản xuất cơ bản của nông nghiệp là đất trồng Ruộng đất là tư liệu sản xuất chủ yếu không thể thay thế được. Đất đai là điều kiện cần thiết cho tất cả các ngành sản xuất, nhưng nội dung kinh tế của nó lại rất khác nhau. Trong công nghiệp, giao thông v.v... đất đai là cơ sở làm nền móng, trên đó xây dựng các nhà máy, công xưởng, hệ thống đường giao thông v.v... để con người điều khiển các máy móc, các phương tiện vận tải hoạt động. Trong nông nghiệp, đất đai có nội dung kinh tế khác, nó là tư liệu sản xuất chủ yếu không thể thay thế được. Ruộng đất bị giới hạn về mặt diện tích, con người không thể tăng theo ý muốn chủ quan, nhưng sức sản xuất ruộng đất là chưa có giới hạn, nghĩa là con người có thể khai thác chiều sâu của ruộng đất nhằm thỏa mãn nhu cầu tăng lên của loài người về nông sản phẩm. Chính vì thế trong quá trình sử dụng phải biết quí trọng ruộng đất, sử dụng tiết kiệm, hạn chế việc chuyển đất nông nghiệp sang xây dựng cơ bản, tìm mọi biện pháp để cải tạo và bồi dưỡng đất làm cho ruộng đất ngày càng màu mỡ hơn, sản xuất ra nhiều sản phẩm trên mỗi đơn vị diện tích với chi phí thấp nhất trên đơn vị sản phẩm. 1.4.3.2. Đối tượng lao động của sản xuất nông nghiệp là cây trồng và vật nuôi Đối tượng của sản xuất nông nghiệp là các loài sinh vật và chúng tồn tại ở 3 mức độ:

1.4.3.4. Sản xuất nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên Sản xuất nông nghiệp được tiến hành trên địa bàn rộng lớn, phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nên mang tính khu vực rõ rệt. Điều kiện thời tiết khí hậu với lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v.v... trên từng địa bàn gắn rất chặt chẽ với điều kiện hình thành và sử dụng đất. Do điều kiện đất đai khí

• Mức độ sinh thái: Kết quả của sản phẩm là do hoạt động của toàn bộ hệ sinh thái. Trong các hệ sinh thái nông nghiệp có những mối quan hệ cơ bản trên nhiều mặt (dinh dưỡng, quan hệ vật chất – năng lượng...). Sản xuất nông nghiệp mang tính mùa vụ Đó là nét đặc thù điển hình nhất của sản xuất nông nghiệp, bởi vì một mặt sản xuất nông nghiệp là quá trình tái sản xuất kinh tế gắn kết hữu cơ với quá trình tái sản xuất tự nhiên, thời gian hoạt động và thời gian sản xuất xen kẽ vào nhau, song lại không hoàn toàn trùng hợp nhau, sinh ra tính thời vụ cao trong nông nghiệp. Tính thời vụ trong nông nghiệp là vĩnh cửu không thể xoá bỏ được, trong quá trình sản xuất chỉ tìm cách hạn chế nó. Mặt khác do sự biến thiên về điều kiện thời tiết, khí hậu, mỗi loại cây trồng có sự thích ứng nhất định với điều kiện đó, dẫn đến những mùa vụ khác nhau. Đối tượng của sản xuất nông nghiệp là cây trồng – loại cây xanh có vai trò cực kỳ to lớn là sinh vật có khả năng hấp thu và tàng trữ nguồn năng lượng mặt trời để biến từ chất vô cơ thành chất hữu cơ, tạo nguồn thức ăn cơ bản cho con người và vật nuôi. Như vậy, tính thời vụ có tác động rất quan trọng đối với nông dân. Tạo hóa đã cung cấp nhiều yếu tố đầu vào thiết yếu cho nông nghiệp, như: ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa, không khí. Lợi thế tự nhiên đã ưu ái rất lớn cho con người, nếu biết lợi dụng hợp lý có thể sản xuất ra những nông sản với chi phí thấp, chất lượng. Để khai thác và lợi dụng thiên nhiên đối với nông nghiệp đòi hỏi phải thực hiện nghiêm khắc những khâu công việc ở thời vụ tốt nhất như thời vụ gieo trồng, bón phân, làm cỏ, tưới tiêu v.v… Việc thực hiện kịp thời vụ cũng dẫn đến tình trạng căng thẳng về lao động đòi hỏi phải có giải pháp tổ chức lao động hợp lý, cung ứng vật tư – kỹ thuật kịp thời, trang bị công cụ, máy móc thích hợp, đồng thời phải coi trọng việc bố trí cây trồng hợp lý, phát triển ngành nghề dịch vụ, tạo thêm việc làm ở những thời kỳ nông nhàn.

1.4.3.3.

• Mức độ cá thể: Sinh vật tiếp thu các tác động từ bên ngoài có chọn lọc, chúng có khả năng tự điều hòa để sống. Các đặc điểm di truyền và các đặc điểm của môi trường bên ngoài thống nhất với nhau trong cơ thể sinh vật, làm cho tiềm năng của sinh vật được phát huy. • Mức độ quần thể: Năng suất trong nông nghiệp là năng suất của quần thể, không phải năng suất cá thể. Nhìn chung các sinh vật có khả năng sinh sản nhiều thì khả năng sống sót lại thấp, cho nên cần tạo ra những quần thể hợp lý, tạo ra sự hài hòa tương quan hệ giữa các cá thể trong quần thể. Như vậy, muốn có năng suất cao thì quần thể phải tương đối đồng đều.

• Tiến hành điều tra các nguồn tài nguyên về nông – lâm – thủy sản trên phạm vi cả nước cũng như tính vùng để qui hoạch bố trí sản xuất các cây trồng, vật nuôi cho phù hợp.

• Điều chỉnh các giai đoạn của chu trình chuyển biến vật chất và làm cho các giai đoạn đó tạo ra nhiều sản phẩm.

• Tạo một cơ cấu hợp lý cho sản lượng cao.

• Việc xây dựng phương hướng sản xuất kinh doanh, cơ sở vật chất kỹ thuật phải phù hợp với đặc điểm và yêu cầu sản xuất nông nghiệp ở từng vùng.

• Hệ thống các chính sách kinh tế phù hợp với điều kiện từng vùng, từng khu vực nhất định. 1.4.3.5. Sản xuất nông nghiệp mang tính phân tán trong không gian Sản phẩm nông nghiệp được hình thành trong suốt quá trình sản xuất, con người phải thường xuyên tác động trong cả quá trình điều khiển hợp lý hai quá trình tích lũy và tiêu hao để đạt năng suất cao nhất. Quá trình sản xuất nông nghiệp trải rộng ra trên không gian và kéo dài theo thời gian, do đó muốn có năng suất cao phải tạo ra trạng thái phù hợp ở mỗi giai đoạn phát triển, đồng thời phải tiến hành điều chỉnh thường xuyên. 1.4.3.6. Sản xuất theo trình tự bắt buộc, tuân theo quy luật tự nhiên và sinh học Một nguyên lý quan trọng để điều khiển các hệ sinh thái nông nghiệp là không áp đặt chủ quan cho thiên nhiên mà vấn đề là nhận thức đúng quy luật và hoạt động phù hợp với các quy luật của tự nhiên. Để cho các hệ sinh thái nông nghiệp đạt năng suất cao thì phải điều khiển để tạo nên một trạng thái cân bằng. Mỗi hệ sinh thái có nhiều mức độ cân bằng. Điều khiển là xác lập cân bằng ở một mức độ nào đó phù hợp với điều kiện thực tế và phù hợp với năng suất dự kiến. Có ba hướng điều khiển:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 19Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên hậu không giống nhau giữa các vùng đã làm cho nông nghiệp mang tính khu vực rất rõ nét. Đặc điểm này đòi hỏi quá trình tổ chức chỉ đạo sản xuất nông nghiệp cần phải chú ý các vấn đề kinh tế – kỹ thuật sau đây:

• Tăng vòng quay của các quá trình sinh học, tăng vòng quay của chu trình chuyển biến vật chất, từ đó mà tăng được sản phẩm.

Nội dung của điều khiển trong sản xuất nông nghiệp gồm 3 vấn đề: điều khiển sinh vật sản xuất, điều khiển môi trường sống và điều khiển cả hệ sinh thái.

Điều khiển sinh vật sản xuất: điều khiển giống, cụ thể là điều khiển các đặc điểm di truyền của giống. Năng suất là kết quả tiềm năng của giống và khả năng thể hiện tiềm năng đó. Trong thực tế sản xuất có khó khăn là giống có năng suất cao thì tính chống chịu lại yếu, nên khi đưa ra sản xuất đại trà thì xác suất rủi ro cao.

1.5. HÓA HỌC HÓA NÔNG NGHIỆP Nền nông nghiệp hóa học là nền sản xuất nông nghiệp được ứng dụng các thành tựu của hóa học vào trong tất cả các khâu của sản xuất nông nghiệp: trừ cỏ, làm đất, chăm sóc, phòng trị bệnh, tỉa quá, làm rụng lá, bông, thu hoạch, bảo quản. Đỉnh cao của hóa học hóa và nhân tạo hóa là hệ thống hydroponic (trồng cây trong dung dịch). Được hình thành từ nửa sau thế kỷ XIX, với các nhà nông hóa học nổi tiếng như Libich (J. Liebig). Nó được phát triển trên cơ sở những thành tựu của nông học và hóa học đối với sản xuất nông nghiệp. Đây được xem là một nền nông nghiệp cơ giới hóa áp dụng khoa học kỹ thuật mới, tiên tiến, sử dụng phân bón, thuốc hóa học (thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh…) vào trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp nhằm mục đích cải tạo điều kiện canh tác (cải tạo đất, áp dụng hệ thống tưới tiêu tiên tiến, lai tạo giống mới có thời gian tăng trưởng nhanh…) tạo ra năng suất cao, hạn chế được tình hình sâu bệnh, dịch hại diễn ra trên vật nuôi, cây trồng. Bên cạnh những tác động tích cực của nền nông nghiệp hóa học thì nền nông nghiệp này còn bộc lộ những tác động tiêu cực do nó chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thương mại, không quan tâm đến việc bảo đảm sức khỏe của người tiêu dùng cũng như bảo vệ môi trường sinh thái xung quanh. ƯU ĐIỂM HÓA HỌC HÓA CỦA NÔNG NGHIỆP Nông nghiệp hóa học góp phần làm tăng sản lượng và nâng cao chất lượng. Bên cạnh đó, giảm chi phí, đáp ứng nhu cầu sản xuất, nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.

Các nguyên tắc điều khiển:

1.5.1.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 20 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Điều khiển phát triển cá thể như các quá trình tạo bông, tạo hạt và trọng lượng 1000 hạt hoặc là điều khiển để chống các loại dịch bệnh. Điều khiển đời sống quần thể của sinh vật sản xuất, tức là điều khiển để tạo một cơ cấu cây trồng thích hợp như vấn đề mật độ, cơ cấu giống, phân bố trong không gian (khoảng cách, hướng luống, độ sâu gieo hạt, độ sâu đất phủ…). Điều khiển môi trường sống cho sinh vật sản xuất: Thực chất là làm thỏa mãn các nhu cầu của cây trồng về điều kiện khí hậu, hoặc điều kiện canh tác như: nước, đất, phân bón... Ví dụ với phân bón có thể tác động bằng thành phần, số lượng, số lần tác động, mức độ tác động hoặc chiều sâu tác động. Với sinh vật thì cái thừa cũng tác động xấu như cái thiếu. Điều khiển hệ sinh thái: Trong sản xuất nông nghiệp không những chỉ chú ý tới sinh vật sản xuất, mà còn phải chú ý tới các sinh vật đồng tổ hợp, các sinh vật vệ tinh... để điều khiển các mối quan hệ, trước hết là mối quan hệ dinh dưỡng.

• Phải có mục tiêu rõ ràng và mục tiêu này không thể thoát ly thực tế.

• Phải biết tính toán các bước đi cụ thể trên cơ sở mục tiêu năng suất.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 21Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

trường đại học nông lâm thái nguyên Nông nghiệp hóa học thường hướng tới mục tiêu bảo quản hoặc tăng khả năng sinh sản của đất, duy trì hoặc nâng cao năng suất nông nghiệp, chất lượng của mùa vụ.

Thuốc bảo vệ thực vật là một loại vật tư nông nghiệp không thể thiếu được trong nền hóa họ c nông nghiệp. Khi được áp dụng đúng các biện pháp phòng trừ bằng thuốc hóa học được xem là một công cụ đẩy lùi tác hại của dịch hại, giúp cho cây trồng giữ được năng suất cao và ổn định. Việc thu hái, vận chuyển và bảo quản nguyên liệu nông sản đôi khi rất dài, làm cho chất lượng nguyên liệu thấp, nguyên liệu bị dập nát gây mất giá trị cho sản phẩm. Do đó, việc ra đời của hóa chất bảo quản đóng vai trò rất quan trọng. Nó giúp cho sản phẩm không bị dập nát và bảo quản được lâu trước khi đưa vào chế biến hay đến tay người tiêu dùng… Ngoài ra, việc áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến kết hợp sử dụng hóa chất nhằm đa dạng hóa các sản phẩm nông sản vào trong thị trường tiêu thụ. Hóa học hóa nông nghiệp tạo nên những vùng chuyên canh rộng lớn. Cùng với các vùng chuyên canh, tính chất tập trung trong sản xuất nông nghiệp được thực hiện: tập trung khoa học – công nghệ, tập trung vốn, tập trung giống, tập trung vật tư nông nghiệp, tập trung quy trình sản xuất, tập trung sản phẩm, tập trung công nghiệp chế biến, tập trung bảo quản, chuyên chở, tập trung hàng hóa. Mọi yếu tố sản xuất được tập trung nên tạo ra khối lượng hàng hóa và sản phẩm lớn. Cùng với khối lượng nông sản, khối lượng hàng hóa lớn, giá thành giảm, tính đồng đều của sản phẩm được nâng lên, chất lượng sản phẩm được quản lý. Nông nghiệp hóa học được góp phần rút ngắn thời gian canh tác, công sức lao động của người nông dân. Ngoài ra, việc sử dụng thuốc hóa học, phân bón và áp dụng cơ giới hóa vào trong nông nghiệp sẽ làm tăng năng suất sản xuất trên cây trồng, vật nuôi. Do đó, nó làm tăng thu nhập cho bản thân người sản xuất và đáp ứng kịp thời nhu cầu lương thực thực phẩm, giải quyết được vấn đề an ninh lương thực thực phẩm trên thế giới. Nền nông nghiệp hóa học góp phần cải tạo tốt các vùng đất bị bỏ hoang, bị nhiễm phèn, nhiễm mặn… Giúp hạn chế xói mòn đất do chặt phá rừng làm nương rẫy của nền nông nghiệp du canh du cư để lại, hạn chế được sự gây hại của sâu hại, dịch bệnh trên cây trồng, vật nuôi. 1.5.2. HẬU QUẢ CỦA HÓA HỌC HÓA TRONG NÔNG NGHIỆP 1.5.2.1. Những vấn đề sinh thái Sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu bệnh là chìa khóa của sự thành công trong cách mạng xanh và đảm bảo nhu cầu về lương thực. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, đã có những lo ngại về ảnh hưởng của phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, thức ăn, kháng sinh chăn nuôi, chất bảo quản nông sản đến môi trường và sức khỏe con người. Điều này không chỉ ở những nước phát triển mà ngày càng trở nên vấn đề quan trọng ở những nước đang phát triển. Thật vậy, khi người nông dân áp dụng những công nghệ hiện đại thì rất nhiều các vấn đề môi trường nảy sinh:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 22 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Bảng 1.1. Những vấn đề ô nhiễm trong nông nghiệp Chất gây độc/chất gây ô nhiễm Hậu quả Gây độc hại nguồn nước Thuốc trừ sâu. Gây độc cho nước mưa, nước bề mặt và nước ngầm, gây độc cho động vật hoang dại và vượt ngưỡng chuẩn đối với nước uống. Nitrat. Hội chứng trẻ xanh ở trẻ em và có thể gây ung thư. Nitrat, phốtphat. Sinh trưởng tảo và phú dưỡng gây ra mùi hôi thối, tắc nghẽn nước mặt, cá chết, phá hủy bãi san hô, phát triển kém do các độc tố của tảo. Phế thải hữu cơ nguồn gốc động vật. Sinh trưởng của tảo, cộng với việc khử ôxy của nước và làm cho cá chết. Nước thải từ quá trình thức ăn động vật. Khử ôxy của nước và cá chết, mùi khó chịu. Chế biến phế thải từ các đồn điền (cao su, dầu dừa...). Khử ôxy của nước và cá chết, mùi khó chịu. Gây độc hại thức ăn cho người và động vật Thuốc trừ sâu. Tồn dư thuốc trừ sâu trong thức ăn. Nitrat. Tăng hàm lượng nitrat trong thức ăn, bệnh Methaemoglobinemia ở động vật. Gây độc cho môi trường tự nhiên và nông trại Thuốc trừ sâu. Độc hại cho người, mùi khó chịu. Nitrat. Độc hại cho người và động vật. Amôniac sinh ra từ phân động vật và ruộng lúa. Hạn chế sự phát triển các quần xã thực vật và có thể làm chết cây. Kim loại từ phế thải động vật. Làm tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất. Mầm bệnh từ phế thải động vật. Độc hại cho sức khỏe của người và động vật. Gây hại cho khí quyển Ainôniac sinh ra từ phân động vật và ruộng lúa. Đóng vai trò trong việc tạo ra mưa axit. Nitơ ôxit từ phân bón hóa học. Đóng vai trò làm suy thoái tầng ôzôn và sự nóng lên của khí hậu toàn cầu. Mêtan từ động vật và ruộng lúa. Đóng vai trò làm khí hậu toàn cầu nóng lên. Sản phẩm đốt sinh khối (rơm, rạ...). Làm tăng ô nhiễm ôzôn cục bộ của tầng đối lưu, tạo mưa axit. Suy thoái tầng ôzôn và làm khí hậu toàn cầu nóng lên, mùi khó chịu. Gây độc trong nhà Amôniac từ phế thải động vật. Gây độc hại cho công nhân nông nghiệp, mùi khó chịu. Nitơ dioxit từ việc ủ tươi thức ăn cho động vật. Gây độc hại cho sức khỏe công nhân nông nghiệp. 1.5.2.2. Gia tăng dịch bệnh Đất bị thoái hóa là đất thiếu sức khỏe và do đó những cây trồng giảm sức đề kháng và dễ bị bệnh dịch tấn công. Thuốc hóa học khi sử dụng ngày càng nhiều thì dịch hại càng có nguy cơ bộc phát thành dịch và hủy hại mùa màng.

Với con người: khi sử dụng các sản phẩm chứa tồn dư hóa chất, chất kích thích đều có ảnh hưởng xấu và lâu dài đến sức khỏe con người và dễ dàng mắc các bệnh nguy hiểm.

1.5.2.3. Sự xuống cấp về chất lượng nông sản Những sản phẩm nông nghiệp được tạo nên bằng bón phân hóa học đều kém chất lượng thể hiện ở hương vị và khả năng bảo quản sản phẩm, dễ bị mục, thối.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 23Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA CHẤT DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP trường đại học nông lâm thái nguyên Việc lạm dụng, bón phân và sử dụng thuốc hóa học quá mức cho phép làm chất lượng của sản phẩm nông nghiệp hóa học kém, ăn không ngon, hoa quả nhiều nước, khó bảo quản và chuyên chở đi xa. Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, con người ngày càng tạo ra nhiều loại thuốc kích thích tăng trưởng rút ngắn được chu kì sinh trưởng của vật nuôi nhưng chất lượng sản phẩm thấp, thịt nhão, nhạt, trứng không thơm ngon, sữa và sản phẩm sữa vô vị, giá trị dinh dưỡng kém. 1.5.2.4. Sự ô nhiễm đất, nước, không khí Tình trạng thâm canh cao, đất đai không được nghỉ ngơi kết hợp với việc bón quá nhiều phân hóa học không kết hợp với việc dùng phân hữu cơ làm cho đất đai ngày càng chai sạn, chua hóa nhanh. Dùng những công cụ nặng để làm đất, làm cho đất mất cấu tượng, cản trở hoạt động của rễ cây và vi sinh vật. Bón quá nhiều phân hóa học dễ tan để tăng nhanh năng suất, đã làm cho nhiều loại đất chai cứng, mất sức sống. Kết cấu của đất bị phá vỡ, đất bị nứt nẻ, cứng; giảm sút khả năng giữ nước do hàm lượng chất hữu cơ ít; giảm sút khả năng duy trì các chất dinh dưỡng; thiếu chất dinh dưỡng ở dạng vi mô; giảm sút số lượng vi sinh vật. Tất cả các hiện tượng này nảy sinh là do hàm lượng các chất hữu cơ trong đất bị giảm sút. Riêng phân bón hóa học đã làm cho đất thay đổi một số tính chất như: thay đổi pH, dịch chuyển về hướng axit; làm giảm nhanh các chất mùn; tiêu diệt nhiều vi sinh vật có ích.

Phần dư của phân bón, thuốc hóa học khi sử dụng cho cây trồng, vật nuôi sẽ ngấm xuống đất gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, gây ra sự biến đổi về mặt sinh lý, sinh trưởng và sinh sản của sinh vật.

Sử dụng quá mức các tài nguyên thiên nhiên gây suy thoái nước ngầm, mất dần các loài động vật và các nguồn lương thực tự nhiên, làm mất khả năng hấp phụ phế thải của chúng, dẫn đến lụt lội và mặn hóa. 1.5.2.5. Các loài đặc sản địa phương bị biến mất Xu thế tiêu chuẩn hóa và chuyên môn hóa trong nông nghiệp bằng cách tập trung vào các giống mới, dẫn đến sự thay thế dần và biến mất những giống loài truyền thống. Các loài đặc sản địa phương là cơ sở di truyền để cải tiến giống và là nguồn dự trữ gen quan trọng cho tương lai, nguyên nhân là do việc sử dụng các giống mới có năng suất cao, thúc đẩy sản xuất độc canh và làm mất cân bằng sinh thái, làm biến mất nhiều loài thủy sản và vi sinh vật có ích.

Sử dụng phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật gây độc hại cho bầu khí quyển bởi các khí amôniac (NH3), nitơ oxit (NOx); mêtan và nhiều khí khác sinh ra từ quá trình đốt, làm suy giảm tầng ôzon, làm Trái đất nóng lên và gây ô nhiễm bầu khí quyển.

1.5.2.6. Những vấn đề kinh tế Nền nông nghiệp công nghiệp hóa là nền nông nghiệp nhằm lợi tức – có định hướng, dựa vào giá thành của đầu vào như phân bón hóa học, giống, thuốc trừ sâu... đế đạt năng suất tối đa.

1.5.2.7.

• Sự tăng chi phí sản xuất: Vì số lượng của đầu vào phải nhập từ bên ngoài và đất đai ngày càng thoái hóa, cho nên càng phải tăng liều lượng phân bón và các khoản đầu tư khác.

• Thuốc trừ sâu và phân bón hóa học tác động trực tiếp vào sức khỏe của người sử dụng.

• Thu hoạch mùa màng giảm sút: Thực tiễn sản xuất nông nghiệp cho thấy, dù có tăng số lượng đầu vào bao nhiêu thì vẫn không đạt năng suất cao như trước, nguyên nhân chính là đo đất bị thoái hóa và cũng phù hợp với học thuyết của Mitscherlich là: “Càng gần năng suất tối đa bao nhiêu thì việc đầu tư cho ra một đơn vị sản phẩm càng tăng lên gấp bội”. Những vấn đề về xã hội Tạo ra sự lệ thuộc. Khi nông nghiệp hóa học phát triển, đòi hỏi phải có vật tư, kỹ thuật... đa số các tư liệu này thông thường phải nhập ngoại ở các nước đang phát triển. Ngay cả những kỹ năng nông nghiệp cũng phải có chuyên gia hướng dẫn. Như vậy, nền nông nghiệp hóa học làm cho người nông dân lệ thuộc vào các yếu tố ngoại lai xét trên phương diện vật chất lẫn tinh thần, các nước đang phát triển trở nên ngày càng lệ thuộc vào nước ngoài, vào viện trợ. Mặt khác, viện trợ nước ngoài cho phát triển nông nghiệp hóa học lại chính là nhằm tạo thị trường cho hàng ngoại nhập phục vụ cho nông nghiệp như: phân bón, thuốc trừ sâu, thủy lợi, trang thiết bị, máy móc... Bỏ rơi hệ thống tri thức canh tác truyền thống. Những hệ thống canh tác truyền thống (việc sử dụng phân bón hữu cơ, phân xanh, luân canh, xen canh, trồng gối cây họ đậu, dùng bồ hóng, nước điếu và các chất thảo mộc khác để diệt sâu bệnh) bị các nhà nông nghiệp hóa học cho là lỗi thời và ở một mức độ nào đó là phản khoa học. Nếu cây trồng xấu thì dùng phân hóa học; nếu có sâu bệnh thì dùng thuốc trừ sâu và do đó những hiểu biết về canh tác truyền thống bị lãng quên, mà về thực chất hệ thống canh tác truyền thống mang đậm màu sắc sinh thái học. Những nguy hại đối với sức khỏe. Con người bị tổn hại sức khỏe thông qua 2 con đường:•Ăncác nông sản bị nhiễm chất độc và những thức ăn truyền nhiễm khác (sữa, cá, thực phẩm ...) do tác động của phân bón hóa học và thuốc trừ sâu.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 25©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG 2.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ DINH DƯỠNG CÂY TRỒNG 2.1.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA THỰC VẬT Khi phân tích thành phần của thực vật, người ta đã tìm ra sự có mặt của khoảng 60 nguyên tố hóa học. Tuy nhiên, chỉ một số nguyên tố là tối cần thiết cho cây, gọi là các nguyên tố thiết yếu. Một nguyên tố khoáng được xem là thiết yếu cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng khi nguyên tố đó có liên quan đến các chức năng trao đổi chất của cây trồng và cây trồng không thể hoàn thành chu kỳ sống nếu không có nguyên tố này. Năm 1980, Galston đã tìm ra 16 nguyên tố thiết yếu với cây trồng là: C, H, O, N, S, K, P, Mg, Mn, Ca, Fe, Cu, Zn, Mo, B, Cl. Đến năm 1998, Lincoln Taiz đã bổ sung thêm 3 nguyên tố thiết yếu nữa là Na, Si, Ni. Tổng số có 19 nguyên tố thiết yếu. Đây đều là những nguyên tố rất quan trọng và cần thiết với quá trình sinh trưởng, phát triển của cây, mà chỉ cần thiếu một trong số chúng thì cây trồng không thể hoàn thành chu kỳ sống của mình.

Trong 19 nguyên tố hóa học được cho là cần thiết cho sự sinh trưởng của cây trồng thì C, H, O chiếm một hàm lượng rất lớn trong cây. Tiến trình quang hợp trong lá sẽ biến đổi CO2 và H2O thành các cacbonitrat, từ đó thành aminoaxit, đường, protein, axitnucleic và các hợp chất hữu cơ khác được tổng hợp, các nguyên tố C, H, O không được xem là các chất dinh dưỡng khoáng. Sự cung cấp CO2 cho cây trồng tương đối ổn định. Sự cung cấp nước ít khi làm hạn chế trực tiếp sự quang hợp nhưng có thể sự quang hợp bị hạn chế gián tiếp thông qua các ảnh hưởng khác do sự thiếu hụt trong độ ẩm đất. 16 nguyên tố còn lại được phân loại thành các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng:

Còn 3 nguyên tố khác là sodium (Na), niken (Ni), silic (Si) và 2 nguyên tố nữa là cobalt (Co), vanadium (V) được xếp vào nhóm các nguyên tố vi lượng cần thiết nhưng chỉ cho một số cây trồng nhất định. Các nguyên tố vi lượng thường được xem là các nguyên tố thứ yếu, nhưng điều này không có nghĩa là chúng kém quan trọng hơn các nguyên tố đa lượng. Sự thiếu hụt hay gây độc của các nguyên tố vi lượng có thể làm giảm năng suất cây trồng tương tự như sự thiếu hụt hay gây độc của các nguyên tố đa lượng. Mỗi một nguyên tố nêu trên, mặc dù là nguyên tố thiết yếu, nhưng chúng chỉ phát huy tốt vai trò của mình với đời sống cây trồng khi chiếm một hàm lượng nhất định, phù hợp với từng loại cây. Còn khi quá thừa, hay quá thiếu, chúng thường gây rối loạn sinh trưởng của cây và có những biểu hiện đặc trưng. Từ đó, cần có sự điều chỉnh việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trong quá trình canh tác. Thật ra, cây trồng hấp thu rất nhiều nguyên tố không cần thiết cho sự sinh trưởng của chúng, như aluminum (Al), mặc dù Al không phải là nguyên tố cần thiết trong dinh dưỡng cây trồng, nhưng nồng độ Al trong cây có thể cao khi đất có chứa hàm lượng lớn Al3+ trong dung dịch. Khi thực vật bị đốt, phần tro thực vật có chứa tất cả các nguyên tố khoáng cần thiết và không cần thiết, ngoại trừ C, H, O, N và S bị mất ở dạng khí. Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong cây chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và hàm lượng của chúng khác nhau rất đáng kể trong các loại cây khác nhau. Các số liệu phân tích nồng độ chất dinh dưỡng trong cây rất có giá trị cho các chương trình quản lý phân bón và khuyến cáo bón phân. Bởi vì có nhiều phản ứng sinh học và hóa học xảy ra trong phân bón và trong đất nên hàm lượng chất dinh dưỡng hấp thu bởi cây trồng thường không tương ứng với hàm lượng phân được bón vào. Cây trồng hấp thu các chất dinh dưỡng từ đất để sinh trưởng và phát triển, sau khi hoàn thành chu kỳ sống, các chất dinh dưỡng dư thừa trong cây trồng sẽ được trả lại cho đất. VAI TRÒ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VỚI các mô để chống đỡ và bảo vệ sinh chất của nó.

2.1.2.

• Vận chuyển các chất dinh dưỡng từ cơ quan này đến cơ quan khác. Các nguyên tố khoáng cần cho sự phát triển của thực vật: xây dựng tế bào mô, P, K, Na, Ca…tham gia vào quá trình sinh lý sinh hóa trong tế bào, trao đổi chất và năng lượng. Các nguyên tố vi lượng tham gia vào trong thành phần của enzyme…

THỰC VẬT Thực vật có nhu cầu dinh dưỡng để thực hiện 3 chức năng: • Hình thành các chất nguyên sinh và các enzyme cần thiết cho sự sống. • Hình thành

• Các nguyên tố vi lượng gồm sắt (Fe), kẽm (Zn), mangan (Mn), đồng (Cu), boron (B), clorine (Cl) và molipden (Mo).

• Các nguyên tố đa lượng bao gồm đạm (N), lân (P), kali (K), lưu huỳnh (S), canxi (Ca), và magie (Mg);

Vai trò điều tiết: Các nguyên tố hóa học trong tế bào và cơ thể, ngoài việc tham gia cấu tạo nên các chất sống như các axit nucleic, protêin, ATP, photpholipit tạo màng của các bào quan… còn tồn tại một phần ở dạng tự do. Chúng tồn tại trong tế bào chất, trong không bào. Các loại ion và phân tử tự do này tham gia điều tiết các hoạt động sống của tế bào và cơ thể theo hai cơ chế chính: điều tiết hoạt tính enzyme và điều tiết trạng thái hóa keo (trạng thái ngậm nước) của tế bào chất. Các nguyên tố khoáng điều tiết hoạt tính enzyme theo cơ chế hoạt hóa hoặc ức chế chúng. Ví dụ ion K+ thường hoạt hóa enzyme kinase trong quá trình đường phân, Cu hoạt hóa enzyme ascorbin oxydase; Mo, Fe hoạt hóa enzyme nitrogenase trong quá trình cố định nitơ ở vi khuẩn nốt sần cây họ đậu… Các nguyên tố tham gia điều tiết trạng thái keo tế bào chất rõ rệt. Ví dụ K+ làm tăng độ ngậm nước của keo tế bào chất, Ca2+ có tác dụng ngược lại (hiện tượng đối kháng ion). Trên cơ sở điều tiết qua các hệ enzyme và qua hệ keo tế bào chất, các nguyên tố khoáng có tác dụng lên quá trình trao đổi chất và các hoạt động sinh lý của cơ thể thực vật Bảng 2.1. Các chất dinh dưỡng thiết yếu và có ích cho cây trồng TT Nguyên tố Ký hiệu Dạng cây hút Vai trò với thực vật Carbon C CO2 Tổng hợp chất hữu cơ, vô cơ Hydro H H2O Tổng hợp chất hữu cơ, vô cơ Oxy O O2, H2O Tổng hợp chất hữu cơ, vô cơ Nitơ N NH4+, NO3 Thành phần của prôtêin, axit nuclêic. Lân P H2PO4 , HPO42- Thành phần của axit nuclêic, ATP, phôtpholipit, coenzyme Kali K K+ Hoạt hóa enzyme, cân bằng nước và ion, mở khí khổng Canxi Ca Ca2+ Thành phần của thành tế bào và màng tế bào, hoạt hóa enzyme Magiê Mg Mg2+ Thành phần của diệp lục, hoạt hóa enzyme Lưu huỳnh S SO42-, SO2 Thành phần của prôtêin Sắt Fe Fe2+, Fe3+ Thành phần của xitôcroom, tổng hợp diệp lục, hoạt hóa enzyme Mangan Mn Mn2+ Hoạt hóa nhiều enzyme Bo B H3BO4, BO32- Liên quan đến hoạt động của mô phân sinh Kẽm Zn Zn2+ Hoạt hóa nhiều enzyme 14 Đồng Cu Cu2+ Hoạt hóa nhiều enzyme Molipden Mo MoO42- Cần cho sự trao đổi nitơ Clo Cl Cl Quang phân li nước, cân bằng ion Niken Ni Ni2+ Thành phần của enzyme ureaza Natri Na Na+ 19 Silic Si SiO3220 Coban Co Co2+ Nguồn: IFA

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 27Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Mỗi nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu tham gia vào cấu trúc và hoạt động của tế bào và cơ thể đều có những ý nghĩa của nó.

Vai trò cấu trúc: Nhiều nguyên tố dinh dưỡng khoáng và nitơ là thành phần bắt buộc của nhiều hợp chất hữu cơ trực tiếp tham gia xây dựng chất sống của tế bào.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 28 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp như quang hợp, hô hấp, sinh trưởng, phát triển… Sự đòi hỏi cực đại về dinh dưỡng xảy ra khi thực vật ở giai đoạn còn non và giảm nhu cầu dinh dưỡng vào những thời kỳ sau.

• Mg, Ca, S: là những nguyên tố chiếm tỷ lệ ít hơn trong cây (khoảng 1% trọng lượng chất khô), trong đất thường cũng không đủ cho cây trồng. Chúng là những nguyên tố dinh dưỡng trung lượng, các loại phân chứa những nguyên tố này gọi là phân trung lượng.

Một nguyên tố khoáng được xem là cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng khi nguyên tố đó có liên quan đến các chức năng trao đổi chất của cây trồng và cây trồng không thể hoàn thành chu kỳ sống nếu không có nguyên tố này.

Trong đó:

2.1.3. CÁC MỨC ĐỘ DINH DƯỠNG CỦA THỰC VẬT Thông thường, cây trồng thể hiện triệu chứng thiếu hụt một chất dinh dưỡng nào đó, và sự thiếu hụt này có thể được điều chỉnh hay ngăn chặn bằng cách cung cấp chất dinh dưỡng đó cho cây. Ngoài yếu tố dinh dưỡng, các triệu chứng thiếu dinh dưỡng có thể còn do nhiều yếu tố khác gây ra. Vì vậy, trong công việc chẩn đoán cần lưu ý tất cả các hiện tượng thiếu dinh dưỡng của cây trồng.

• Na, Si, Co, Al: là những nguyên tố có ích cho một số cây, Si cần nhiều cho lúa, Na cần nhiều cho nhóm cây có củ.

• Thiếu dinh dưỡng: khi nồng độ của một nguyên tố trong cây thấp, làm giảm năng suất nghiêm trọng và các triệu chứng này biểu hiện ra ngoài một cách rõ ràng. Sự thiếu hụt nghiêm trọng có thể làm cho cây bị chết. Nhưng với mức độ trung bình hay nhẹ, các triệu chứng có thể không biểu hiện ra ngoài nhưng năng suất bị giảm.

• Cu, Fe, Mn, Mo, B, Zn (Cl): là những nguyên tố chiếm tỷ lệ rất ít trong cây (0,6% trọng lượng chất khô) nhưng có vai trò xác định không thể thay thế, đất cũng thường thiếu. Chúng là những nguyên tố dinh dưỡng vi lượng, phân chứa những nguyên tố này gọi là phân vi lượng.

• Nitơ (N), lân (P), kali (K), magiê (Mg), canxi (Ca), lưu huỳnh (S) là các nguyên tố dinh dưỡng chiếm 7,4% trọng lượng chất khô của cây. Đây là các nguyên tố thường không có nhiều trong tự nhiên nên phải cung cấp nhiều cho cây trồng bằng phân bón. Trong đó: • N, P, K: là những nguyên tố thường tích lũy trong cây với tỷ lệ vài % mà trong đất thường bị thiếu nên cây trồng cần được cung cấp thêm nhiều bằng phân bón. Vì vậy, các nguyên tố dinh dưỡng này là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, các phân chứa các nguyên tố này gọi là phân bón đa lượng.

• Cacbon (C), hyđro (H), oxy (O): là các nguyên tố dinh dưỡng thuộc nhóm cây tích lũy nhiều nhất, chiếm 92% trọng lượng chất khô của cây. Các nguyên tố này có sẵn trong thiên nhiên, cây hấp thụ chúng thông qua nước tưới và khí quyển.

Các thuật ngữ sau đây dùng để mô tả mức độ dinh dưỡng của cây trồng:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 29Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên • Nồng độ tới hạn (Nồng độ ngưỡng): khi nồng độ chất dinh dưỡng trong cây thấp hơn mức độ này, nếu được bón phân sẽ làm tăng năng suất. Mức độ tới hạn khác nhau giữa các loại cây trồng và giữa các chất dinh dưỡng, nhưng mức độ tới hạn này đều nằm trong khoảng trung gian giữa mức độ thiếu và đủ của các chất dinh dưỡng đó.

• Mức độ thừa hay gây độc: là khi nồng độ các nguyên tố cần thiết hay bất cứ một nguyên tố nào khác cao, đủ để làm giảm sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng.

mức độ tới hạn của các chất dinh dưỡng khác. 2.1.4. PHƯƠNG THỨC VÀ CƠ CHẾ HẤP THU DINH DƯỠNG CỦA THỰC VẬT 2.1.4.1. Cơ chế hút dinh dưỡng qua đường rễ của thực vật Rễ cây chỉ hút muối khoáng hòa tan trong nước theo 2 cơ chế: Cơ chế thụ động • Rễ cây có thể hút các chất

Nồng độ dinh dưỡng thừa có thể gây ra sự mất cân bằng giữa các chất dinh dưỡng cần thiết khác và sự mất cân bằng này cũng có thể làm giảm năng suất. Năng suất bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi bị thiếu chất dinh dưỡng và khi điều chỉnh được sự thiếu hụt chất dinh dưỡng này, sự sinh trưởng của cây trồng tăng nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng nồng độ chất dinh dưỡng trong cây. Trong trường hợp bị thiếu nghiêm trọng, nếu được bón phân thì năng suất có thể tăng nhanh, nhưng nồng độ chất dinh dưỡng đó trong cây có thể bị giảm. Khi nồng độ đạt đến mức độ tới hạn, năng suất cây trồng thường đạt tối đa. Nồng độ chất dinh dưỡng đủ thỏa mãn nhu cầu của cây thường nằm một khoảng biên độ rộng, nếu nồng độ dinh dưỡng nằm trong khoảng này sẽ không ảnh hưởng đến năng suất. Nhưng khi nồng độ tăng cao hơn mức độ tới hạn, cây trồng sẽ cho thấy có sự hấp thu xa xỉ các chất dinh dưỡng (trên mức cần thiết để đạt mức tối đa). Sự tiêu thụ xa xỉ này rất phổ biến trong hầu hết các loại cây trồng. Các nguyên tố được hấp thụ với một lượng thừa có thể làm giảm năng suất trực tiếp do sự gây độc, hay gián tiếp do làm giảm nồng độ đến dưới khoáng bằng các cơ chế ít nhiều mang tính thụ động dựa trên quá trình khuếch tán và thẩm thấu, quá trình hút bám trao đổi, quá trình phân phối theo cân bằng Donan... chế hút khoáng thụ động này không có tính chọn lọc, không phụ thuộc vào hoạt động sinh lý của cây, các chất khoáng đi vào rễ nhờ sự chênh lệch nồng độ các ion trong rễ và ngoài môi trường.

• Đầy đủ dinh dưỡng: là mức độ chất dinh dưỡng trong cây thỏa mãn nhu cầu sinh trưởng của cây, với mức độ này, nếu bón thêm phân vào sẽ không làm tăng thêm năng suất nhưng có thể làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng đó trong cây. Thuật ngữ “tiêu thụ xa xỉ” thường được dùng để mô tả sự hấp thu dinh dưỡng của cây trồng, nhưng sự hấp thu này không ảnh hưởng đến năng suất.

• Cơ

Cơ chế đóng mở khí khổng Khí khổng gồm 2 tế bào hạt đậu ghép lại, mép trong tế bào rất dày, mép ngoài mỏng, do đó khi trương nước tế bào khí khổng mở rất nhanh, khi mất nước tế bào đóng lại cũng rất nhanh:

Về cơ chế hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá và thân là cơ chế thụ động tương tự với cơ chế hấp thu thụ động qua đường rễ.

• Thuyết chất mang: giải thích cơ chế hút chủ động các nguyên tố khoáng có liên quan trực tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào hút. Thuyết chất mang dựa trên quan niệm về sự có mặt trên bề mặt chất nguyên sinh, một màng không thấm đối với các ion tự do và không cho các ion đã xâm nhập vào tế bào tự khuyếch tán ra ngoài. Trên bề mặt của màng chất nguyên sinh trong quá trình trao đổi chất hình thành nên những chất không chỉ có khả năng tương tác với các nguyên tố khoáng của môi trường ngoài mà còn vận chuyển chúng qua màng như phức hệ ion – chất mang, sau khi xâm nhập qua màng, phức hệ ấy được phân giải. Ion giải phóng tham gia tương tác với các phân tử của chất nguyên sinh, còn chất mang lại quay trở lại bề mặt màng và lại thực hiện tiếp tục vận chuyển các nguyên tố khoáng. Theo quan niệm này, chất mang là phương tiện vận chuyển, nhờ đó mà ion chui qua được màng ngăn cách giữa môi trường trong và ngoài, còn các ion tự do thì không vượt qua được. Cơ chế hút dinh dưỡng qua đường lá Ngoài khả năng hút dinh dưỡng qua đường rễ, cây trồng còn có thể hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá (qua lỗ khí khổng và qua lớp cutin). Việc hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá có nhiều ưu điểm: Chất dinh dưỡng được cung cấp cho cây nhanh hơn bón gốc.

•

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 30 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Cơ chế chủ động Sự hút chủ động các nguyên tố khoáng bởi hệ rễ liên quan đến quá trình trao đổi chất của tế bào.

• Chi phí thấp hơn.

• Mối tương quan giữa quá trình hút khoáng và hô hấp: phương thức hút chất dinh dưỡng của bộ rễ cây trồng chủ yếu là quá trình trao đổi ion giữa rễ cây và ion có trong đất, tức là rễ cây chủ yếu hút ion dương đồng thời nó trao đổi lại với đất iôn H+ và khi rễ cây hút các anion thì được trao đổi bởi ion HCO3 . Quá trình trao đổi ion giữa rễ cây và keo đất theo quy luật cân bằng về hóa trị. Nhiều nghiên cứu khác đều cho thấy có mối liên quan chặt chẽ giữa cường độ hô hấp với quá trình hút khoáng và đi đến kết luận: hô hấp là điều kiện cần thiết cho sự hút chất dinh dưỡng bởi hệ rễ.

Cấu trúc và chức năng của lỗ khí khổng Khí khổng (Stomata) là những lỗ rỗng cực nhỏ ở trên bề mặt lá, thông qua đó lá cây hấp thu carbon dioxide cần thiết cho việc giải phóng hơi nước vào trong khí quyển.

• Ít ảnh hưởng đến môi trường và đất trồng.

• Hiệu suất sử dụng dinh dưỡng cao hơn.

2.1.4.2.

Ví dụ: Nhiệt độ tối ưu để thâm nhập N, P ở cây có hạt là 23–250C.

Mùa vụ: điều kiện khí hậu chi phối mùa vụ, nhiệt độ càng cao quá trình mùn hóa và khoáng hóa xảy ra càng mạnh và triệt để sẽ làm suy giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất.

Mọi biểu hiện hoạt động sống của thực vật chỉ xảy ra trong một giới hạn nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ tối ưu đối với mọi cây trồng là từ 20–350C.

2.1.5.1.

• Số lượng khí khổng ở mặt dưới lá thường nhiều hơn so với mặt trên.

Ví dụ: Việt Nam có khí hậu nóng ẩm mưa nhiều, nên quá trình mùn hóa và khoáng hóa xảy ra mạnh – làm suy giảm hàm lượng mùn trong đất.

• Sự thoát hơi nước cũng như hấp thụ dinh dưỡng qua lá liên quan đến số lượng khí khổng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 31Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên • Cơ chế mở khí khổng ngoài sáng. Ánh sáng là nguyên nhân gây ra sự mở khí khổng… Do lục lạp trong khí khổng tiến hành quang hợp làm thay đổi nồng độ CO2 và pH, làm cho hàm lượng đường trong tế bào tăng và tăng áp suất thẩm thấu của tế bào, dẫn đến tế bào khí khổng hút nước, trương nước và khí khổng mở. • Cơ chế đóng khí khổng khi gặp môi trường khô hạn và cây bị thiếu nước. Đây là sự đóng chủ động của khí khổng để tránh sự mất nước cho cây. Trong trường hợp này, hàm lượng axit abxixic (ABA) tăng, làm tăng kích thích hoạt động các bơm ion; ion thoát ra khỏi tế bào khí khổng, làm giảm áp suất thẩm thấu, do đó sự trương nước giảm và khí khổng đóng lại. Thực tế, khí khổng không bao giờ đóng hoàn toàn vì tế bào khí khổng không mất nước hoàn toàn.

2.1.5.

• Có loài, mặt trên lá không có khí khổng, nhưng vẫn có sự thoát hơi nước và hấp thụ dinh dưỡng (qua lớp cutin). Loài cây sống trong vườn thường thoát hơi nước và hấp thụ dinh dưỡng qua cutin mạnh hơn, vì loài cây này có tầng cutin mỏng hơn. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ HẤP THU DINH DƯỠNG CỦA THỰC VẬT Đối với cây trồng, sự hấp thu các chất khoáng vào cây là một quá trình sinh lý phức tạp. Nó phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau trong đó những yếu tố môi trường rất quan trọng và mỗi yếu tố đều có thể là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây. Những yếu tố môi trường không hoạt động độc lập, các yếu tố này luôn quan hệ với nhau. Nhiệt độ Nhiệt độ bao gồm có nhiệt độ đất và nhiệt độ không khí. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất, ảnh hưởng đến sự hoạt động của VSV do đó ảnh hưởng đến hàm lượng dinh dưỡng trong đất.

• Số lượng khí khổng trên lá thay đổi tùy theo loài.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 32 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ của đất có ảnh hưởng rất lớn đến sự hút khoáng của rễ cây. Nhiệt độ ảnh hưởng đến cả hút khoáng chủ động và thụ động. Sự khuếch tán tự do bị động của các chất khoáng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng thấp thì tốc độ khuếch tán các chất càng giảm, làm hô hấp rễ giảm và rễ thiếu năng lượng cho sự hút khoáng tích Trongcực. giới hạn nhiệt độ nhất định, thường từ 35–400C thì với đa số cây trồng ở vùng nhiệt đới, tốc độ xâm nhập chất khoáng tăng theo nhiệt độ. Nhưng nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn tối ưu thì tốc độ hút khoáng giảm và có thể bị ngừng khi nhiệt độ đạt trên 500C. Khi nhiệt độ quá cao thì hệ thống lông hút vốn rất nhạy cảm với nhiệt độ sẽ bị rối loạn hoạt động sống và có thể bị chết. Về mùa đông, khi nhiệt độ của đất hạ xuống đến 10 –120C, sự hút nước và chất khoáng của cây trồng bị đình trệ. Ví dụ: Ở nhiệt độ thấp (10–110C) thực vật hút thu photpho sẽ khó khăn và sự thâm nhập đạm nitrat (NO3 ) bị giảm hẳn khi ở nhiệt độ 5–60C. 2.1.5.2. Độ thoáng khí của đất Là chỉ tiêu để phản ánh dung trọng, tỷ trọng của đất. Trong đa số các trường hợp đất có độ xốp càng lớn thì độ thoáng khí càng cao. Độ thoáng khí của đất càng cao thì quá trình phân giải chất hữu cơ càng cao tạo điều kiện cho VSV hảo khí hoạt động mạnh và đẩy mạnh quá trình mùn hóa và khoáng hóa mạnh hơn. O2 trong đất cần thiết cho hô hấp của rễ để tạo ra năng lượng cho các hoạt động sống của cây, trong đó có quá trình hút khoáng. Nồng độ O2 trong đất thấp hơn nhiều so với nồng độ O2 trong khí quyển và nó thay đổi tùy theo kết cấu của đất và mức độ ngập nước. Theo một số tác giả nếu nồng độ O2 trong đất dưới 2% thì tốc độ hút khoáng giảm hẳn, sự hút chất khoáng đạt mức cao nhất khi hàm lượng này ở khoảng 2-3%. Nếu nồng độ O2 lớn hơn 3% thì tốc độ hút khoáng không thay đổi. Tuy nhiên lại có tác giả cho rằng nếu nồng độ O2 trong đất giảm xuống dưới 10% đã giảm sút sự hút khoáng, còn dưới 5% cây chuyển sang hô hấp yếm khí rất nguy hiểm cho cây, rễ cây hoàn toàn thiếu năng lượng cho hút Nhìnkhoáng.chung, hệ thống rễ của cây trồng rất nhạy cảm O2 nên khi thiếu O2 thì ức chế sinh trưởng của rễ, ức chế hút nước, hút khoáng của rễ. Vì vậy, khi bón phân để tăng hiệu quả sử dụng phân bón, cần phải có các biện pháp kỹ thuật tăng hàm lượng O2 cho đất như làm đất tơi xốp trước khi gieo trồng, làm cỏ sục bùn thường xuyên, phá váng khi gặp mưa... Ngoài ra cần chọn các giống chịu úng để trồng ở các vùng thường xuyên bị úng. Ảnh hưởng của nồng độ CO2, N2, H2S: Sự tích lũy CO2, N2, H2S và các khí khác trong đất úng ngập có tác động ức chế hoạt động hút khoáng của hệ rễ. 2.1.5.3. Phản ứng của dung dịch đất Độ pH của môi trường ảnh hưởng rất lớn đến sự hấp thu chất khoáng của rễ cây. Ảnh hưởng của pH lên sự hút khoáng của rễ có thể là trực tiếp và cũng có thể là gián tiếp.

• pH của môi trường ảnh hưởng đến sự xâm nhập ưu thế anion hay cation. Trong môi trường kiềm việc hút cation mạnh hơn anion, còn trong môi trường axit thì ngược lại. Ví dụ: cây hút NH4+ ở pH trung tính, hút NO3 ở pH axit.

• pH tăng thì sẽ tăng sự hấp thu các cation, pH tăng thực vật hút yếu Mn, Co, Zn đặc biệt là K, Mg. Độ pH còn ảnh hưởng đến độ hòa tan và khả năng di động của các chất khoáng và do đó ảnh hưởng đến khả năng hút khoáng của rễ. Ví dụ: trong môi trường bị axit hóa độ linh động của Ca, P, Na bị giảm, trong khi đó độ linh động của Al, Mn... lại tăng đến mức có thể gây độc cho cây. Ngược lại trong môi trường kiềm độ linh động của P và các nguyên tố vi lượng giảm. Hệ VSV đất rất quan trọng cho sự dinh dưỡng khoáng của rễ. pH có ảnh hưởng đến hoạt động của các VSV trong môi trường. Nói chung pH môi trường dao động quanh khoảng trung tính là thuận lợi nhất cho hoạt động của vi khuẩn. Khi độ pH của môi trường vượt quá giới hạn sinh lý (quá kiềm hay quá axit) thì mô rễ đặc biệt là lông hút bị thương tổn và sự hút khoáng bị ức chế. 2.1.5.4. Nồng độ dung dịch dinh dưỡng Cây trồng chỉ hút được các chất ở dạng hòa tan người ta gọi là dung dịch dinh dưỡng. Nồng độ tối ưu của dung dịch dinh dưỡng – đó là nồng độ mà ở đó trong những điều kiện đã cho đảm bảo sự phát triển tốt nhất của thực vật và cho năng suất cao nhất. Thực tế quá trình hút khoáng của thực vật có ảnh hưởng nhiều nhất không phải là nồng độ của muối khoáng mà chính là tỷ lệ giữa chúng trong môi trường. Càng nhiều loại muối khoáng có trong môi trường thì quan hệ của chúng càng phức tạp. Sự đối kháng giữa các ion là một trong những biểu hiện về mối quan hệ giữa các nguyên tố khoáng trong quá trình hấp thu chất khoáng của cây. 2.1.5.5. Tỷ lệ các nguyên tố đa lượng và vi lượng trong môi trường dinh dưỡng Cường độ sinh trưởng của thực vật và sự hút thu những nguyên tố dinh dưỡng ở mức độ lớn phụ thuộc vào sự có mặt của N, P, K. Tăng mức độ dinh dưỡng nitơ sẽ tăng sự thâm nhập vào thực vật các nguyên tố P, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Zn, Mn. Đảm bảo đủ nhu cầu N, P, K cho thực vật thì thực vật sẽ tăng nhu cầu hút vi lượng. Ngược lại các nguyên tố vi lượng đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng hiệu lực các nguyên tố đa lượng và sự thâm nhập của chúng vào thực vật. Ví dụ: Sự thâm nhập của N vào thực vật sẽ làm giảm sự thiếu hụt Fe, Mn, Zn nhưng lại không ảnh hưởng tới Cu, B và Cl. Hoặc Mo cải thiện đáng kể sự hút N. Sự hút thu P bởi

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 33Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên

• pH tăng thì tăng tính hòa tan của nhiều loại muối ít hòa tan trong đất, cụ thể tăng pH sẽ tăng sự xâm nhập của các nguyên tố đa lượng và vi lượng: P, Mg, Cu, Zn, Al, Mn, B.

• pH đất thấp thì nồng độ Fe, Al, Mn cao sẽ làm tăng tính linh hoạt của chúng và tích lũy trong thực vật.

2.1.5.8. Thành phần của khí quyển CO2 chiếm 0,03% thể tích không khí. Quang tổng hợp biến đổi CO2 thành chất hữu cơ trong cây. CO2 sẽ được trả lại khí quyển bởi tiến trình hô hấp hay phân giải chất hữu cơ. Trong một điều kiện nào đó, nếu nồng độ CO2 giảm có thể sẽ là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây trồng. Khi tăng nồng độ có thể năng suất cây trồng tăng như các nghiên

khử độc lẫn nhau của các ion gọi là hiện tượng đối kháng ion. Có sự đối kháng giữa Fe và Ca hoặc sự hiện diện của các ion tích điện dương bao gồm canxi (Ca2+), kali (K+), natri (Na+) và ion amoni (NH4+), H2PO4 , HPO42- trong đất hoặc trong phân bón có thể làm giảm sự hấp thụ Mg2+ của cây trồng. 2.1.5.6. Độ ẩm đất Nước là môi trường khuếch tán những ion từ dung dịch đất và phức hệ đất bởi lông rễ hút của thực vật. Độ ẩm thích hợp cải

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 34 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp thực vật sẽ được tăng cường khi xuất hiện Cu, Zn, Ca, Mo. Sự thâm nhập K vào thực vật bị giảm dưới tác động của Cu, Ni, Zn, Mo cũng như Fe và B tăng khi bón Cl. Hiện tượng đối kháng ion cũng ảnh hưởng đến quá trình dinh dưỡng của thực vật.

2.1.5.7. Năng lượng mặt trời Chất lượng, cường độ và thời gian chiếu sáng là các chỉ tiêu quan trọng của ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Chất lượng ánh sáng là yếu tố không kiểm soát được trên đồng ruộng. Cường độ ánh sáng là tính chất quan trọng do tiến trình quang hợp có liên quan mật thiết với cường độ ánh sáng. Bắp có dạng lá thẳng sẽ hấp thu nhiều ánh sáng hơn dạng lá xòe ngang.Thờigian chiếu sáng – Quang kỳ – Cây trồng có liên quan đến độ dài ngày.

• Cây ngày ngắn: chỉ ra hoa khi độ dài ngày ngắn hơn 12 giờ.

• Cây trung tính với quang kỳ: ra hoa trong khoảng độ dài ngày rộng (cà chua, bông Dovải…).ảnhhưởng của quang kỳ nên 1 số loại cây trồng có thể không ra hoa trên một số vùng, cây hoa cúc, thanh long có thể ra hoa bằng phương pháp kiểm soát quang kỳ.

• Cây ngày dài: chỉ ra hoa khi độ dài ngày dài hơn 12 giờ (cây ngũ cốc…)

Hiện tượng thiện sự phát triển phân bố bộ rễ và làm tăng khả năng hấp thụ của chúng, cải thiện tình trạng sinh lý chung của thực vật và khi đủ nước thì tất cả các quá trình trao đổi chất được cải thiện như: quang hợp, sinh tổng hợp protein và những quá trình khác. Thực nghiệm cho thấy, sự thâm nhập của các nguyên tố N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Mo, Co, Fe, Mn, B vào thực vật ở độ ẩm tối ưu sẽ mạnh hơn nhiều so với khi thiếu hoặc thừa độ ẩm. Thiếu nước sẽ phá hủy sự phối hợp hoạt động của hệ enzyme, làm tăng quá trình thủy phân và phân hủy các hợp chất hữu cơ, làm giảm đột ngột cường độ quang hợp, là ngừng trệ sinh trưởng của thực vật.

Về mặt nông học, phân bón được chia thành hai nhóm: nhóm phân có tác dụng trực tiếp cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và nhóm phân có tác dụng gián tiếp thông qua việc cải thiện các tính chất của đất. Tuy nhiên, sự phân loại này chỉ có tính tương đối, vì phân bón có tác dụng trực tiếp cũng như gián tiếp đều ảnh hưởng đến tính chất đất. Ngược lại, phân bón có tác dụng gián tiếp luôn cung cấp trực tiếp một số chất dinh dưỡng cho cây trồng như vôi, thạch cao, bột lưu huỳnh, phân vi sinh.

2.2.2. PHÂN LOẠI THEO THÀNH PHẦN PHÂN BÓN

Phân bón được chia thành 2 loại là phân đơn và phân phức hợp: • Phân đơn: trong phân chỉ chứa một nguyên tố dinh dưỡng chính như urea (46% N), supper lân (16–18%P2O5), KCl (58–60% K2O), vi lượng boron… • Phân phức hợp: trong phân có chứa nhiều chất dinh dưỡng như NPK, DAP, KNO3 2.3. PHÂN VÔ CƠ VÀ CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG 2.3.1. CÁC QUÁ TRÌNH XẢY RA KHI BÓN PHÂN VÔ CƠ Khi bón phân vô cơ vào đất xảy ra các quá trình: • Thực vật và động vật đất hấp thụ (khoảng 30–40%). • Đất cố định lại (10–20%).

• Phân chelate: là hợp chất giữa chất hữu cơ và kim loại (EDTAFe2).

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 35Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên cứu trên lúa, cà chua, dưa chuột, hoa, khoai tây… Chất lượng không khí cũng ảnh hưởng rất lớn đến cây trồng, nếu không khí bị ô nhiễm cao, có thể gây ngộ độc cho cây như sulfur dioxide, carbon monoxide, hydrofluoric acid… 2.2. PHÂN LOẠI PHÂN BÓN 2.2.1. PHÂN LOẠI THEO BẢN CHẤT HÓA HỌC Phân bón được chia ra làm nhiều loại: • Phân vô cơ: gồm các hợp chất hóa học vô cơ, các loại phân vô cơ đa lượng (N, P, K), phân trung lượng (Ca, Mg, S), phân vi lượng (Fe, Mn, Cu, Zn, B). • Phân hữu cơ: gồm các loại phân gia súc, gia cầm, than bùn, phân xanh… trong phân có chứa các acid humic và acid fulvic. Việc sử dụng phân hữu cơ là một phần quan trọng trong chu kỳ biến đổi các chất dinh dưỡng trong thiên nhiên.

• Phân vi sinh: là loại phân có chứa các nhóm sinh vật khác nhau được đưa vào phân bằng nhiều phương pháp nhằm nâng cao khả năng hữu dụng các chất dinh dưỡng cho cây trồng từ các nguồn dinh dưỡng mà bản thân cây trồng không thể hấp thu được.

• Bị rửa trôi và mất chất dinh dưỡng do tưới tiêu (3–10%).

• Bốc hơi vào khí quyển (20–30%).

Việc sử dụng phân bón hợp lí là một cách để tăng độ phì của đất. Tuy nhiên, việc sử dụng phân bón không hợp lí, dù là phân hữu cơ hay vô cơ đều gây hại tiềm tàng đến môi trường. Một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất là việc sử dụng chất dinh dưỡng không cân đối làm cho đất bị mất độ phì, giảm năng suất cây trồng và môi trường bị suy thoái, đặc biệt là làm ô nhiễm nguồn nước. 2.3.2. PHÂN ĐẠM VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vô cơ cung cấp đạm cho cây. Đạm là chất dinh dưỡng cần thiết và rất quan trọng đối với cây. Đạm là nguyên tố tham gia vào thành phần chính của clorophin, prôtit, các axit amin, các enzyme và nhiều loại vitamin trong cây. Bón đạm thúc đẩy quá trình tăng trưởng của cây, làm cho cây ra nhiều nhánh, hình 2.1: Phương pháp bón phân và cơ chế xuyên thấm của phân bón vào trong đất

• Mất ở dạng rắn theo bề mặt do xói mòn, rửa trôi. Trong số phân bón cây không sử dụng được, một phần còn được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụ sau; một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt; một phần bị trực di (thấm rút theo chiều dọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hóa gây ô nhiễm không khí… Như vậy, gây ô nhiễm môi trường của phân bón trên diện rộng và lâu dài là việc xảy ra hàng ngày, hàng giờ của các vùng sản xuất nông nghiệp.

•

• Nhóm chứa gốc amin: CO(NH2)2. Nitơ trong đất: Nguồn cung cấp chủ yếu nitơ cho cây là đất. Nitơ trong đất tồn tại ở 2 dạng: nitơ vô cơ (nitơ khoáng) trong các muối khoáng và nitơ hữu cơ (trong xác sinh vật): Rễ cây chỉ hấp thụ từ đất nitơ vô cơ ở dạng: NH4+ và NO3

2.3.2.1. Nguồn cung cấp đạm cho cây Nitơ trong không khí: Nitơ phân tử (N2) trong khí quyển chiếm khoảng gần 80%, cây không thể hấp thụ được N2, còn NO và NO2 trong khí quyển là độc hại với thực vật. Các VSV cố định đạm có enzyme nitrôgenaza có khả năng liên kết N2 với hidro và NH3 thì cây mới đồng hóa được.

• Sự tái tạo hữu cơ từ các muối vô cơ đơn giản thành cơ thể VSV.

• Cây không hấp thụ trực tiếp nitơ trong xác sinh vật mà phải nhờ các VSV trong đất khoáng hóa thành: NH4+ và NO3 . Các nguồn phân đạm: Đạm hữu cơ và đạm vô cơ. Cả hai nguồn đạm hữu cơ và vô cơ đều là nguồn hữu dụng để cung cấp đạm cần thiết cho khả năng sản xuất của cây trồng. Các dạng N trong phân hữu cơ: chủ yếu là đạm trong phân gia súc và của cây họ đậu. Hiện nay, dạng đạm này này chỉ còn chiếm khoảng 0,1% hay thấp hơn tổng lượng đạm sử dụng. Nồng độ đạm trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên từ 1%–3%. Các vật liệu hữu cơ ngoài việc cung cấp đạm cho cây trồng, đồng thời tránh sự hấp thu thừa và làm giảm tiềm năng bị mất do rửa trôi và do quá trình phản nitrat hóa, phần lớn đạm trở nên hữu dụng trong vòng 2–4 tuần đầu tiên sau khi bón. Tuy nhiên, chỉ có khoảng một nửa số đạm sẽ được biến đổi thành dạng hữu dụng cho cây trồng ở 2–3 tháng cuối. Ngoài ra, đạm được khoáng hóa trong khoảng thời gian 2–3 tháng, 80% được biến đổi thành dạng NO3 ở khoảng 3 tuần đầu tiên. Lượng đạm hữu dụng cho cây từ phân hữu cơ là một phần của tổng lượng đạm chứa trong cây trồng.

2.3.2.2. Sự chuyển hóa đạm trong đất Trong đất luôn xảy ra 2 quá trình ngược nhau:

• Sự khoáng hóa chất hữu cơ có đạm, giải phóng đạm vô cơ và các nguyên tố khoáng khác: S, P, K, Mg, Fe.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 37Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên phân cành, ra lá nhiều; lá cây có kích thước to, màu xanh; lá quang hợp mạnh, do đó làm tăng năng suất cây. Phân đạm cần cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng, đặc biệt là giai đoạn cây sinh trưởng mạnh. Trong số các nhóm cây trồng, đạm rất cần cho các loại cây ăn lá như rau cải, cải bắp, v.v. Phân đạm vô cơ thường dùng có 3 nhóm: • Nhóm chứa gốc nitrat: NaNO3; Ca(NO3)2; • Nhóm chứa gốc amôn: NH4Cl; (NH4)2SO4; NH4NO3.

• Oxy hóa thành nitrat (NO3 ) trong điều kiện hảo khí với sự có mặt của vi khuẩn nitrat hóa (trong điều kiện yếm khí các chất hữu cơ chứa nitơ chỉ bị phân giải đến amoniac mà thôi, còn trong điều kiện hảo khí các muối amoni bị oxyhoa và biến thành nitrat). Quá trình amôn hóa không đòi hỏi điều kiện sinh thái chặt chẽ, nó có thể thực hiện trong điều kiện hảo khí và yếm khí, môi trường oxy hóa khử. Tốc độ của quá trình amôn hóa phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và độ ẩm của môi trường.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 38 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Cường độ tương đối giữa 2 quá trình này quyết định chế độ dinh dưỡng đạm cho cây. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường và khí quyển, đạm hữu cơ hay vô cơ có thể bị biến đổi theo các quá trình sau: a. Quá trình amôn hóa Đây là quá trình phân giải các chất hữu cơ chứa N đến dạng amoniac. Các enzyme trong đất hay các enzyme ngoài tế bào do các VSV tiết ra thủy phân các phân tử protein giải phóng ra các axit amin và cũng dưới tác động của VSV các axitamin bị phân hủy tạo thành NH3: NH2–CH2–COOH + O2 → HCOOH + CO2 + NH3 NH2–CH2–COOH + H2O → CH3OH + CO2 + NH3 NH2–CH2–COOH + H2 → CH3COOH + NH3 Sau quá trình amôn hóa có 4 loại hợp chất được tạo thành là axit hữu cơ, rượu, khí CO2, NH3, quá trình này xảy ra trong môi trường hiếu khí cũng như trong môi trường yếm khí. Các axit hữu cơ và rượu tiếp tục phân giải và cuối cùng biến thành những hợp chất đơn giản nhất là CO2, H2O, H2, CH4. Còn amoniac được giải phóng ra sẽ cùng với các axit vô cơ và hữu cơ trong đất (axit cacbonic, axit axetic, axit nitric...) tạo thành những muối amoni tương ứng: NH3 + H2CO3 = (NH4)2CO3 NH3 + HNO3 = NH4NO3 Các muối amoni ở trong đất bị phân li thành các ion, khi đó một phần bị cây hấp thụ và một phần keo đất hấp phụ: Ca++ NH4+ KĐ + (NH4)2CO3 KĐ NH4+ + CaCO3 Ca++ Ca++ Ngoài ra NH4+ được tạo ra sẽ: • Được VSV đất sử dụng một phần vì VSV thích NH4+. • Được cây thượng đẳng hút. • Chất hữu cơ trong đất hấp phụ tạo thành các phức hữu cơ ổn định. • Bị các khoáng sét giữ chặt. • Bay hơi do hình thành trong môi trường kiềm, hoặc mất đi do rửa trôi khi hình thành trong môi trường đất có thành phần cơ giới nhẹ, dung tích hấp thu kém.

• độ: Quá trình nitrat mạnh nhất ở nhiệt độ 30oC, tuy nhiên vẫn có thể thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 160–320C. Quá trình nitrat xảy ra mạnh hay yếu là biểu hiện độ phì nhiêu của đất cao hay thấp.

Tốc độ của quá trình này ở các loại đất thường khác nhau, thường xảy ra mạnh ở những

Độ ẩm đất: Ẩm độ đất tăng

Nhiệt

• thì nitrat hóa

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 39Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên b. Quá trình nitrat Phản ứng này được thực hiện trong đất nhờ nhóm vi khuẩn đặc biệt ưa khí và giải phóng một năng lượng khá lớn. Các vi khuẩn nitrosomonas, nitrosocystics và nitrosospira tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình ôxyhóa các muối amoni đến HNO2. Giai đoạn thứ hai (ôxyhóa trực tiếp đến HNO3) xảy ra do sự hoạt động của các vi khuẩn thuộc giống Azotobacter. Quá trình nitrit hóa: do nhóm vi khuẩn tự dưỡng thực hiện (Nitrosomonat, Nitro sobolus và Nitrosospira). Phản ứng tổng quát như sau: NH4+ + 3/2O2 NO2 + 2H+ + H2O + 63,8 kcal Thực chất quá trình oxy hóa được thực hiện theo 3 bước: [O] [ 2H ] [O] NH4+ NH2OH H2N2O2 NO2 + H+ + Q amôn hydroxylamin hyponitrit nitrit HNO2 được hình thành trong quá trình này được trung hòa nhờ Ca(HCO3)2 hoặc Mg(HCO3)2 hoặc các bazơ hấp phụ trong đất: 2HNO3 + Ca(HCO3)2 = Ca(NO3)2 + 2H2CO3 Ca2+ H+ KĐ + 2HNO3 KĐ H+ + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ Quá trình nitrat hoá: do vi khuẩn tự dưỡng nitrobacter thực hiện. NO2 + 1/2 O2 NO 3 + Q Nitrat được hình thành: • Được cây thượng đẳng đồng hóa trực tiếp. • Bị rửa trôi do phức hệ hấp phụ đất không giữ. • Bị khử dần đến N2 làm cho bay mất đạm. Để cho quá trình nitrat xảy ra tốt, cần có các điều kiện sau đây: • Nguồn ion Ca2+ và NH4+ dồi dào. • Mật độ VSV nitrat cao. • Phản ứng đất thích hợp: pH = 5,5–10 tối thích là 6,2–8,2. • Có hàm lượng N, P và nguyên tố vi lượng Cu, Fe, Mn thỏa đáng. • Đất đủ thoáng: Quá trình nitrat xảy ra khi hàm lượng oxy trong khí quản đất 20% tương đương hàm lượng ôxy trong khí quyển.

tăng.

quá trình

có mặt các vi khuẩn phản đạm sẽ bị khử thành đạm tự do bay đi. 4 H 4H + 2H N2 NH4+ →0t HNO3 HNO2 H2N2O2 2H2O 2H2O 2H2O N2O 2H2O Do vậy, trong khí quyển đất có cả NO2, NO, N2O và N2. Trong điều kiện đất ruộng N2O và N2 là chủ yếu. Trong đất chua, đạm mới mất ở dạng NO2 hoặc trong môi trường thoáng khí, giàu chất hữu cơ dễ đồng hóa VSV dùng NO3 làm nguồn ôxy. C6H12O6 + 4 NO3  CO2 + H2O + 2N2 Trong đất một số VSV có thể đồng hóa trực tiếp NO3 để tạo thành cơ thể của nó làm cho NO3 được tạo thành bị mất – người ta gọi đó là quá trình khử đồng hóa đạm nitrat. Quá trình này ít làm mất đạm tổng số. Ngoài ra, còn hiện tượng khử nitrat gián tiếp, sự mất đạm NO3- do các phản ứng hóa học đơn thuần trong đất: • Trong điều kiện đất chua HNO2 tự phân hủy: 44 3 HNO2 NO + HNO3 + H2O H2N2O2 N2O + H2O • Do phản ứng giữa các phản ứng trung gian trong quá trình nitrat hóa. R–NH2 + HNO2  ROH + H2O + N2 R–CO–NH2 + HNO2  RCOOH + N2 + H2O Hiện tượng phản đạm có thể xảy ra khi gặp các điều kiện sau: • Có đủ N–NO3 hoặc N–NO2. • Thiếu oxy.

Đạm

• Điều chỉnh độ ẩm đất hợp lý: Đất xới xáo thường xuyên thì độ ẩm sẽ cao hơn do trong đất nhiều mao quản, khi xới xáo các mao quản được cắt ngắn thì quá trình mất nước sẽ thấp. Sự phản đạm hóa Là các quá trình biến đổi các dạng đạm amôn và nitrat hóa thành đạm phân tử. Quá trình này làm mất nitơ và năng lượng của đất, do vậy nó là hiện tượng bất lợi cho sản xuất nông nghiệp. nitrat hóa được hình thành gặp điều kiện yếm khí, thoát nước kém, có đầy đủ các chất khử lại

• Tăng cường bón chất hữu cơ.

40 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp loại đất có đủ các điều kiện trên như đất macgalit, đất đồng bằng Bắc bộ... Ngược lại sẽ xảy ra kém ở các loại đất bạc màu, đất chiêm trũng, đất chua, đất chua mặn. Làm đất, bón phân cũng là những biện pháp chủ yếu có tác dụng tăng cường quá trình nitrat trong đất và các quá trình trồng cây và luân canh hợp lý cũng có tác dụng tốt cho quá trình này. Các biện pháp điều hòa quá trình nitrat:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

• Bón vôi để cải tạo độ chua.

Pseudomonas và Clostridium trong môi trường kỵ khí. Chúng sử dụng nitrat làm chất nhận electron từ ôxy trong quá trình hô hấp. Các vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên này cũng có thể sống trong các môi trường hiếu khí.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 41Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên • Đủ chất khử. • pH = 4,9–5,6 chủ yếu mất N–NO2. pH >7 chủ yếu mất N2. • Nhiệt độ tối thích 60–650C. Đất vùng ẩm, thoát nước kém, bón nhiều phân amôn và urê thì việc mất đạm 20–40% vẫn có thể xảy ra. Ví dụ: Đất lúa nếu bón phân amon và ure vào tầng oxy hóa có thể làm mất 60–70% N dưới dạng NH3, N2O, N2. Bón đạm vào tầng khử giữ đạm dưới dạng NH4+ ngăn chặn việc hình thành đạm NO3 trong ruộng lúa có thể nâng cao hiệu lực phân đạm lên gấp 2 lần. d. Quá trình cố định nitơ: Là quá trình liên kết N2 với H2 và NH3 (trong môi trường nước NH3 và NH4+). Con đường hóa học: N2 + H2 → NH3 Con đường sinh học: do VSV thực hiện (các vi khuẩn này có enzyme nitrogenaza có khả năng bẻ gãy 3 liên kết cộng hóa trị của nitơ để liên kết với hidro tạo ra NH3), gồm 2 nhóm:•Nhóm VSV sống tự do như vi khuẩn lam có nhiều ở ruộng lúa. • Nhóm VSV sống cộng sinh với thực vật như vi khuẩn nốt sần ở rễ cây họ đậu. Khi có một lượng lớn chất hữu cơ trong đất, loại VSV phân giải chất hữu cơ phải lấy nitơ trong đất để sinh trưởng phát triển. Trong trường hợp này xảy ra sự cạnh tranh tạm thời về đạm giữa VSV và cây trồng, đó là trường hợp bón phân tươi (không ủ) mà không bón thêm đạm vô cơ, kết quả của sự cạnh tranh đó là cây trồng thiếu đạm và lá trở nên vàng. Xét về mặt đạm thì đó là quá trình cố định chứ không phải là quá trình phản đạm hóa vì hiện tượng thiếu đạm này là tạm thời, sau khi VSV chết chất hữu cơ trong đất được phân giải thì trong đất lượng đạm sẽ tăng lên. Đây là quá trình khử nitrat thành khí nitơ (N2), hoàn tất chu trình nitơ. Quá trình này xảy ra nhờ các loại vi khuẩn như

Azotobacter chroococcum (hiếu khí): mỗi năm chúng cung cấp cho đất một lượng từ 10–15 kgN/ha. Azotobacter trong đất lúa chịu ảnh hưởng của pH và lượng canxi trong đất, khi pH<5,5 sự phát triển của azotobacter bị hạn chế nghiêm trọng. Tùy từng loại đất trung bình lượng azotobacter có từ hàng nghìn đến hàng vạn tế bào trong 1 gam đất khô. Vi khuẩn nốt sần họ đậu: Bacterium radicicola mỗi năm cố định từ 150–200 kgN/ha. Loại vi khuẩn này hoạt động và phát triển tốt trong điều kiện đất trung tính, thoáng khí, đủ nước, có Ca, P.

Clostridium pasleurlanum: loại này có khả năng hút nitơ tự do của không khí. Chúng có đặc điểm là chịu được đất chua và có thể sống trong điều kiện yếm khí. Mỗi năm loại vi khuẩn này hút được một lượng nitơ vào đất khoảng 5–10 kgN/ha.

thanh

đủ đạm

thanh

ở

kiện nhiệt độ, không khí, ẩm độ và pH thích hợp. Trong điều kiện nhiệt đới ẩm phân amôn thực tế nitrat hóa nhanh chóng trong vài ngày nên hiệu quả không chậm

dùng

sống cộng sinh trong bèo hoa dâu cố định được nhiều đạm, mỗi tấn bèo hoa dâu tương đương với 2,5 kg đạm chất hay 12,5 kg amoni sunfat (1ha bèo hoa dâu trong

42 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Thanh tảo (Cyanophyta) sống tự do và sống cộng sinh tromg bèo hoa dâu: Vấn đề cố định đạm của thanh tảo đã được biết đến từ lâu (1889) nhưng hàng chục năm sau mới được minh chứng một cách cụ thể. Hiện nay, người ta biết được khả năng cố định đạm của trên loại tảo khác nhau và Việt Nam có tới 37 loại tảo có khả năng cố định trong đó loại tảo đặc biệt có loài Anabaena azollae 1 tháng sản xuất được 25 tấn chất xanh). 2.3.2.3. Nhóm phân đạm amôn và các quá trình chuyển hóa khi bón Phân đạm amon bị nitrat hóa nhanh chóng nếu có điều hơn nitrat mà lại không bị rửa trôi như phânPhânnitrat.amôn như vậy có thể dùng bón lót cho tất cả các loại cây trồng: cây ăn quả, rau dùng nhiều NH4+ a. Phân amoniac khan Được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp ở điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao: N2 + H2 = NH3 Thành phần: 82% N. Sử dụng: độ chất cao, rất ít vẫn có thể vì vậy nên pha loãng đặc biệt với cây non, phải bón sâu vì mặc dù thể

đạm,

nồng

nguyên

thanh

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

lỏng nhưng ra ngoài không khí nó sẽ chuyển ngay sang thể khí. Khi vào đất có quá trình chuyển hóa sau: NH3 + H2O = NH4OH Ca2+ Ca2+ KĐ H+ + NH+4OH KĐ NH+4 + 2H2O H+ NH+4 Đây là phân trung tính và kiềm vì thế bón sẽ không ảnh hưởng đến tính chất đất. Trên đất khô phải pha loãng nồng độ và bón khi trời râm mát, có thể pha ở nồng độ 1–1,5% để phun lên lá. b. Phân đạm amôn sunfat Công thức hóa học: (NH4)2 SO4 Được sản xuất bằng phương pháp trung hòa axít H2SO4 với NH3 trong lò tổng hợp: NH3 + H2SO4 → (NH4)2 SO4 Hoặc phương pháp dùng thạch cao cho tác dụng với NH3: CaSO4 + NH3 + H2O + CO2 → (NH4)2 SO4 + CaCO3

ở

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 43Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Tính chất: Hàm lượng đạm 21% N và 23% S và 0,025–0,05% axit sulfurit tự do. Dạng tinh khiết, màu trắng, dễ tan trong nước có vị mặn. Dạng thương phẩm có màu xanh xám tro (xám xanh) ít hút ẩm, để lâu bị vón cục. Trên thị trường có 2 loại: Hạt trắng mịn và xanh mịn chất lượng như nhau. Phân sunfat amôn khi bón vào thường để lại SO4-2 tồn dư trong đất làm tăng độ chua. Các quá trình xảy ra khi bón vào đất: • Quá trình hòa tan: (NH4)2SO4 (rắn) → (NH4)2SO4 (lỏng). • Quá trình điện ly: (NH4)2SO4 → 2NH4+ + SO42-. Khi đó NH4+ bị cây hút và keo đất hấp thu, SO42- còn lại có thể kết hợp với cation trao đổi tạo thành hợp chất mới. • Quá trình hấp phụ trao đổi với keo đất: H+ NH4+ KĐ + (NH4)2SO4 KĐ + H+ + Ca2+ + SO4 2 Ca++ 2NH4+ • Quá trình thủy phân một phần: NH4+ + H2O → NH4OH + H+ Tiếp theo: NH4OH → NH3– + OH • Quá trình trao đổi sâu với Al3+; Fe3+ và Mn2+ trong đất: Al3+ KĐ Fe3+ + 8NH4+ KĐ 8NH4+ + Al3+ + Fe3+ + Mn2+ Mn2+ • Quá trình nitrat hóa: Tác dụng của VSV nitrat hóa trong đất sẽ gây ra sự biến đổi của amon sulfate thành hai loại axit khiến cho đất chua thêm: (NH4)2SO4 + 4O2 → HNO3 + H2SO4 + 2H2O Nếu trong đất có nhiều muối canxi thì 2 axit tạo ra ở trên sẽ được trung hòa và chuyển thành canxi nitrat; nhưng nếu đất không đủ muối canxi thì 2 axit trên có khả năng tác dụng lên những muối sắt, nhôm silicat hoặc sắt photphat, nhôm photphat của đất sinh ra những muối sắt nhôm di động, gây ảnh hưởng không tốt đến sự sinh trưởng của cây trồng. Vì vậy, đối với đất quá chua khi bón đạm sunfate có thể xảy ra hiện tượng thoái hóa amon sunfate làm giảm năng suất cây trồng. Phân sunfate amon là muối sinh lý axit điển hình, vì vậy khi bón cho đất phải theo dõi pH và kết hợp bón vôi (cứ 1 tạ phân sunfate + 1,3 tạ bột đá vôi). Đây là loại phân tốt thích hợp với mọi cây trồng, đặc biệt là lúa, chè, khoai tây. Do độ hòa tan lớn và tính chất di động của NH4+ nên khi bón phải chia làm nhiều lần và bón đúng lúc thì mới đạt hiệu quả.

• Quá trình hòa tan NH4Cl (rắn)  NH4Cl (lỏng).

• Quá trình nitrat hóa của đạm amôn clorua thường mạnh hơn đạm sulfate.

Các quá trình xảy ra khi bón NH4Cl vào đất:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 44 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Bón đạm sulfate với phân chuồng có thể làm giảm tác động xấu đến đạm sulfate. Trong thành phần có chứa S rất tốt cho cây lấy dầu, họ đậu, hành tỏi, cà phê. Tuy vậy không nên bón cho đất lầy thụt, đất mặn vì nó sẽ tạo ra H2S gây độc. c. Phân đạm amôn clorua Công thức hóa học: NH4Cl. Được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp: NH3 + HCl → NH4Cl Tính chất: Dạng tinh khiết, có tinh thể màu trắng, chứa 26,1%N. Thương phẩm có màu xám xanh chứa 23–24%N. Hòa tan tốt trong nước vì thế khi vào đất phân tán nhanh. Có phản ứng sinh lý chua như (NH4)2SO4. Bón liên tục sẽ làm cho đất chua, mất vôi dần, nên bón kết hợp phân chuồng, vôi (1 tạ NH4Cl + 1,4 tạ vôi). Thành phần chứa 66% Cl không có lợi cho cây hành tây, thuốc lá, nho, hành tỏi, chè. Tuy vậy, Clo không bị keo đất giữ nên có thể bị rửa trôi vì vậy cần bón sớm thì tác hại của clo sẽ giảm, tuy nhiên tồn dư của ion Clo trong đất lâu dài sẽ gây ảnh hưởng xấu đến độ mặn.

• Sự tồn dư của Cl trong đất có thể gây nhiễm bẩn nước mặt, nước ngầm nếu sử dụng loại phân này lâu dài thường xuyên. 2.3.2.4. Nhóm phân đạm nitrat và các quá trình chuyển hóa khi bón a. Đạm

amôn nitrat (2 lá) Công thức hóa học: NH4NO3 Loại phân này được sản xuất bằng cách tác động HNO3 với NH3: HNO3 + NH3 = NH4NO3 Tính chất: Tinh khiết, có màu trắng, dạng thương phẩm có màu vàng nhạt hoặc hơi đỏ, trong thành phần chứa 32–35% N. Rất dễ tan trong nước, nếu đun dần đến nhiệt độ là 1200 sẽ xảy ra phản ứng phân hủy đạm: NH4NO3 → N2O + 2H2O Nếu đun nóng đột ngột ở 200–5000C gây nổ và mất hết đạm: 2 NH4NO3 → N2 + N2O + 4H2O Phản ứng của NH4NO3 trong đất: Sau khi bón vào đất, NH4NO3 phân ly trong dung dịch đất: NH4NO3 → NH4+ + NO3 Hai ion này đều có thể bị cây hút. Trong quá trình tương tác trong đất iôn NH4+ dễ bị keo đất hấp phụ còn ion NO3 ít được giữ lại nên dễ bị rửa trôi ảnh hưởng đến tầng nước ngầm.

• Quá trình điện ly: NH4Cl  NH4+ + Cl • Quá trình hấp phụ trao đổi với keo đất, quá trình thủy phân, trao đổi sâu với Al3+; Fe3+ và Mn2+ trong đất... tương tự như với phân sulfate amon.

• Thành phần NO3 trong phân đạm nitrat dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng, thích hợp cho bón thúc để tăng cường sự sinh trưởng. Tuy vậy, đối với lúa thì hiệu quả kém phân đạm amôn vì trong điều kiện ngập nước N-NO3 dễ bị rửa trôi và khử thành đạm tự do bay đi (quá trình phản đạm). Chính vì vậy, loại phân này không được ưa chuộng cho vùng trồng lúa nước. b. Phân natri nitrat NaNO3 Thành phần: 16,1%N Nguyên liệu để tổng hợp NaNO3 là NH3: 2HNO3 + Na2CO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2 Phân NaNO3 có màu trắng, kết tinh, rất dễ tan trong nước và dễ chảy nước. Nếu bảo quản không tốt để ẩm độ nhiều thì có thể kết tinh lại và trở thành tinh thể to hơn. Đây là loại phân sinh lý kiềm, khi bón vào đất kiềm hóa nhẹ đất, vì vậy có thể dùng để cải tạo đất chua nhưng không nên sử dụng cho đất mặn. Phản ứng của NaNO3 trong đất: • Quá trình hòa tan: NaNO3 (rắn)  NaNO3 (lỏng)

• Là phân sinh lý chua nên khi sử dụng phải theo dõi độ pH.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 45Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Ca2+ NH4+ KĐ + 8NH4NO3 KĐ NH4+ + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ H+ NH4+ KĐ + 8NH4NO3 KĐ NH4+ + Ca(NO3)2 + HNO3 Ca2+ NH4+ Nếu đất thiếu canxi và bón nhiều amonnitrat, phản ứng có thể diễn ra: Ca2+ NH4+ KĐ + 8NH4NO3 KĐ NH4+ + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ H+ NH4+ KĐ + 8NH4NO3 KĐ NH4+ + Ca(NO3)2 + HNO3 Ca2+ NH4+ Trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm thì thời gian đầu HNO3 xuất hiện có thể hòa tan các muối nhôm, sắt và gây độc cho cây. Vì vậy, muốn bón nitrat amon cũng phải bón vôi Dướitrước.tácđộng của VSV nitrat hóa trong đất, amon nitrat cũng bị oxy hóa thành HNO3: NH4NO3 + 4O2 → 4HNO3 + 2H2O Các quá trình xảy ra trong đất tương tự như đối với phân đạm clorua. Một đặc điểm nổi bật của phân này là độ hòa tan trong nước rất lớn do đó NO3thường là một yếu tố nguy hiểm khi tồn tại trong đất, nước mặt và nước ngầm. Mặt khác đạm nitrat tồn tại trong đất lâu dài liên tục với lượng cao cũng không làm biến đổi độ chua của đất như đạm sulfate và đạm clorua vì khả năng bị mất đi của ion NO3 . Sử dụng: • Là loại phân tốt thích hợp với hầu hết các loại cây trồng, là loại phân an toàn không để lại ion thừa cho đất.

là loại phân tốt. Các quá trình xảy ra khi bón vào đất: • Quá trình hòa tan trong nước • Quá trình thủy phân: CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 Tiếp theo: (NH4)2CO3 → NH4+ + CO32Nếu gặp thời tiết nóng thì: (NH4)2CO3 → NH3 + H2CO3 Việc mất NH3 thường xảy ra 6–7 ngày sau khi bón. Phân urê khi bón vào đất sẽ được phân hủy thành NH4+ và CO2… (NH2)2CO + HOH → (NH4)2CO3 → NH4+ + CO2 + H2O Trên đất trồng cạn NH4+ hình thành kể cả từ khoáng hóa chất hữu cơ trong đất và bổ sung chất hữu cơ vào đất, cũng như từ bón phân vô cơ bón vào được ôxy hóa tạo thành NO2 và NO3 . Quá trình này xảy ra theo 2 bước: NH4+ + 3O2 → HNO2 + 2H+ + HOH HNO2 + O2 → 2NO3 + 2H+ 2NH4+ + 4O2 → 2NO3 + 4H+ + 2HOH

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 46 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp NaNO3 rất dễ bị rửa trôi do vậy không nên dùng để bón lót, nếu đất có thành phân cơ giới nhẹ thì sự rửa trôi càng lớn. • Quá trình điện ly: NaNO3  Na+ + NO3 • Phản ứng trao đổi với keo đất: Ca2+ Na+ KĐ + 2NaNO3 KĐ Na+ + Ca(NO3)2 Ca2+ Ca2+ Như vậy, khi bón NaNO3 vào đất, Na+ sẽ bị đất hấp thụ còn ion NO3 tạo thành Ca(NO3)2 2.3.2.5. Nhóm phân đạm amít và các quá trình chuyển hóa khi bón Phân đạm amít thường được xếp vào phân amôn vì sau khi bón vào đất các loại phân này đều chuyển thành NH4+ rồi mới chuyển hóa tiếp rồi sau cùng mới cung cấp thức ăn cho cây. Phân đạm urê – CO(NH2)2 Thành phần: 46% N. Sản phẩm urê được sản xuất từ than đá, nước, N2 tự do, phản ứng cuối cùng tạo ra ure là do quá trình ngưng tụ NH3 và CO2 trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Khi không khống chế được nhiệt độ sẽ xảy ra quá trình trùng hợp urêa thành bi-urêa, một tạp chất ảnh hưởng đến sự nảy mầm và sinh trưởng của cây con, ức chế quá trình hô hấp, quang hợp của cây. Trong phân urêa thành phẩm, hàm lượng bi-urêa cho phép đối với cây trồng cạn là không được vượt quá 2%. Tính chất:

• Có nồng độ cao, dễ chảy nước,

• Urê tinh khiết, màu trắng không có mùi.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 47Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Quá trình trên xảy ra nhờ hoạt động của VSV Nitrosomonas, Nitrosolobus và Nitrosopira. Quá trình chuyển hóa NO2 thành NO3 là do Nitrobacter. Mối quan hệ về quá trình chuyển hóa NH4+ và NO3 và pH đất đã được nhiều tác giả nghiên cứu: sau 14 ngày gần như toàn bộ NH4+ được ôxy hóa thành NO3 cùng với pH đất giảm. Quá trình này được gọi là Nitrat hóa và thích hợp ở 260C.

này làm mất NH3 đồng thời gây ra bi-urê gây độc cho đất, nước và cây trồng. • Quá trình hoạt động của VSV làm tăng tốc độ chuyển hóa của urê thành cacbonat rồi từ cacbonat amoni chuyển thành nitrat: CO(NH2)2 + H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 + 2HNO3 H2O + CO2 + 2NH4NO3 2.3.3. PHÂN LÂN VÀ SỰ CHUYỂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG 2.3.3.1. Phospho (lân) trong đất Hàm lượng lân tổng số trong đất Việt Nam khoảng 0,03–0,2%. Giàu P nhất là đất nâu đỏ trên bazan và nghèo P nhất là đất bạc

• Quá trình phụ tạo ra bi-urê (trong sản xuất và ngay cả ở đồng ruộng): CO(NH2)2 (CONH2)2 NH + NH3 Quá trình màu và đất cát. Hàm lượng lân tổng số của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, thành phần cơ giới đất, chế độ canh tác và phân bón. Trong đất, phospho có trong các hợp chất hữu cơ và vô cơ, trong thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ của tàn tích sinh vật. Các hợp chất hữu cơ chứa phospho gồm có: Phitin, axit nucleic, nucleoproteit, phosphatit, sacarophosphat... và các VSV đất. Nguyên tố này được tích lũy trong đất tầng mặt nhờ sự tích lũy sinh học, vì vậy trong tầng đất mặt thường chứa nhiều lân hữu cơ hơn các tầng dưới sâu. Tỷ lệ lân hữu cơ phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn trong đất và dao động trong khoảng từ 10%–50% của lân tổng số. Hợp chất vô cơ chứa phospho chủ yếu là những muối của axit octophosphoric với Ca, Mg, Fe và Al. Trong đất phospho còn có trong thành phần của apatit, phosphoric và vivianit, cũng như trong trạng thái hấp phụ của anion phosphat. Apatit là nguồn gốc đầu tiên của tất cả các hợp chất phospho trong đất, chiếm tới 95% hợp chất phospho trong vỏ trái đất. Các dạng phospho vô cơ trong đất phần lớn có tính di động kém. Trong đất chua (có các dạng hoạt động hóa học của sắt và nhôm) phospho phần lớn gặp ở dạng phosphat sắt và phosphat nhôm (FePO4, AlPO4, Fe2(OH)3PO4, Al2(OH)3PO4...) hoặc liên kết với oxit sắt, nhôm dưới dạng hợp chất bị hấp phụ. Các loại đất chua của Việt Nam đều có hàm lượng phosphat sắt cao. Ví dụ: đất nâu đỏ trên bazan có lượng phosphat sắt (Fe-P) chiếm trên 80% tổng số lân vô cơ; đất vàng đỏ trên đá phiến sét có Fe-P trên 70% tổng số lân vô cơ; đất phù sa chua và đất phèn có Fe-P tương ứng là 48-56% tổng số lân vô cơ. Trong đất lúa nước và đất đầm lầy thụt có thể gặp vivianit – Fe3(PO4)2.8H2O – màu xanh lơ. Trong đất lúa nước phosphat sắt III có thể bị khử thành phosphat sắt II hòa tan trong nước nên cây trồng có thể hấp thụ được. Trong đất chua ít, trung tính và kiềm yếu phospho chủ yếu tồn tại dưới các dạng liên kết với canxi. Các phosphat canxi thường có độ hòa tan thấp. Enzimureaz VSV nitrat hóa

• Phân lân chế biến (Phân lân dễ tiêu): là loại phân lân cây trồng có thể sử dụng ngay được, trong nhóm này có super lân, lân nung chảy.

Tuy thành phần hóa học khác nhau nhưng tất cả đều có đặc điểm chung: • Nguồn gốc phún xuất. • Tỷ lệ lân cao (30–42% P2O5). NaH2PO4, KH2PO4, NH4H2PO4 Na2HPO4, K2HPO4, (NH4)2HPO4 • Rất dễ tan trong nước → Rễ bị rửa trôi • Cây hấp thu nhanh Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4)2 • Tan được → Rễ bị rửa trôi CaHPO4, MgHPO4 • Tan được trong axit yếu • Cây có thể hấp thu được

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 48 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Theo độ hòa tan tăng dần của các phosphat canxi trong đất chúng ta có dãy sau: Ca5(PO4)3Cl <Ca3(PO4)2 <Ca8H2(PO4)6.5H2O <CaHPO4 <CaHPO4.2H2O <Ca(H2PO4)2 (apatit clo) Tỷ lệ Ca/P trong các phosphat canxi tăng lên thì độ hòa tan giảm. Phản ứng môi trường thuận lợi cho sự hấp thu phospho là chua ít (pH 5,0–6,5). Qua quá trình phong hóa các hợp chất photpho khó tan bị biến đổi thành dễ tan: Ca3(PO4)2 + 2H2CO3 → 2 CaHPO4 + Ca(HCO3)2 2CaHPO4 + 2H2CO3 → 2 Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2 H+ KĐ + Ca3(PO4)2 KĐ Ca2+ + CaHPO4 H+ Các hợp chất photpho dễ tan ở trong đất chủ yếu ở các dạng: Các muối photphat tan vào nước, nếu gặp môi trường chua chứa nhiều sắt, nhôm thì các ion photphat lại có thể biến thành dạng không tan như FePO4, AlPO4 2.3.3.2. Các loại phân lân Chia làm 2 nhóm chính: • Phân lân tự nhiên (Phân lân khó tiêu): là loại phân lân không hòa tan được trong nước, trong axit yếu (chỉ có thể dùng axit mạnh mới hòa tan được). Bón vào đất cây trồng không sử dụng ngay được mà phải qua quá trình biến đổi trong đất thành lân dễ tiêu cây mới sử dụng được, bao gồm apatit, photphorit, phân lèn.

2.3.3.3. Phân lân thiên nhiên a. Apatit Định nghĩa: Là loại quặng thiên nhiên của photphat III canxi. Công thức chung là: Ca10(PO4)6 X2 , trong đó X là gốc hóa trị I có thể là Cl; Fe; OH. Nếu X = Cl: Clo apatit; X = F: Flo apatit; X = OH: Hyđroxit apatit. Nếu X = CO3: Cacbonat apatit.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 49Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên • Không có chất hữu cơ. Về thành phần có 3 loại: • Quặng loại 1 chứa 37–42% P2O5 • Quặng loại 2 chứa 30–37% P2O5 • Quặng loại 3 chứa <30% P2O5 Giá trị xuất khẩu cao là quặng loại I. Trong môi trường chua, apatit dần phân giải : 2[Ca3F(PO4)3]3.CaF2 + 14 H2CO3 → 10CaHPO4 + 8CaCO3 + 2HF 10CaHPO4 + H2CO3 → 10Ca(H2PO4)2 + CaCO3 Hiệu lực apatit cao khi ở pH thấp <5 và khi pH >5,5 thì apatit không có hiệu lực đối với lúa, riêng với đất phèn thì hiệu lực apatit rất mạnh. Hiệu lực apatit phụ thuộc vào độ mịn của hạt: Phải nghiền nhỏ cỡ hạt dưới 0,01 mm sẽ cho năng suất cao, vì sẽ tăng diện tích tiếp xúc trong đất chua hòa tan tốt. Nên sử dụng cho vùng đất rất chua và thiếu lân - có tính chất cải tạo tốt. b. Photphorit Khái niệm: Là quặng thiên nhiên của phôtphat có nguồn gốc chủ yếu là trầm tích biển. Thành phần: Chủ yếu là photphat (III) canxi nhưng khác apatit: • Nguồn gốc thiên nhiên. • Cấu trúc vô định hình. • Tỷ lệ lân thấp: <30%. • Chứa hợp chất hữu cơ. • Chứa canxi cacbonat. • Mềm hơn, dễ tán bột hơn nhưng chứa nhiều Fe, Al Khi bón vào đất, trong môi trường chua có sự phân giải : Ca3(PO4)2 + H2CO3 → CaHPO4 + CaCO3 CaHPO4 + H2CO3 → Ca(H2PO4)2 + CaCO3 2.3.3.4. Phân lân chế biến a. Super lân Công thức hóa học: Ca(H2PO4)2 H2O + CaSO4 Thành phần: 16–18% P2O5 (dao động 14–21%); 8–12% S; khoảng 23% CaO và 5% H3PO4; CaSO4 chiếm 40% trọng lượng của phân. Được sản xuất từ apatit loại 1 (36–40% P2O5), chứa ít Fe, Al, dùng 1 tấn quặng + 1 tấn axit H2SO4 57%, khi đó xảy ra các phản ứng: Ca3F(PO4)3 + 14 H2SO4 + 6H2O → 10CaSO4.2H2O + 2H3PO4 + 2HF Ca3F(PO4)3 + 14 H3PO4 + 10H2O → 10Ca(H2PO4)2.H2O + 2HF Phân loại Super lân: Super lân đơn và Super lân kép. Super lân đơn: là loại phân chứa nhiều chất trong đó chất chính là phốtphát một canxi Ca(H2PO4)2 và thạch cao (CaSO4) ngoài ra còn thừa một ít axit nên có phản ứng chua. Là

+ 2CaCO3 → Ca3(PO4)2+ H2CO3 Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2 → Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 Ngay cả trường hợp phản ứng gần trung tính mà đất không có CaCO3, thì việc tạo thành photphat ít tan từ photphat 1 canxi cũng có thể được thực hiện do phản ứng trao đổi với cation Ca2+ ở lớp ion tầng khuếch tán của keo đất: Ca2+ H+ KĐ + Ca(H2PO4)2 KĐ H+ + CaHPO4↓ Ca2+ Ca2+ Ca2+ H+ KĐ + CaHPO4 KĐ + Ca3(PO4)2↓ Ca2+ Ca2+

DSP có 32% P2O5 Các quá trình xảy ra khi bón: Khi bón vào đất, super photphat rất dễ bị thoái hóa và trở nên khó tan, sự biến hóa này có liên quan đến tính chất của đất. • Quá trình hòa tan: Ca(H2PO4)2.H2O → Ca2+ + 2H2PO4 + H2O • Quá trình thủy phân: Ca2+ + H2O → Ca(OH)+ + H+ 2H2PO4 + H2O → H3PO4 + OH • Quá trình tạo kết tủa: Với đất chua, chứa nhiều Fe, Al tự do, phần lớn lân vô cơ kết hợp với Fe, Al tạo thành photphat Fe, Al. Chúng có thể ở dạng gel kết tủa hoặc kết tinh, độ tan rất thấp. Thường gặp là Fe(OH)2H2PO4 và Al(OH)2H2PO4. Ca(H2PO4)2 + Al2(SO4)3 → AlPO4 + 2H2SO4 Ca(H2PO4)2 + AlCl3 → AlPO4 + CaCl2 + 4HCl Nhôm ở trạng thái hấp phụ cũng có thể

50 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp loại qua chế biến đơn giản có màu xám trắng, có mùi axit photphoric, dễ hòa tan trong nước, trong thành phần có chứa 17–18% P2O5 hữu hiệu, là loại phân chua. Super lân kép: Là sản phẩm trong quá trình sản xuất loại bớt thạch cao để tăng hàm lượng lân. Có 2 loại: super lân kép TSP có 46% P2O5 và làm cho super lân trở nên khó tan: Al3+ 3H+ KĐ + Ca(H2PO4)2 KĐ 3H+ + 2 AlPO4↓ Al3+ Ca2+ Đồng thời cũng tạo khả năng khử độc nhôm của super lân ở đất quá chua, giàu nhôm di động. Ca(H2PO4)2 + 2Al(OH)3 2AlPO4 + Ca(OH)2 + 4H2O Như vậy ta thấy, khi kết tủa phophat bằng phản ứng trao đổi với nhôm hấp phụ của keo đất thì toàn bộ canxi cũng như photphat đều không có mặt ở dung dịch đất nữa. Từ đây ta thấy ở đất cho nhiều nhôm, nếu bón superphotphat phải bón kết hợp với vôi. Sắt di động cũng có tác dụng tương tự như Al. Với đất kiềm, bão hòa canxi, super photphat cũng bị thoái hóa biến thành dạng tricanxi photphat không tan: Ca(H2PO4)2

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 51Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Do vậy sau khi bón vào đất, super lân chỉ dễ tan trong dung dịch hơi chua hoặc trung tính. Đất quá chua hoặc quá kiềm thì đều bị kết tủa. Ngoài ra, ở đất chua H2PO4 không chỉ phản ứng với Fe3+, Al3+ hòa tan mà còn phản ứng với các oxit ngậm nước: gilesit (Al2O3.3H2O), goethit (Fe2O3.3H2O) tạo thành các chất không tan nên H2PO4- càng làm giảm hiệu lực của phân. Al2O3.3H2O + H2PO4 AlPO4.2H2O Quá trình hấp phụ trao đổi: Quá trình này xảy ra trong đất rất yếu, nguyên nhân vì keo đất chủ yếu là phức hệ keo âm, những phân tử keo dương rất ít nên khả năng trao đổi với các ion PO43- và HPO4 thấp. SiO32 HPO42 KĐ + HPO42 KĐ + SiO32 + CO32 CO32 HPO42 Ngoài ra là sự hấp phụ ion PO43- (hoặc ion tương thích ở pH khác nhau) với phức hệ keo hữu cơ. Giai đoạn kế tiếp là hoạt động chuyển hóa thành photphat hữu cơ do tác động của VSV. Quá trình tích lũy photphat: Khác với đạm, ion photphat bị mất do bay hơi không có, bị mất do rửa trôi rất ít sau khi đã bị cố định trong đất. Quá trình mất đi chủ yếu là do cây hút và một phần bị rửa trôi khi mới bón phân. Chính vì vậy, tại một số khu vực bón phân photphat với cường độ cao lại được nguồn rửa trôi đưa tới sẽ dẫn đến tích đọng photphat khá lớn. Hiện tượng này đôi khi gây ngộ độc cho cây và nếu có tích lũy đạm đồng thời thì sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng – nhất là các vùng trũng. Bón phân super photphat cho đất phèn làm cho quá trình phèn hóa diễn ra nhanh hơn: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 → 2Fe2 (SO4)3+ 2H2O Fe2 (SO4)3 + 2H2O → Fe2 (SO4)3 (H2O)2 Al2O3.SiO2 + 3H2SO4 → Al2 (SO4)3 + Si(OH)4 b. Phân lân chế biến bằng nhiệt – Thermophosphate (phân lân nung chảy) Công thức hóa học: Lân tồn tại dưới dạng tetra canxi phosphat Ca4P2O9 và muối kép tetra canxi phosphat và canxi silicat: Ca4P2O9. CaSiO3 Thành phần: P2O5 hữu hiệu 15–18%, CaO 24–30 %, MgO 18–20%, SiO2 24–30%. Vi lượng 4% Fe; 0,4% Mg, 0,02% Cu; 0,001% Mo; 0,002% Co. Sản xuất: Nung quặng apatit Lào Cai (30–35%) ở nhiệt độ 1.450–1.5000C, sau khi hỗn hợp chảy thì làm nguội và nghiền nhỏ. Tính chất: Là loại bột mịn, vô định hình, nhìn kỹ có vẻ óng ánh như thủy tinh (phân lân thủy tinh), màu xám, không mùi vị, không hút ẩm, không tan trong nước. Thành phần: pH = 8–10. Các quá trình hòa tan, điện ly, cố định trong đất tương tự như super lân.

• Kali không trao đổi có trong các sét illit, vermiculite và các sét 2:1.

• Loại lân này thích hợp đất chua nhiều (đất chua mặn, đất trũng, lầy thụt, đất đồi chua). Trường hợp đất nghèo chất kiềm, thiếu vi lượng (đất bạc màu, đất xám, đất cát) dùng rất tốt.

• Tốt hơn super lân vì cây sử dụng ngay được, không bị rửa trôi, không bị Fe, Al hòa tan – phân càng mịn tiếp xúc với rễ cây và đất càng tốt.

2.3.4.

• Vì ít tan nên không thể hòa nước để phun lên lá hoặc hạt giống. Có thể trộn với super lân để bón, sẽ làm tăng năng suất từ 10–15% so với bón riêng rẽ cùng liều lượng vì super lân tan trong nước cung cấp ngay lập tức nhu cầu của cây đồng thời chứa dinh dưỡng nhưng hơi chua, còn phân lân nung chảy chậm tan nhưng có kiềm tính cung cấp từ từ lân cho cây và lại có thêm trung lượng và vi lượng. PHÂN KALI VÀ SỰ CHUYỂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG 2.3.4.1. Kali trong đất Kali trong đất thường nhiều hơn đạm và lân. Kali trong các loại đất khác nhau thì khác nhau. Đất có thành phần cơ giới nặng thì nhiều K hơn đất có thành phần cơ giới nhẹ. Trong tầng đất mặt kali tổng số khoảng 0,2–4% (Scheffer và Schachts. Chpel, 1960). Đất nghèo kali là đất xám bạc màu và các loại đất đỏ vàng ở đồi núi (K2O khoảng 0,5%). Hàm lượng kali trong đất phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của đá mẹ, điều kiện phong hóa và hình thành đất, thành phần cấp hạt đất, chế độ canh tác và bón phân. Các dạng kali trong đất: kali trong đất gồm có 4 dạng: • Kali hòa tan trong nước: tồn tại ở dạng ion trong dung dịch đất, dạng này cây dễ hút nhưng nồng độ kali tồn tại trong đất rất thấp.

2.3.4.2. Muối kali thiên nhiên Phân kali phần lớn được khai thác ở các mỏ. Hầu hết đều chứa NaCl và Mg như Quặng Sylvinit NaCl.KCl: 12–15% K2O, 35–40% Na2O, Kacranit KCl.MgCl2.3H2O: 16,9%, K2O. Các loại phân này được dùng làm phân lót rải trước khi cày trên đất nặng. Bón cho cây lấy củ, củ cải đường, cây làm thức ăn gia súc và một số loại rau.

• Kali trao đổi: ion K+ hấp phụ trên bề mặt keo đất, sau lúc trao đổi ion sẽ chuyển ra dung dịch. Đây là một dạng thủy phân: [KĐ]nK+ + nHOH  [KĐ]nH+ + nKOH Khi nồng độ kali trong dung dịch đất giảm sẽ có nhiều K+ trên keo chuyển ra dung dịch. Ngược lại, khi nồng độ K+ trong dung dịch đất tăng thì K+ hút bám trên keo càng nhiều. Đây là nguồn cung cấp kali chủ yếu cho cây.

• Kali trong mạng lưới tinh thể khoáng nguyên sinh, thứ sinh: Kali ở dạng này tính hữu dụng rất thấp đối với cây trồng, đây là nguồn dự trữ kali cho cây, duy trì nguồn kali di động trong đất.

+ 2KCl KĐ + CaCl2 Ca2+ H+ Kết quả của quá trình trao đổi trên làm mất Ca2+ của tầng ion hấp phụ trong keo. Nếu bón liên tục và lượng lớn sẽ ảnh hưởng đến phức hệ canxi trong keo đất, khả năng bị rửa trôi của hạt keo tăng làm kết cấu đất bị giảm xuống. Mặt khác ở đất chua, bón KCl lâu ngày làm cho sắt nhôm di động tăng thêm: H+ K+ KĐ + 2KCl KĐ + 2HCl + AlCl3 Al3+ 3K+ Sử dụng: • KCl được coi là loại phân bón có nồng độ nguyên chất cao, công nghệ đơn giản nên được dùng cho nhiều loại cây trồng.

• Quá trình điện ly: KCl = K+ + Cl Trong phân có chứa Cl dễ gây mặn cho đất và rất dễ bị rửa trôi vì khả năng di động lớn.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 53Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên 2.3.4.3. Phân kali công nghiệp Do các quặng trên tỷ lệ kali thấp, vì vậy nghiền để bón thường hiệu lực không cao nên thường được chế biến thành những loại phân kali có tỷ lệ cao và loại bớt những thành phần không có kali. a. Clorua kali (KCl) Sản xuất: Dùng quặng sinvinit qua chế biến loại bớt NaCl. Dựa vào sự hòa tan khác nhau của KCl và NaCl ở các nhiệt độ khác nhau. KCl là một loại phân rất phổ biến trên thế giới. Thông thường phải tốn 4–5 tấn quặng để sản xuất ra 1 tấn kali. Tính chất: Phân có dạng bột màu hồng như muối ớt. Cũng có dạng clorua kali có màu xám đục hoặc xám trắng. Phân được kết tinh thành hạt nhỏ, vị rất mặn, dễ tan trong nước, để lâu dễ bị đóng cục, loại hạt to ít chảy nước và ít bị đóng cục hơn loại hạt mịn. Thành phần gồm: Hàm lượng kali nguyên chất trong phân là 50–60%. Ngoài ra, trong phân còn có một ít muối ăn (NaCl). Nếu không lẫn các muối khác thì có màu trắng xám chứa 56–60% K2O. Nếu còn lẫn một phần muối ăn và magiê thì Clorua kali có màu trắng lấm tấm hồng chứa 40% K2O và khoảng 24% NaCl, 6% CaSO4 Các quá trình xảy ra khi bón:

• Quá trình trao đổi: Có tính chất chua sinh lý bón cho đất chua sẽ là chua thêm với đất kiềm dễ dẫn đến rửa trôi kiềm. H+ K+ KĐ + 2KCl KĐ + 2HCl H+ K+ Ca2+ H+ KĐ

• Quá trình hòa tan: KCl hòa tan mạnh trong nước, vì vậy nếu khi bón gặp trời mưa hoặc đất quá ẩm sẽ bị rửa trôi nhanh chóng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 54 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp • Là loại phân sinh lý chua vì vậy cần bón vôi để khử chua. • Với đất màu nhất là vùng khô hạn không nên dùng vì Cl không được rửa trôi gây độc với cây. • Không nên dùng cho thuốc lá, khoai tây, hành tỏi. Nếu dùng thì nên bón sớm để Cl bị tiêu hủy dần đi. b. Kali sunfate (K2SO4) Được sản xuất từ quặng Kainit theo phản ứng sau: KCl + H2SO4  H2SO4 + KCl Tính chất: Có 48–52% K2O là loại muối kết tinh, tan trong nước, ít hút ẩm, ít đóng cục, có vị chát, là loại phân sinh lý chua. Các quá trình xảy ra trong đất: tương tự như với KCl. Sử dụng:

• Bón kali sunfat thì ảnh hưởng đến môi trường mạnh hơn kali clorua.

• Là loại phân tốt, an toàn cho cây trồng và trong thành phần ngoài K còn có S rất tốt cho cây. Tuy vậy, hiện tại ít được sử dụng vì nồng độ thấp hơn phân khác và phải điều chế từ phân khác (KCl).

• Nếu bón trực tiếp vào gốc và lá sẽ làm cây chết vì muối kali là một muối rất mẫn cảm với cây. Nên dùng bón cho khoai tây, thuốc lá, chè. c. Phân magiê – kali Phân kali – magie được sản xuất từ quặng langbenit. Trong thành phần có từ 33–39% K2SO4 (24% K2O), 55% MgSO4 (18% MgO) và từ 1–5% NaCl. Đây là loại phân có nhiều nguyên tố, thích hợp cho vùng đất nhẹ cho khoai tây và thuốc lá, cho các cây trồng có chứa magie và kali như dứa, cây ăn quả và nho. Một loại phân kali magie khác sản xuất ở Đức và Nga gọi là rêfooc – kali là loại có chứa 26–30% K2O ở dạng K2SO4, và 25–30% MgSO4, 10% thạch cao. d. Cacbonat kali (K2CO3) Phân này có tên là bồ tạt. Nguyên chất chứa 56,5% K2O, thực tế chứa 50% K2O, thích hợp với đất chua và có thể dùng bón cho những cây trồng không chịu được Cl . Phân này rất dễ bị chảy nước, nên chú ý khi bảo quản. Phân này thích hợp với khoai tây, ngô, cây làm thức ăn cho gia súc trồng trên đất chua không bón vôi. e. Bicacbonat kali (KHCO3) Sản xuất: H2CO3 + HCl  KHCO3 Là loại bột màu trắng, không chảy nước, chứa 40–46% K2O và 2% Cl Đây là loại phân kali tốt, dễ bảo quản, dùng để bón cho các loại cây trồng trên đất chua. g. Tro bếp Đây là nguồn phân kali quan trọng ở nông thôn. Sau khi đốt thân, cành, lá, rơm rạ được than tro thực vật. Trong tro có lân, vôi và các nguyên tố vi lượng – tro là phân kali có vôi, lân rất quí.

Đất

■

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 55Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Trong than tro cây gỗ có 10% K2O; 30% CaO; 4% P2O5. Rơm rạ, cây cỏ có 5% K2O; 2% CaO; 1–2% P2O5.

nhất là trên đất cát và đất than bùn nghèo kali. Tro có thể dùng làm phân bón lót (trước khi cày trên đất nặng và trước khi gieo trên đất nhẹ). 2.3.5. VÔI CẢI TẠO ĐẤT 2.3.5.1. Vai trò của việc bón vôi Tác dụng cải tạo hóa tính đất của bón vôi ■ Bón vôi khử được độ chua của đất. Đất chua trên bề mặt keo đất có nhiều H+ gây ảnh hưởng rất xấu tới tính chất đất. Khi bón vôi vào đất, nhờ khả năng Ca2+ đẩy H+ ra khỏi bề mặt keo đất mà làm giảm độ chua. • Khi bón bằng bột đá vôi: CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO2)2 H+ Ca2+ KĐ H+ + 2Ca(HCO3)2 → KĐ + 2 H2CO3 (4CO2 + 4H2O) H+ Ca2+ H+ • Khi bón vôi nung: CaO + H2O  Ca(OH)2 H+ Ca2+ KĐ H+ + 2Ca(OH)2 → KĐ + 4H2O H+ H+ Tùy lượng vôi bón nhiều hay ít, mà có thể tạo ra cho đất một độ pH cao hay thấp thích

Thành phần than tro thực vật phụ thuộc vào loài cây, thời gian và cách đốt. Trong tro kali tồn tại dưới dạng cacbonat kali K2CO3, dễ tan trong nước, đây là dạng kali thích hợp với tất cả các loại cây. Tro hướng dương, rơm rạ, ngũ cốc giàu kali nhất, tro than bùn có hàm lượng lân và kali thấp, tro than đá không phải là nguồn phân kali quan trọng đối với cây. Tro phải được bảo quản nơi khô mát vì nước sẽ kéo hết kali do vậy sẽ làm giảm chất lượng phânTrobón.là loại phân kiềm nên sử dụng bón cho đất chua rất tốt, hợp nhất với cây trồng. Bón vôi khử được tác hại của đất mặn kiềm hoặc mặn trung tính. mặn có nhiều Na+ trên bề mặt keo đất làm cho việc hút chất dinh dưỡng của cây trồng bị trở ngại, keo đất bị phân tán và mất kết cấu. Trên đất này sử dụng nguyên liệu vôi ở dạng thạch cao (CaSO4) thì không làm tăng độ pH của đất mà lại đẩy Na+ ra khỏi bề mặt keo đất ở dạng muối trung tính hòa tan (Na2SO4) rồi tháo đi theo nước (rửa mặn nhiều lần), làm giảm được tác hại tán keo đất của Na.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 56 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Na+ Ca2+ KĐ Na+ + CaSO4 → KĐ + 2Na2SO4 (rửa trôi) Na+ Na+ ■ Bón vôi khử được tác hại của đất chua mặn: đất chua mặn vừa có nhiều H+, vừa có nhiều Na+ trên bề mặt keo đất, gây hại cho đất và cây trồng. Nên bón CaO cho đất chua mặn làm giảm chua rất nhanh, khử được tác hại của Na+ (thay thế Na+ trong đất bằng Ca++) thành dạng kiềm hòa tan (NaOH). H+ H+ KĐ Na+ + Ca(OH)2 → KĐ + 2NaOH Na+ Ca2+ Trong dung dịch đất phèn còn tồn tại nhiều H+, Al3+, Fe3+ và Mn2+ di động, khi bón bột đá vôi có tác dụng kết tủa các ion độc dưới dạng hydroxit làm các chất này không còn gây độc cho cây và cố định chặt lân trong đất. CaCO3 + H2O + CO2  Ca(HCO3)2 Al2(SO4)3 + Ca(HCO3)2  2Al(HCO3)3 + 3CaSO4 2A(HCO3)  2Al(OH)3  + 6CO2  Tác dụng cải tạo tính chất vật lý đất của bón vôi Vôi có tác dụng như mùn làm ngưng tụ, gắn kết các hạt đất nhỏ lại thành các vi đoàn lạp và các đoàn lạp to lớn hơn, do đó kết cấu của đất tốt hơn làm nước mưa không gây xói mòn, rửa trôi được. Bón vôi có ảnh hưởng toàn diện đến các tính chất vật lý đất: kết cấu đất, độ thấm nước, chế độ khí, chế độ ẩm... Ngoài ra:

• Bón vôi cho đất cát: có tác dụng kết tủa chất mùn trong đất, hạn chế được sự phân giải chất hữu cơ, gắn kết các hạt đất rời rạc lại, làm cho đất có kết cấu hơn, dẻo hơn, ẩm hơn, giữ được nhiều dinh dưỡng hơn. Tác dụng cải tạo sinh tính của đất của bón vôi Khi bón vôi đúng mức (đưa pH về gần trung tính), tạo pH thuận lợi cho các VSV có ích hoạt động và phát triển rất nhanh, đồng thời tiêu diệt và hạn chế nấm bệnh phát triển.

• Bón vôi cho đất sét: sẽ liên kết một số hạt nhỏ của đất lại với nhau thành hạt kết to hơn, nên có tác dụng làm cho đất có kết cấu hơn, thoáng khí và tơi xốp hơn, dễ làm đất hơn; cây trồng không bị bí và dinh dưỡng tốt hơn.

Ngoài ra, trong nguyên liệu vôi còn có Mg, có tác dụng tốt với hoạt động của vi khuẩn nốt sần.Vìvậy, bón vôi đúng mức có tác dụng cải tạo sinh tính đất làm cho hoạt động sinh học trong đất tốt hơn.

■ Bón vôi cho đất chua tạo điều kiện cho các loại phân bón (cả hữu cơ và vô cơ) phát huy hiệu quả cao ở đây. Bón phân trên đất chua thường không làm tăng năng suất cây trồng đáng kể, đặc biệt là những cây trồng mẫn cảm xấu với độ chua (ngô, đậu đỗ, rau). Khi phối hợp sử dụng phân chuồng cùng với vôi trên đất chua tạo khả năng đạt năng suất cây trồng cao và bền vững. Do vôi tăng cường sự phân giải phân hữu cơ để cung cấp dinh dưỡng cho cây, còn phân chuồng thì lại cung cấp nhiều CO2 để hòa tan vôi mà làm tăng tác dụng cải tạo đất của vôi. Bón vôi tạo pH thuận lợi cho cây sinh trưởng và phát triển Mỗi loại cây phát triển thuận lợi trong một khoảng pH xác định nên có yêu cầu khác nhau đối với pH đất và việc bón vôi. Tùy thuộc vào pH thích hợp với cây, có thể chia cây trồng thành các nhóm có yêu cầu đối với pH đất và việc bón vôi như sau: • Nhóm cây rất mẫn cảm với pH cao và việc bón vôi: gồm các cây cải bắp, cải củ, bông, củ cải đường, mía thích hợp với pH = 7–8.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 57Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Tác dụng tăng cường cung cấp chất dinh dưỡng cho cây của bón vôi ■ Sau khi bón vôi vào đất, cung cấp nguồn Ca2+, chất này có tác dụng trao đổi và đẩy đương lượng các ion dinh dưỡng (NH4+, K+) từ bề mặt keo đất vào trong dung dịch đất cho cây sử dụng thuận lợi hơn. NH4+ Mg2+ KĐ K+ + 2Ca2+ ↔ KĐ Ca2+ + NH4+ + K+ + H+ H+ Mg2+ ■ Tạo khả năng huy động các chất dinh dưỡng vốn ở dạng khó tiêu trong đất (đặc biệt là lân vô cơ trong các hợp chất với sắt và nhôm) và tăng cường sự phân giải chất hữu cơ (chứa N, P, K) thành dễ tiêu cho cây sử dụng. Nên đất được bón vôi thì cây được cung cấp thêm nhiều thức ăn dễ tiêu từ đất, đặc biệt là nitrat làm cây tăng trưởng hơn rõ so với đối chứng không bón vôi. Vì vậy, dinh dưỡng ở trong đất sẽ bị cây trồng vụ trước bón vôi khai thác triệt để, chất hữu cơ ở trong đất cũng bị phân giải nhiều. Nếu không kịp thời bón phân hữu cơ cho đất thì tính chất của đất lại xấu đi. Vì vậy, ông cha ta thường có câu “Bón vôi làm giàu đời cha, phá sản đời con”; “Vôi không phân làm bần nhà nông”. Bón vôi tạo pH thuận lợi cho cây hút thức ăn, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón ■ Dù mỗi chất dinh dưỡng được cây trồng hút thuận lợi nhất trong những khoảng pH khác nhau (N, K, S được cây hút thuận lợi trong khoảng pH 6,25–7; còn Mn được cây hút thuận lợi trong khoảng pH 4,5–6). Nhưng từ khoảng pH ít chua đến trung tính cây trồng hút thuận lợi nhất. Bón vôi là nhằm đưa pH đất về khoảng ít chua đến trung tính sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho cây hút tất cả các yếu tố dinh dưỡng.

Tác dụng chống sâu bệnh hại cây trồng của bón vôi

ngăn Bảng 2.2. Phạm vi pH thích hợp đối với các loại cây trồng Cây trồng pH Cây trồng pH Cải bắp 7,0–7,4 Lạc 5,5–7,2 Bông 6,5–7,3 Dưa chuột 6,4–7,5 Mía 6,5–7,5 Ngô 6,0–7,5 Củ cải đường 7,0–7,5 Hành 6,4–7,5 Đậu tương 6,5–7,5 Đay 6,5–7,5 Bí ngô 5,5–7,5 Thuốc lá 6,0–7,5 Chuối 6,0–6,5 Hướng dương 6,0–6,8 Lanh 5,5–6,5 Sắn 5,0–6,5 Cà chua 5,0–8,0 Lúa 5,0–6,5 Cà rốt 5,6–7,0 Khoai tây 4,5–6,3 Dưa hấu 5,5–6,5 Dứa 4,5–6,5 Khoai lang 5,5–6,7 Chè 4,0–5,0

• Nhóm cây ít mẫn cảm với pH cao và việc bón vôi: gồm các cây lúa, cao lương, sắn, khoai tây thích hợp với pH = 5,5–6,0.

• Nhóm cây mẫn cảm với pH thấp, phản ứng xấu với việc bón vôi: như cây chè, thích hợp trên đất chua với pH = 4,5–5,5.

Vậy bón vôi không để cho đất chua đi (pH <5,5), có tác dụng bảo vệ đất chống lại sự thoái hóa khoáng sét, nhờ đó mà tránh cho đất khỏi bị mất khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

• Nhiều loại bệnh hại cây trồng (nấm, đạo ôn...) thường phát triển mạnh trên đất chua. Khi đó bón vôi trung hòa độ chua của đất có khả năng tiêu diệt và ngăn ngừa sự phát triển của sâu bệnh.

58 trường đại học nông lâm thái nguyên Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp

• Nhóm cây mẫn cảm với pH cao và việc bón vôi gồm các cây: lúa mì, ngô, đậu tương, lạc, hướng dương, dưa chuột, cà chua thích hợp với pH = 6–7.

Vì vậy: khi bón vôi, không nhất thiết phải đưa pH của đất về trung tính mà phải xem xét đến cây gì sẽ trồng trên đất đó để bón vôi cho thích hợp. Tác dụng bảo vệ đất của bón vôi Trên đất chua (pH <5,5) sẽ xảy ra quá trình thoái hóa khoáng sét (các khoáng sét có dung tích hấp thu lớn sẽ chuyển thành các khoáng sét có dung tích hấp thu nhỏ (montmorillonit, illit chuyển dần thành khoáng kaolinit có khả năng hấp phụ kém). Trong điều kiện chua tiếp diễn liên tục, khoáng kaolinit biến dần thành hydragilit và thạch anh thứ sinh, và không còn khả năng hấp thu nữa làm cho đất bị bạc màu nghiêm trọng (mất khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng).

• Khi ruộng lúa có nhiều rong rêu, người ta thường tháo cạn nước rồi tiến hành bón vôi và vùi rong rêu cùng vôi vào đất, vừa có tác dụng diệt được rong rêu và

Sau khi bón CaCO3 vào đất, nó được chuyển hóa thành Ca(HCO3)2 tan trong nước. CaCO3 + H2O + CO2  Ca(HCO3)2 Đôlômit Công thức hóa học: CaCO3.MgCO3. Thành phần: Chứa 30,2–31,6% CaO; 17,6–20% MgO. Tính chất: Bột đôlômit khó hòa tan hơn, khó tán bột và tác dụng chậm hơn đá vôi, nhưng có giá trị cải tạo tốt hơn các nguyên liêu chứa vôi khác, đặc biệt đối với đất nhẹ. Đối với đất nghèo Mg đôlômit có phần tốt hơn các nguyên liệu vôi khác.

• Cây trồng hàng năm đã lấy đi theo sản phẩm thu hoạch một lượng vôi đáng kể, trung bình khoảng 50–80 kg CaO/ha. Lượng CaO này phụ thuộc vào loại cây trồng và năng suất. (Cải bắp là cây hút nhiều CaO nhất khoảng 300–500 kg/ha).

• Bón phân hóa học chua, hòa tan CaCO3 trong đất cũng làm đất mất vôi dần qua quá trình rửa trôi, nhất là ở vùng nhiệt đới.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 59Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên ngừa rong rêu phát triển sau này (trong sản xuất lúa còn dùng vôi để trị bệnh đạo ôn, bệnh tiêm lửa, sâu keo, sâu cắn dé...)

• Trong công tác BVTV, bón vôi là một biện pháp khử, sát trùng đồng ruộng cần thiết và hiệu quả sau một vụ cây trồng bị dịch hại nặng. Bù lại lượng vôi bị mất cho đất Do vôi có vai trò rất quan trọng đối với đất, cây nên việc bón vôi còn nhằm bù lại lượng vôi bị mất từ đất do các nguyên nhân chính: mất do rửa trôi, mất do cây lấy đi theo sản phẩm thu hoạch và mất do sử dụng các loại phân gây chua.

• Nước mưa có H2CO3 có khả năng hòa tan đá vôi, dẫn đến làm mất vôi dần do bị rửa trôi: CaCO3 + H2CO3  Ca(HCO3)2

2.3.5.2. Các nguyên liệu có vôi Đá vôi Công thức hóa học: CaCO3 Thành phần: 31,6–56,1% CaO và 0–17,7% MgO. CaO và MgO là chất cải tạo đất chua, bổ sung dinh dưỡng trung lượng cho cây. MgO lại rất cần thiết đối với đất nghèo Mg, nhưng tỷ lệ MgO càng cao càng làm cho đá vôi rắn và khó nghiền nhỏ. Tính chất: Không tan trong nước, tan trong axit yếu. Khi sử dụng phải nghiền, kích cỡ hạt càng nhỏ thì hiệu lực của vôi càng thể hiện nhanh. Đặc điểm sử dụng: Bón bột đá vôi có ưu điểm không gây bỏng cây, và nếu liều lượng bón có thừa một ít, thì cũng không gây hại. Do đó, khi muốn trung hòa độ chua tự do hoặc độ chua sinh lý của các loại phân hóa học, người ta thường dùng bột đá vôi, tốt hơn là dùng vôi nung.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 60 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Sau khi bón vào đất dưới tác động của nước và CO2, đôlômit chuyển dần thành Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 hòa tan trong nước để cung cấp dinh dưỡng cho cây và cải tạo đất: CaCO3 + H2O + CO2  Ca(HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2  Mg(HCO3)2 Đặc điểm sử dụng: Phải nghiền nhỏ thành bột (nghiền mịn hơn bột đá vôi). Khi sử dụng cần nghiên cứu tỷ lệ Mg++/Ca++ thích hợp cho từng loại đất, từng loại cây trồng. Đôlômit có thể bón trên mọi loại đất, song thích hợp nhất trên đất chua, đất phèn, đất nghèo Ca và Mg (đất xám, đất bạc màu). Phân cũng thích hợp cho tất cả các loại cây trồng đặc biệt là cây họ đậu, cây ăn quả có múi, cây công nghiệp... Vôi nung Công thức hóa học: CaO. Thành phần: Thường có lẫn một ít Ca(OH)2 và CaCO3 nên có hàm lượng CaO thấp hơn 100%. Tính chất: Sau khi bón vào đất CaO kết hợp với nước để cung cấp dạng Ca++ cho cây trồng hay cải tạo đất. Vôi nung dễ hòa tan, có tác dụng nhanh hơn các loại nguyên liệu vôi cải tạo đất khác; thường hiệu lực của vôi nung biểu hiện rõ ngay trong vụ đầu, giảm được công vận chuyển nhưng giá thành cao do phải thông qua chế biến. Đặc điểm sử dụng: Người ta tưới nước vào vôi sau khi nung để chuyển thành vôi bột sau đó mới dùng để bón ruộng. Trên đất lúa có thể dùng vôi nung cục cho vào ruộng, sau một thời gian cho vôi tả ra, rồi cầy bừa. Làm như vậy đỡ tốn công, gốc dạ chóng phân hủy nhưng khó đảm bảo đồng đều trên mặt ruộng. Thạch cao Thạch cao có thể khai thác trong tự nhiên hay là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất super lân kép. Công thức hóa học: CaSO4.2H2O. Thành phần: Chứa 32–56% CaO và 18% S. Tính chất: Ist tan trong nước. Đặc điểm sử dụng: Cần nghiền nhỏ thành bột, là nguyên liệu cải tạo đất mặn kiềm tốt. 2.4. PHÂN HỮU CƠ VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG 2.4.1. KHÁI NIỆM PHÂN HỮU CƠ Phân hữu cơ bao gồm tất cả các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ, như các loại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng được dùng để bón ruộng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 61Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên 2.4.2. THÀNH PHẦN CỦA PHÂN HỮU CƠ Trong phân hữu cơ thường chứa hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đối với cây, từ đa lượng, trung đến vi lượng, nhưng với hàm lượng rất thấp và thường ở dưới dạng hữu cơ. Các chất hữu cơ này rất phức tạp và đa dạng gồm: hemixenlulo, xenlulo, lignin, chất béo, chất sáp... và chúng có thể xếp thành các nhóm hợp chất: đạm hữu cơ, hydratcacbon, lưu huỳnh hữu cơ, lân hữu cơ... Ngoài ra trong thành phần của một số phân hữu cơ như: phân bắc, phân gia súc, nước phân, nước giải gia súc có lượng đáng kể urê, axit urêic, các muối (axetat, cácbonat, oxalat, phosphat, sulphat), một số chất kích thích sinh trưởng, các chất kháng sinh và nhiều loại VSV. Do vậy, các nhóm phân này còn được gọi là phân hữu cơ có hoạt tính sinh học cao. 2.4.3. TÍNH CHẤT CỦA PHÂN HỮU CƠ Phân hữu cơ có đặc điểm chung, là hỗn hợp của những hợp chất hữu cơ không tan trong nước, thường có phản ứng trung tính hay kiềm yếu. Có tác dụng cải tạo đất khá toàn diện, bền và kéo dài qua nhiều vụ nhưng cần phải bón với lượng lớn mới có tác dụng rõ (vài tấn đến vài chục tấn).

Nếu xét về mặt dinh dưỡng có thể coi phân hữu cơ là các phân đa yếu tố, nhưng có tỷ lệ rất thấp và khó tiêu đối với cây trồng (trừ nguyên tố kali thường có tỷ lệ tương đối cao hơn so với các nguyên tố khác, lại ở dạng dễ tiêu đối với cây). Để đảm bảo cung cấp lượng dinh dưỡng cho cây trồng tùy thuộc vào loại phân hữu cơ, mà lượng bón thường phải cao gấp nhiều lần so với phân hóa học. Vì vậy, sử dụng phân hữu cơ có chi phí vận chuyển, bảo quản và bón rất lớn. Khi bón phân hữu cơ cần được bón phối hợp với phân hóa học để đảm bảo cung cấp dinh dưỡng kịp thời cho cây trồng đạt năng suất cao, phẩm chất tốt vì các chất dinh dưỡng có trong phân hữu cơ trở thành dễ tiêu đối với cây trồng nhanh hay chậm là tùy thuộc vào mức độ khoáng hóa của phân. Nếu chỉ bón phân hữu cơ khó có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng, đặc biệt là ở thời kỳ đầu sinh trưởng và các thời kỳ cây có nhu cầu dinh dưỡng cao. 2.4.4. PHƯƠNG PHÁP Ủ PHÂN HỮU CƠ 2.4.4.1. Sự cần thiết phải ủ phân hữu cơ trước khi bón Là biện pháp cần thiết trước khi đem phân chuồng ra bón ruộng. Bởi vì trong phân chuồng tươi còn có nhiều hạt cỏ dại, nhiều kén nhộng côn trùng, nhiều bào tử, nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn và tuyến trùng gây bệnh. Ủ phân vừa có tác dụng sử dụng nhiệt độ tương đối cao trong quá trình phân hủy chất hữu cơ để tiêu diệt hạt cỏ dại và mầm mống côn trùng, bệnh cây vừa thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ, đẩy nhanh quá trình khoáng hóa để khi bón vào đất phân hữu cơ có thể nhanh chóng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 62 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Mặt khác, trong phân tươi tỷ lệ C/N cao, là điều kiện thuận lợi cho các loài VSV phân hủy các chất hữu cơ ở các giai đoạn đầu hoạt động mạnh. Chúng sẽ sử dụng nhiều chất dinh dưỡng nên có khả năng tranh chấp chất dinh dưỡng với cây. Ủ phân làm cho trọng lượng phân chuồng có thể giảm xuống, nhưng chất lượng phân chuồng tăng lên. Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là loại phân hữu cơ được gọi là phân ủ, trong đó có mùn, một phần chất hữu cơ chưa phân hủy, muối khoáng, các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy, một số enzyme, chất kích thích và nhiều loài VSV hoại Trongsinh.điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta với ẩm độ cao, nắng nhiều, nhiệt độ tương đối cao, quá trình phân hủy các chất hữu cơ diễn ra tương đối nhanh… Sử dụng phân chuồng bán phân giải là tốt nhất, bởi vì ủ lâu phân sẽ mất nhiều đạm. Chất lượng và khối lượng phân ủ thay đổi nhiều tùy thuộc vào thời gian và phương pháp ủ phân. Thời gian và phương pháp ủ phân ảnh hưởng đến thành phần và hoạt động của tập đoàn VSV phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ thành mùn, qua đó mà ảnh hưởng đến chất lượng và khối lượng phân ủ. Để đảm bảo cho các quá trình hoạt động của VSV được tiến hành thuận lợi, nơi ủ phân phải có nền không thấm nước, cao ráo, tránh ứ đọng nước mưa. Đống phân ủ phải có mái che mưa và để tránh mất đạm. Cạnh nơi ủ phân cần có hố để chứa nước từ đống phân chảy ra. Dùng nước phân ở hố này tưới lại đống phân để giữ độ ẩm cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho tập đoàn VSV hoạt động mạnh. 2.4.4.2. Các phương pháp ủ phân hữu cơ Trong thực tế, có 3 phương pháp ủ phân thường gặp là: Phương pháp ủ nóng (ủ xốp) Phân được xếp thành từng lớp ở nơi có nền không thấm nước, nhưng không được nén. Sau đó tưới nước phân lên, giữ độ ẩm trong đống phân 60–70%. Có thể trộn thêm 1% vôi bột (tính theo khối lượng) trong trường hợp phân có nhiều chất độn. Trộn thêm 1–2% super lân để giữ đạm. Sau đó trát bùn bao phủ bên ngoài đống phân. Hàng ngày tưới nước phân lên đống phân. Sau 4–6 ngày, nhiệt độ trong đống phân có thể lên đến 60 oC. Các loài VSV phân giải chất hữu cơ phát triển nhanh và mạnh. Các loài VSV hảo khí chiếm ưu thế. Do tập đoàn VSV hoạt động mạnh cho nên nhiệt độ trong đống phân tăng nhanh và đạt mức cao. Để đảm bảo cho các loài VSV hảo khí hoạt động tốt cần giữ cho đống phân tơi, xốp, Phươngthoáng. pháp ủ nóng phân được phân giải trong điều kiện thoáng khí, tạo điều kiện cho tập đoàn VSV có trong phân hoạt động rất mạnh, làm nhiệt độ của đống phân tăng cao (60–70oC), phân nhanh hoai mục, có tác dụng tốt trong việc tiêu diệt các hạt cỏ dại, loại trừ các mầm mống sâu bệnh. Thời gian ủ tương đối ngắn, chỉ 30–40 ngày là ủ xong, phân ủ có thể đem sử dụng. Tuy vậy, phương pháp này có nhược điểm là để mất nhiều đạm và dinh dưỡng, nước phân chảy ra.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 63Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Các đối tượng cần phải ủ theo phương pháp này là: phân có nguồn bệnh, hạt cỏ dại, nguồn gây ô nhiễm môi trường, phân có nhiều chất độn với tỷ lệ C/N cao khó phân giải và trường hợp cần có phân nhanh hoai mục để sử dụng. Phương pháp ủ nguội (ủ chặt) Phân được xếp thành lớp và nén chặt. Trên mỗi lớp phân rắc 2% phân lân. Sau đó ủ đất bột hoặc đất bùn khô đập nhỏ, rồi nén chặt. Thường đống phân được xếp với chiều rộng 2–3 m, chiều dài tùy thuộc vào chiều dài nền đất. Các lớp phân được xếp lần lượt cho đến độ cao 1,5–2,0 m. Sau đó trát bùn phủ bên ngoài. Do bị nén chặt cho nên bên trong đống phân thiếu oxy, môi trưởng trở lên yếm khí, khí cacbonic trong đống phân tăng. Vi sinh vật hoạt động chậm, bởi vậy nhiệt độ trong đống phân không tăng cao và chỉ ở mức 30–35oC. Đạm trong đống phân chủ yếu ở dạng amôn cacbonat, là dạng khó phân hủy thành amoniac, nên lượng đạm bị mất giảm đi Phânnhiều.được phân giải trong điều kiện yếm khí, hoạt động của VSV bị ức chế nên làm phân bị phân giải chậm, thời gian ủ phân phải kéo dài 5–6 tháng phân ủ mới dùng được, nhưng phân có chất lượng tốt hơn ủ nóng. Tuy nhiên, phương pháp này có ưu điểm ít làm mất đạm của phân (thường mất không quá 11%). Các đối tượng cần ủ phân theo phương pháp này là: Khi có điều kiện cất trữ phân lâu, các phân hữu cơ không có mầm bệnh và hạt cỏ dại. Phương pháp ủ hỗn hợp (ủ nóng trước, ủ nguội sau) Phân được xếp thành lớp không nén chặt ngay, để như vậy cho VSV hoạt động mạnh trong 5–6 ngày. Khi nhiệt độ đạt 50–60oC tiến hành nén chặt để chuyển đống phân sang trạng thái yếm khí. Sau khi nén chặt lại xếp lớp phân khác lên, không nén chặt. Để 5–6 ngày cho VSV hoạt động, khi đạt đến nhiệt độ 50–60oC lại nén chặt, cứ như vậy cho đến khi đạt được độ cao cần thiết thì trát bùn phủ xung quanh đống phân. Quá trình chuyển hóa trong đống phân diễn ra như sau: ủ nóng cho phân bắt đầu ngấu, sau đó chuyển sang ủ nguội bằng cách nén chặt lớp phân để giữ cho đạm không bị mất. Ủ phân theo cách này có thể rút ngắn được thời gian so với cách ủ nguội, nhưng phải có thời gian dài hơn cách ủ nóng. Tùy theo thời gian có nhu cầu sử dụng phân mà áp dụng phương pháp ủ phân thích hợp để vừa đảm bảo có phân dùng đúng lúc, vừa đảm bảo được chất lượng phân. Phân được phân giải trong điều kiện vừa yếm khí vừa thoáng khí nên phân được phân giải khá nhanh, có thể được sử dụng sớm hơn so với ủ nguội, lại diệt được mầm bệnh, làm mất sức nẩy mầm của hạt cỏ, hạn chế mất đạm tốt hơn so với ủ nóng. Trong điều kiện thông thường nên áp dụng phương pháp ủ này. 2.4.4.3. Quá trình phân giải các chất trong quá trình ủ phân Quá trình khoáng hóa Các hợp chất hữu cơ chứa trong phân hữu cơ có mức độ phân giải khác nhau, xếp theo tốc độ phân giải được chia thành 5 nhóm:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 64 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp 1. Đường, tinh bột, protein đơn giản. 2. Protein phức tạp. 3. Hemixenlulo. 4. Xenlulo. 5. Lignin, chất béo, chất sáp. Các chất thuộc nhóm 1 và 2 sẽ được phân giải nhanh để cung cấp năng lượng cho VSV sinh sản và tổng hợp chất có N mới. Các chất hemixenlulo và xenlulo được phân giải dần và mất đi. Lignin rất khó phân giải tồn tại trong nhân mùn. Trong quá trình phân giải phân hữu cơ, các chất hữu cơ có N mới được hình thành, các chất khoáng được giải phóng và lignin tăng lên một cách tương đối do phân hữu cơ bị mất dần khối lượng so với lúc mới bón phân vào đất. Quá trình khoáng hóa của từng loại hợp chất có trong phân hữu cơ như sau: Các hợp chất hydratcacbon: Gluxit trong phân hữu cơ phân giải trong hai trường hợp yếm khí và hảo khí. Nếu trong điều kiện hảo khí phân giải thành CO2 và H2O, còn trong điều kiện yếm khí sản phẩm tạo thành bao gồm axit hữu cơ, rượu, CO2, H2, CH4. Loại monosaccarit chủ yếu gồm pento và hexo: Pento (C5H10O5): là thành phần chủ yếu của những chất gọi là pentozan, có nhiều trong rơm rạ (30%). C5H10O5 + 5O2 → 5CO2↑ + 5H2O Trong điều kiện yếm khí: C5H10O5 + H2O → 3CO2↑ + 2CH4↑ + H2 ↑ Hexo (C6H12O6): có nhiều trong tế bào thực vật. Trong điều kiện hảo khí: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2↑ + 6H2O Trong điều kiện yếm khí: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 C6H12O6 → C4H8O2 + 2CO2 + 2H2 C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4 Rượu etylic tiếp tục phân giải thành các axit hữu cơ: 2CH3CH2OH + O2 = CH3COOH + H2O Những loại axit hữu cơ đều phân giải đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O: HOOC – COOH + O2 = 2CO2↑ + H2O C6H5 – COOH + O2 = 2CO2↑ + H2O HOOC – CH=CH – COOH + 3O2 = 4CO2↑+ H2O Loại disaccarit (saccaroza, matoza…) trong khi ủ bị thủy phân ra các loại monosaccarit và cũng bị biến hóa như trên: C12H22O11 + H2O = C6H12O6 + C6H12O6 Loại polisaccarit (C6H10O5)n gồm có tinh bột và xenluloza, lignin, hemixenlulo. Tinh bột phân giải rất nhanh chóng qua hiện tượng thủy phân thành dectran, thành maltoza và glucoza:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 65Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên (C6H10O5 )n + (n-1)H2O = C12H22O11 + C6H12O6 (matoza) C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6 (glucoza) Xenluloza tương đối dễ phân hủy hơn, quá trình phân giải trải qua nhiều giai đoạn, tạo nhiều sản phẩm trung gian, sinh ra nhiều loại chất hữu cơ nhưng cuối cùng cũng là CO2, CH4 và H2O: C5H10O5 + 6 O2 → 6CO2↑ + 5H2O (hảo khí) C5H10O5 + 5 H2O → 3CO2↑ + 3CH4 (yếm khí) Trong điều kiện yếm khí chúng chuyển hóa thành các khí metan và cacbonic: (C6H10O5)n + nH2O → n(3CH4 + 3CO2) Trong điều kiện hảo khí chúng phân giải và giải phóng CO2, H2O và năng lượng: (C6H10O5)n + nH2O + nO2 → n(6CO2 + 6 H2O) + Q Các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ: Trong điều kiện hảo khí tạo thành sulphat (SO42-) cung cấp dinh dưỡng cho cây, còn trong điều kiện yếm khí thì tạo thành H2S gây mùi khó chịu. Các hợp chất chứa nitơ: Các hợp chất chứa nitơ thường cũng bị phân giải phức tạp theo sơ đồ chung sau: Prôtêin axit amin NH3 (NH4)2CO3 NO2 + H2O +Q NO3 + Q NH2O=C + H2O → (NH4)2CO3 (NHNH24)2CO3 → CO2 + NH3 + H2O Quá trình này thường là quá trình amon hóa. Trong quá trình ủ phân chuồng nếu có đầy đủ ôxy (không ủ kín) các vi khuẩn nitrat có điều kiện hoạt động mạnh xúc tiến quá trình nitrat hóa NH3: NH3 + 3O2 → 2HNO3 + 2H2O + 158 calo HNO2 + O2 → HNO3 + 48 calo Nhưng nếu thiếu ôxy lại xảy ra quá trình phản nitrat hóa giải phóng ra nitơ tự do. Các hợp chất chứa P: Do ảnh hưởng của VSV các chất nucleoprotit, phitin, photphatit chuyển hóa thành H3PO4, chất này ngay khi sinh ra tác dụng ngay với các muối, các bazơ tạo thành hợp chất photpho khó tan. Chất béo: Trong quá trình ủ, những chất béo bị phân giải thành glycerin và axit béo: CH2O OCR1 CH2OH R1 COOH CHO OCR2 + 3H2O → CH OH + R2 COOH CH2O OCR3 CH2OH R3 COOH Các loại axit béo hình thành sẽ phân giải nhanh thành CO2 và H2O như các loại axit hữu cơ Glyxerinkhác. cũng phân giải ra thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Các hợp chất lân hữu cơ: Trong điều kiện hảo khí tạo thành photphat là nguồn dinh dưỡng cho cây, còn trong điều kiện yếm khí thì tạo thành chất khí H3P. H2O H2O H2CO3

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

66 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Quá trình mùn hóa và hệ số mùn hóa của phân hữu cơ Quá trình mùn hóa của phân hữu cơ: là quá trình phân giải, chuyển hóa phân hữu cơ thành mùn. Đầu tiên các phân hữu cơ được chuyển dần thành mùn thô (các chất hữu cơ đơn giản), sau vài năm hình thành mùn ổn định và mất dần khối lượng so với ban đầu (chỉ còn một phần nhỏ là mùn). Việc mất dần khối lượng trong quá trình mùn hóa này có tác dụng cải tạo tính chất vật lý đất. Trong số các phân hữu cơ phổ biến thì phân chuồng có khả năng tạo mùn tốt nhất. Hệ số mùn hoá: là lượng mùn hình thành được khi vùi 1 tấn nguyên liệu hữu cơ khô. Hệ số mùn hóa phụ thuộc vào thành phần và bản chất của chất hữu cơ mà không phụ thuộc vào điều kiện sinh thái, nó mang tính kinh nghiệm và tương đối. Trong thực tế người ta còn tính hệ số mùn hóa của nguyên liệu hữu cơ quy ra “tươi”. (phân chuồng có hệ số mùn hóa là 0,1).

2.4.5. PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN PHÂN CHUỒNG ĐỂ LẤY KHÍ ĐỐT Là phương pháp bảo quản, chế biến phân chuồng trong điều kiện yếm khí hoàn toàn để đảm bảo không mất đạm, đồng thời thu được hỗn hợp khí bốc ra (CH4 chiếm 60%) và hỗn hợp khí này có thể sử dụng làm chất đốt. Bằng phương pháp này 1 tấn phân chuồng, có thể sản xuất được 200 lít khí đốt, và 1 đầu trâu bò lớn trong một năm có thể sản xuất từ 1.800–2.000 lít. Quá trình này xảy ra hoàn toàn do sự tác động của VSV yếm khí Metanobacterium omelianski. Vì vậy, loại khí đốt được tạo thành từ phương pháp ủ phân chuồng này gọi là khí sinh học (biogas). Một số điều kiện của phương pháp bảo quản phân chuồng theo phương pháp này là: Phải đảm bảo hoàn toàn yếm khí, nhiệt độ luôn luôn ổn định ở khoảng 30oC, đủ dinh dưỡng khoáng cho VSV hoạt động, môi trường phải trung hòa hoặc hơi kiềm. Phân chuồng được bảo quản theo phương pháp này sẽ bị mất rất ít đạm, 25–30% đạm trong phân chuồng chuyển qua đạm dễ tiêu, tỷ lệ đạm amoniac có khi lên tới 45% tổng số đạm. Khi đưa phân ra sử dụng cần chú ý vùi phân để tránh mất đạm.

2.4.6. CÁC LOẠI PHÂN HỮU CƠ 2.4.6.1. Phân chuồng Là loại phân do gia súc thải ra. Trung bình mỗi đầu gia súc nuôi nhốt trong chuồng, sau mỗi năm có thể cung cấp một lượng phân chuồng (kể cả độn) như sau: Lợn 1,8–2,0 tấn/con/năm. Dê 0,8–0,9 tấn/con/năm. Bảng 2.3. Hệ số mùn hóa của một số nguyên liệu hữu Nguyêncơ liệu hữu cơ Hệ mùnsốhoá - Phân chuồng hoai mục 0,3–0,5 - Phân chuồng nhiều rơm rác 0,1–0,4 - Phân ủ đô thị 0,25 - Rễ cây ngũ cốc 0,15 - Phân xanh 0,2–0,3 - Phụ phế phẩm công nghiệp thực phẩm 0,15–0,2

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 67Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Trâu bò 8,0 – 9,0 tấn/con/năm. Ngựa 6,0–7,0 tấn/con/năm. Chất lượng và giá trị của phân chuồng phụ thuộc rất nhiều vào cách chăm sóc, nuôi dưỡng, chất liệu độn chuồng và cách ủ phân. 2.4.6.2. Phân bắc, nước giải Phân bắc là những sản phẩm thừa được bài tiết ra trong quá trình tiêu hóa, trong đó khoảng 65–85% là nước và 15–35% là chất khô chủ yếu là muối ở dạng silicat, photphat, clorua, canxi, kali, natri... Thành phần và tính chất:

• Khi trong phân có nhiều protein thì sẽ phân giải thành aminoaxit và NH3, vì vậy phân chuồng có phản ứng trung tính và kiềm yếu. Nếu trong phân có nhiều đường và xenlulo khi phân giải có nhiều axit hữu cơ nên có tính chua.

để lại từ 60–200 kg N/ha cho cây trồng khác. Vai trò của phân xanh: • Tác dụng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng ngay vụ từ đầu. • Phân xanh là biện pháp tổng hợp

• Phân bắc nói chung có phản ứng trung tính nhưng cũng có khi có phản ứng kiềm hoặc chua tùy theo thức ăn của người.

• Phân bắc có màu vàng là do chất đạm hồng tố (bilirubin – C16H18N2O3) của mật bài tiết ra, khử oxy đi mà thành ra đạm hồng tố thủy hóa (C32H40N2O7). Mùi hôi thối là do axit caproic, H2S, NH3 và axit béo lên men, indol scatol.

• Tác dụng bảo vệ đất chống xói mòn, rửa trôi chất dinh dưỡng và giữ nước cho đất, chống cỏ dại phát triển.

• Tác dụng cung cấp thức ăn cho gia súc và giải quyết chất đốt. 2.4.6.4. Phân gia cầm Là sản phẩm bài tiết của các loại gia cầm (gà, vịt, ngan, ngỗng)..... Là loại phân hữu cơ có tương đối nhiều dinh dưỡng bao gồm cả các chất dinh dưỡng đa lượng (N, P, K), trung

• Trong nước giải có khoảng 5% chất khô, 95% là nước bao gồm rất nhiều chất như ure, axit uric, axit fuafuric, purin, lơxin... và một ít oxalat, các muối khoáng như NaCl, photphatnatri, photphatkali, sunphatkali và cloruakali, ngoài ra còn một số chất kích thích sinh trưởng và các nguyên tố vi lượng. 2.4.6.3. Phân xanh Phân xanh còn là biện pháp sản xuất đạm sinh học nhờ cây bộ đậu (có các VSV cộng sinh ở rễ nên có khả năng cố định N khí quyển) với việc sử dụng 40–60 kg P2O5 và K2O cho 1 ha để sản xuất ra lượng N đủ để cung cấp cho chính bản thân cây bộ đậu, đồng thời còn cải tạo đất nhanh và hiệu quả.

• Tác dụng cải tạo đất mặn của cây phân xanh.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 68 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp lượng (Ca, Mg, S...). Tỷ lệ các chất dinh dưỡng này thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào số lượng, chất lượng thức ăn và loại gia cầm. Phân có thể bón lót và thúc, bón phân tươi hay sau khi chế biến đều được. Phân sử dụng tốt nhất cho các loại rau, khoai tây, cây lấy củ, chăn nuôi, cây ăn quả dạng quả mọng. 2.4.6.5. Phân rác Phân rác có hàm lượng các chất dinh dưỡng gần giống với phân chuồng, có tỷ lệ các chất có thể: N 0,6–0,7%; P2O5 0,5-0,6%; K2O 0,6–0,8%. Khả năng phân giải của phân ở trong đất phụ thuộc vào thành phần các chất có trong phân (phân rác nhà bếp dễ phân giải hơn phân rác có nhiều giấy, túi nilon...). Trong sản xuất phân rác cần chú ý: Phân loại nguyên liệu ủ, kích thước nguyên liệu, tỷ lệ C/N, việc bổ sung chất dinh dưỡng, điều kiện để VSV hoạt động (độ ẩm, độ thông thoáng).Phân rác ủ thường là loại phân khó tiêu với cây trồng hơn là các loại phân hữu cơ khác, cho nên loại phân này nên được bón lót sớm và khi ủ nên đảo kỹ, phân rác thường được sử dụng trong trồng rau. 2.4.7. CÁC QUÁ TRÌNH XẢY RA KHI BÓN PHÂN HỮU CƠ 2.4.7.1. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra các khí nhà kính Trong phân hữu cơ có các hợp chất chứa đạm, các hợp chất chứa P, các hợp chất chứa S (có các hợp chất đồng thời chứa cả N-P và S như các protein) và các hợp chất hydrat cacbon. Các hợp chất có đạm bị thủy phân thành các axit amin đơn giản: R–CO-NH2-CH2COOH + HOH → R-COOH + CH2NH2COOH Axit amin đơn giản bị phân hủy giải phóng ra NH3 cả trong điều kiện hảo khí (đầy đủ oxy): NH2CH2COOH + O2 → HCOOH + CO2 + NH3 cả trong điều kiện khử: NH2CH2COOH + H2 → CH3COOH + NH3 hoặc bị thủy phân: NH2CH2COOH + HOH → CH2OH-COOH + NH3 Trong môi trường axit, NH3 trung hòa H2CO3 (H2O + CO2) tạo thành (NH4)2CO3 nên giai đoạn đầu tiên này được gọi là giai đoạn amôn hóa. NH3 + H2CO3 → (NH4)2CO3 Trong môi trường kiềm: 2NH3 + OH- + H2O  2NH4OH NH3 được hình thành nếu gặp điều kiện háo khí (giàu oxy) sẽ oxy hóa thành nitrat qua 2 bước: NH3 + 3O2 → 2NO2 + 2H2O + 4H+ + Q (Kcal) 2NO2 + O2 → 2NO2 + Q (Kcal) Nếu trong môi trường có một số kim loại thì NH3 làm tác nhân tạo phức bền:

quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất, một sản phẩm bền khó phân bị phân hủy như polysaccarit sẽ làm nhân để hình thành chất mùn trong đất (bao gồm chủ yếu là axit funvic và axit humic). Trong thực tế sản xuất nông nghiệp, việc chuyển tải chất hữu cơ sang mùn (với tiêu chuẩn C/N = 12) là một quá trình phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian để chịu tác động của tự nhiên và của VSV. Trong các loại phân hữu cơ, thời gian gần đây người ta còn sử dụng một lượng lớn rác thải đô thị, chất thải hữu cơ từ công nghiệp mía, giấy... Những loại phân này có thành phần phụ rất phức tạp, trong đó có cả các chất độc hại như phenol, lignin, axit nhựa, các kim loại nặng (Pb, Cd, Ni, Hg, Cr...). Chính vì vậy sử dụng loại phân này cần kiểm soát chặt chẽ chất lượng. 2.4.7.2. Sự biến đổi của phân bắc và nước giải Do tác dụng của các men, vi trùng có sẵn trong phân và nước giải làm cho phân và nước giải có sự chuyển hóa như sau:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 69Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Ni2+ + 4NH3 ↔ [Ni(NH3)4]2+ Cd2+ + 4NH3 ↔ [Cd(NH3)4]2+ Trong quá trình phân giải các chất có đạm trong phân hữu cơ có thể làm ô nhiễm khí quyển bằng NH3 (mùi khai) và ô nhiễm nguồn nước bằng cả NH3 và NO3 Các hợp chất hydrat cac bon biến hóa như sau: • Trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành CH4 và CO2: (C6H10O5)n + nH2O → n(3CH4 + 3CO2) Các chất khí này khi đi vào khí quyển, góp phần làm ô nhiễm môi trường là CH4.

• Trong điều kiện yếm khí sẽ hình thành SH2 bốc mùi khó chịu và cho các muối sulfua, làm giảm độ hòa tan của các kim loại nặng; Các hợp chất hữu cơ có lân (kể cả protein) cũng cho các sản phẩm khác nhau tùy theo điều kiện phân giải:

• Trong điều kiện háo khí sẽ hình thành các gốc SO42- cho các muối sulfat;

• Trong điều kiện háo khí sẽ tạo thành CO2 và H2O và năng lượng (làm đống phân nóng lên tiêu diệt nguồn bệnh): (C6H10O5)n + nH2O + 6nO2 → n(6CO2 + 6H2O) Các hợp chất hydrat cacbon phân giải trong điều kiện yếm khí sẽ sản xuất ra nhiều khí nhà kính (CH4 và CO2) hơn. Việc ủ biogas có mặt tích cực là giảm được lượng CH4 trong khí quyển. Các hợp chất hữu cơ có S (kể cả protein) sẽ cho các sản phẩm:

• Trong điều kiện yếm khí sẽ dễ bốc hơi PH3. Chất hữu cơ phân giải trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành mùn chua (vì có nhiều axit hữu cơ) bốc mùi hôi khó chịu của H2S, NH3, tăng khí nhà kính (CH4). Đây cũng là hiện tượng thường thấy ở cơ sở chăn nuôi nếu phân gia súc không được chế biến thíchTronghợp.

• Trong điều kiện hảo khí sẽ hình thành các gốc PO43- và tạo thành các muối phosphat;

Phân bón vi sinh dựa vào các chủng VSV sẽ phân giải các chất hữu cơ trong bùn, phế thải, rác thải, phế phẩm công nông nghiệp,…. tạo ra sinh khối. Sinh khối này rất tốt cho cây cũng như cho đất, giúp cải tạo làm đất tơi xốp. Phân bón vi sinh do hai nhà khoa học F. Nobbe và L. Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1893 và được đặt tên là Nitragin. Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914). Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizolium do Beijerink phân lập năm 1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp họ đậu. Từ đó cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm ứng dụng và mở rộng việc sản xuất các loại phân bón vi sinh cố định nitơ mà thành phần còn được phối hợp thêm một số VSV có ích khác như một số xạ khuẩn cố định nitơ sống tự do Frankia spp, Azotobacter spp, các

Trong số đó, quan trọng là các nhóm VSV cố định đạm, hòa tan lân, phân giải chất hữu cơ, kích thích sinh trưởng cây trồng, v.v.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 70 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp • Đạm albumin phân giải thành amit rồi thành NH3. • Hydrat cacbon (gluxit) lên men rồi chuyển hóa thành acid lactic, axit butyric hoặc ôxy hóa thành H2CO3, CH3COOH hoặc thành CH4. • Tinh bột và xenlulo chuyển hóa thành axit hữu cơ, CO2, H2O, CH4 • Axit hypuric chuyển thành axit benzoic và amino-axit, rồi amino-axit lại bị ôxy hóa thành amoni cacbonat: C9H9NO3 + H2O → C6H5COOH + NH2CH2COOH 2NH2CH2COOH + 5O2 → 3CO2 + H2O + (NH4)2CO3 • Axit uric chuyển hóa thành urê, rồi thành aminocabonat: C5H4O3N4 + H2O + 3[O] → 2CO(NH2)2 + 3CO2 CO(NH2)2 + H2O → (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 → CO2 + H2O + NH3 Quá trình chuyển hóa của phân bắc khá nhanh chóng: nếu trời nóng chỉ khoảng 1 tuần, trời lạnh khoảng 2–3 tuần. 2.5. PHÂN VI SINH 2.5.1. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ Vi sinh vật (VSV) là một thành phần của hệ thống sinh học đất. Cùng với chất hữu cơ, VSV sống trong đất, nước và vùng rễ cây có vai trò quan trọng trong các mối quan hệ giữa cây và đất trồng. Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của VSV (quá trình mùn hóa, khoáng hóa hợp chất chất hữu cơ, quá trình phân giải hoặc cố định hợp chất vô cơ v.v...). VSV là một yếu tố sinh học có ý nghĩa của hệ thống dinh dưỡng cây trồng. Phân vi sinh là những chế phẩm trong đó có chứa các loài VSV có ích. Có nhiều nhóm VSV có ích bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn được sử dụng để làm phân bón.

2.5.2.2.

• Azotobacterin chứa vi khuẩn hút đạm tự do.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 71Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên vi khuẩn cố định nitơ sống tự do clostridium, pasterium, Beijerinkia Indica, các xạ khuẩn có khả năng giải cellulose, hoặc một số chủng VSV có khả năng chuyển hóa các nguồn dự trữ phospho và kali ở dạng khó hòa tan với số lượng lớn có trong đất mùn, than bùn, trong các quặng apatit, phosphoric v.v... chuyển chúng thành dạng dễ hòa tan, cây trồng có thể hấp thụ được. Ở Việt Nam, phân VSV cố định đạm cây họ đậu và phân VSV phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960. Đến năm 1987, phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện. Từ đó đến nay, các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng VSV để bổ sung vào phân bón. Dùng phân vi sinh có thể thay thế được từ 50–100% lượng phân đạm hóa học (tùy từng loại cây trồng bón phân vi sinh có thể tiết kiệm được nhiều chi phí do giá phân hạ, giảm lượng phân bón, giảm số lần phun và lượng thuốc BVTV)… Do bón vi sinh nên sản phẩm rất an toàn, lượng nitrat giảm đáng kể, đất không bị ô nhiễm, khả năng giữ ẩm tốt hơn, tăng cường khả năng cải tạo đất do các hệ sinh vật có ích hoạt động mạnh làm cho đất tơi xốp hơn, cây dễ hút thu dinh dưỡng hơn. 2.5.2. CÁC LOẠI PHÂN VI SINH 2.5.2.1. Phân bón VSV cố định đạm (N) Hiện nay, có nhiều loại phân bón chứa các chủng vi sinh khác nhau dành cho các loại cây khác nhau. Dành cho cây họ đậu, thường dùng VSV cố định nitơ cộng sinh bao gồm Rhizobium, Bradyrhizobium, Frankia; cây lúa, sử dụng VSV cố định nitơ hội sinh như Spirillum, Azospirillum. Các loại cây trồng khác, sử dụng VSV cố định nitơ tự do như Azotobacter, Clostridium. Trên thị trường phân bón nước ta hiện nay phân VSV cố định đạm được bán dưới các tên thương phẩm sau đây:

• Phân Nitragin chứa vi khuẩn nốt sần cây đậu tương.

• Azozin chứa vi khuẩn hút đạm từ không khí sống trong ruộng lúa. Loại phân này có thể trộn với hạt giống lúa. Phân bón vi sinh phân giải lân Loại phân này chứa VSV có khả năng tiết ra các hợp chất hòa tan các hợp chất phostpho vô cơ khó tan trong đất (lân khó tiêu) thành dạng hòa tan (lân dễ tiêu) mà cây trồng, VSV có thể sử dụng được. Một số loài VSV sống cộng sinh trên rễ cây có khả năng hút lân để cung cấp cho cây. Trong số này, đáng kể là loài VA mycorrhiza. Loài này có thể hòa tan phosphat sắt trong đất để cung cấp lân cho cây. Ngoài ra loài này còn có khả năng huy động các nguyên tố Cu, Zn, Fe… cho cây trồng. Nhiều nơi người ta sử dụng VA mycorrhiza đã làm tăng năng

• Phân Rhidafo chứa vi khuẩn nốt sần cây lạc.

2.5.2.7. Phân bón vi sinh phân giải hợp chất hữu cơ (phân giải xenlulo) Phân bón có chứa VSV tiết ra các enzyme có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ như: xenlulo, hemixenlulo, lighin, kitin... Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus.

2.5.2.8. Phân bón vi sinh kích thích sinh trưởng thực vật Phân có chứa VSV tiết ra các hocmoon sinh trưởng thực vật thuộc nhóm: IAA, Auxin, Giberrillin... vào môi trường. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Azotobacter

2.5.2.3. Phân bón vi sinh phân giải silicat Phân bón có chứa VSV tiết ra các hợp chất có khả năng hòa tan các khoáng vật chứa silicat trong đất, đá ... để giải phóng ion kali, ion silic vào môi trường. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Bacillus megaterium var. phosphaticum, Bacillus subtilis, Bacillus circulans, Bacillus mucilaginous, Pseudomonas striata.

2.5.2.6. Phân bón vi sinh chất giữ ẩm polysacarit Là phân có chứa VSV tiết ra các polysacarit có tác dụng tăng cường liên kết các hạt khoáng, sét, limon trong đất. Loại này có ích trong thời điểm khô hạn. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Lipomyces sp. Loại này chưa có sản phẩm thương mại tại Việt Nam.

2.5.2.4. Phân bón vi sinh tăng cường hấp thu phốt pho, kali, sắt, mangan cho thực vật Đây là loại phân có chứa VSV (chủ yếu là nhóm nấm rễ, vi khuẩn, xạ khuẩn....) trong quá trình sinh trưởng, phát triển, thông qua hệ sợi cũng như những thể dự trữ, có khả năng tăng cường hấp thu các ion khoáng của cây. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Arbuscular mycorrhiza, Ectomycorrhiza, Ericoid mycorrhizae, Rhizoctonia solani, Bacillus sp, Pseudomonas putida, P. fluorescens Chao và P. fluorescens Tabriz. Loại phân bón vi sinh này chưa được thương mại nhiều, vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 72 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp suất cam, chanh, táo, cà phê… Những năm gần đây, trên thị trường phân bón ở một số nước có bán chế phẩm Phospho – bacterin trong có chứa vi khuẩn giải phóng lân dễ tiêu từ các chất hữu cơ. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm: Bacillus megaterium, B. circulans, B. subtilis, B. polymyxa, B. sircalmous, Pseudomonas striata; Nấm: Penicillium sp, Aspergillus awamori.

2.5.2.5. Phân vi sinh ức chế VSV gây bệnh Phân bón chứa VSV tiết ra các hợp chất kháng sinh hoặc phức chất siderophore có tác dụng kìm hãm, ức chế nhóm VSV gây bệnh khác. Các chủng vi sinh được dùng bao gồm Bacillus sp., Enterobacter agglomerans, Pseudomonas sp., Lactobacillus sp.

• Cải tạo lý hóa tính và đặc tính sinh học của đất.

2.6. PHÂN

NÔNG SẢN 2.6.1. TỒN

nghiên

với năng suất thu

và hàm lượng nitrat trong nông

trong

động:

sự

• Tăng hiệu quả của phân bón hữu cơ.

Vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây gồm một nhóm nhiều loài VSV khác nhau, trong đó có vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn…vv. Nhóm này được các nhà khoa học phân lập ra từ tập đoàn VSV đất. Người ta sử dụng những chế phẩm gồm tập đoàn làm tăng khả năng nảy mầm của hạt, tăng trọng lượng hạt, thúc đẩy bộ rễ cây phát triển mạnh. Như vậy, chế phẩm này có tác động tương đối tổng hợp lên cây trồng. Để sản xuất chế phẩm VSV kích thích tăng trưởng của cây, người ta sử dụng công nghệ lên men VSV. Ở các nước phát triển người ta sử dụng các thiết bị lên men tự động, công suất lớn. Ở nước ta, đã dùng kỹ thuật lên men trên môi trường bán rắn để sản xuất chế phẩm này, bước đầu cho kết quả khá tốt. 2.5.2.9. Chế phẩm EM Những năm gần đây ở nước ta đang tiến hành khảo nghiệm chế phẩm EM của giáo sư người Nhật Teruo Higa. Chế phẩm này được đặt tên là VSV hữu hiệu (Effective microorganisms – EM). Đây là chế phẩm trộn lẫn một nhóm các loài VSV có ích trong đó có vi khuẩn axitlactic, một số nấm men, một số xạ khuẩn, vi khuẩn quang hợp, v.v.. Tại Hội nghị đánh giá kết quả sử dụng EM tại Thái Lan tháng 11/1989, các nhà khoa học đã đánh giá tác dụng tốt của EM như sau:

nhiều

VSV được chọn lọc để phun lên cây hoặc bón vào đất làm cho cây sinh trưởng và phát triển tốt, ít sâu bệnh, tăng năng suất. Chế phẩm này còn

giữa lượng đạm

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 73Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên chroococcum, Azotobacter vinelandii, Azotobacter bejerinckii, Pseudomonas fluorescens, Gibberella fujikuroi.

NITRAT TRONG

• Góp phần làm sạch môi trường. Chế phẩm EM còn được sử dụng trong chăn nuôi. Cho gia súc ăn, EM làm tăng hệ VSV trong đường ruột, làm tăng sức khoẻ, giảm mùi hôi của phân. EM còn được dùng để làm sạch môi trường nước nuôi thủy sản. BÓN VÀ PHẨM CHẤT DƯ NÔNG PHẨM tồn dư phẩm Các kết quả cứu đều cho thấy có liên quan bón hoạch phẩm. Việc tích lũy nitrat cây trồng do yếu tố tác

nitrat trong sản

• Cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, cho năng suất cao, phẩm chất nông sản tốt.

• Hạn chế sâu bệnh hại cây trồng.

• Làm giảm mầm mống sâu bệnh trong đất.

2.6.1.1. Các nguyên nhân gây

• Tích lũy NO3 trung bình (600–3.000 mg/kg trọng lượng tươi) gồm có súplơ, cà rốt, bí…

• Ở cà rốt, NO3 tập trung ở phần chóp củ, với bắp cải NO3 tập trung ở phần lõi và với củ cải thì NO3 tập trung ở phần rễ con.

• Tích lũy NO3 thấp (80–100 mg/kg trọng lượng tươi) gồm có đậu các loại, khoai tây, cà chua, hành tây, dưa, các loại trái cây…

■ Khả năng tích lũy nitrat trong nông phẩm còn phụ thuộc vào từng chủng loại cây trồng và từng bộ phận khác nhau của nông phẩm. Trong cây, các cơ quan khác nhau tích lũy nitrat khác nhau, hàm lượng nitrat ở rễ, thân, và cuống lá cao hơn ở trong phiến lá với tất cả các liều lượng phân đạm sử dụng. Một số cây trồng có khả năng tích lũy một lượng lớn NO3 trong suốt giai đoạn sinh trưởng mà không gây hại cho cây.

■ Sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật không đúng phương pháp cũng là yếu tố góp phần làm tăng lượng nitrat dư thừa trong nông phẩm.

■

■ Gieo trồng trên đất thịt nhẹ, đất cát pha thì dư lượng NO3 sẽ giảm.

■ Mật độ cây trồng cũng là yếu tố làm tăng hoặc giảm lượng nitrat trong cây. Khi trồng dày, lượng nitrat sẽ tăng lên do điều kiện chiếu sáng yếu. Khi tăng diện tích dinh dưỡng, tăng khoảng cách cây, khoảng cách hàng và giảm mật độ gieo trồng sẽ hạn chế tích tụ NO3 trong cây.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL

Lượng nitrat cũng tăng cao khi trời nắng và nhiệt độ cao. Nhưng trong điều kiện trời nắng và nhiệt độ thấp thì lượng tích lũy nitrat trong cây giảm đi rất nhiều. Nhiệt độ đất dao động quá lớn cũng gây trở ngại cho quá trình khử nitrat tại hệ rễ dẫn đến hàm lượng nitrat trong cây tăng lên. Nếu thời gian chiếu sáng trong ngày dài thì dư lượng nitrat trong cây sẽ giảm. Ngược lại thiếu ánh sáng và thời gian chiếu sáng ngắn dư lượng nitrat trong cây sẽ tăng lên. Độ ẩm thừa hoặc thiếu đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình trao đổi chất làm cho nitrat trong cây tăng lên.

• Tích lũy NO3 rất cao (5.000 mg/kg trọng lượng tươi) gồm có các loại cây trồng như xà lách, bó xôi, củ cải, cải bắp, hành ăn lá, xà lách xoong…

Nhiều nhà khoa học trên thế giới cho rằng có đến 20 yếu tố gây nên dư lượng nitrat tăng cao trong sản phẩm cây trồng, trong cây rau và môi trường xung quanh. Tuy nhiên, rất nhiều nghiên cứu đã khẳng định: Hàm lượng nitrat trong cây cao hay thấp chủ yếu là do bón phân đạm quá nhiều hoặc quá gần ngày thu hoạch, hay nói cách khác bón phân đạm cho cây là nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng nitrat trong cây. Một số nghiên cứu cũng cho thấy không có sự khác biệt về năng suất khi bón các dạng phân đạm, nhưng phân dạng nitrat làm tăng hàm lượng nitrat trong cây cao hơn so với phân dạng amôn. Các loại phân đạm khó hòa tan có thể làm giảm lượng nitrat so với các loại phân dễ hòa tan.

■ Tưới nước đầy đủ cho cây cũng làm giảm hàm lượng NO3 từ 2–8 lần.

■ Các cây trồng trong điều kiện bình thường có dư lượng NO3 thấp hơn cây trồng trong nhà kính từ 2–12 lần, nhất là các cây ăn lá.

Quá trình nấu chín thức ăn cũng làm giảm lượng nitrat từ 20–40%. Trước khi nấu rửa sạch và nấu bằng áp suất cao dư lượng NO3 giảm 3 lần.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 75Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Thời vụ và phương pháp bón phân cũng ảnh hưởng đến hàm lượng NO3 trong nông phẩm. Đối với rau, hàm lượng nitơ không nên vượt quá 20 mg/m2. 2.6.1.2. Phương pháp xác định tồn dư Nitrat trong nông phẩm Nhận biết bằng cảm quan: Khi quan sát bằng mắt thường, việc phát hiện nitrat trong sản phẩm rất khó khăn, chỉ mang tính cảm quan. Tuy nhiên, những dấu hiệu đặc trưng của rau có tồn dư nitrat cao thường gặp: • Với rau ăn lá, ăn thân: thân, lá có màu xanh đậm, xanh mướt, mập mạp, nhiều nước... • Với các loại rau củ: trái căng bóng mỡ, xanh mướt, bắt mắt, có kích thước bất thường và có thể có vết nứt dọc theo thân… Kiểm nghiệm hàm lượng nitrat: Để phát hiện chính xác tồn dư nitrit trong thực phẩm có thể dựa vào kết quả kiểm nghiệm bằng các thiết bị đo nitrat, tiêu chí này tại các phòng thí nghiệm ở các điểm kiểm nghiệm về an toàn thực phẩm. 2.6.1.3. Biện pháp hạn chế tồn dư nitrat trong sản phẩm Biện pháp hữu hiệu nhất hiện nay để giảm hàm lượng nitrat trong rau là áp dụng chế độ phân bón hợp lý đáp ứng đủ nhu cầu phát triển cho từng chủng loại rau. Bón phân đạm, lân và kali cân đối cũng như bón phân xanh và phân hữu cơ có thể làm giảm hàm lượng nitrat trong rau. Do đó, bón phân đối với các loại phân N, P, K là rất quan trọng, cho phép hạn chế dư lượng nitrat trong cây. Các nguyên tố vi lượng như B, Zn, Mn, Fe, Mo… cũng có tác dụng làm giảm lượng nitrat trong nông phẩm.

• Với những loại rau có thời gian sinh trưởng ngắn dưới 60 ngày, bón thúc 2 lần và chấm dứt bón thúc trước khi thu hoạch 10 ngày.

• Với các loại rau có thời gian sinh trưởng dài, có thể bón thúc 3–4 lần và chấm dứt bón thúc trước khi thu hoạch 12–15 ngày. Có thể sử dụng các loại phân bón lá và chất kích thích sinh trưởng từ khi rau mới bén rễ, có thể phun 3–4 lần tùy chủng loại rau và chấm dứt phun trước khi thu hoạch 7–10 ngày. Biện pháp hữu hiệu nhất hiện nay để giảm lượng nitrat tồn đọng trong nông phẩm là sử dụng một chế độ phân bón hợp lý cho từng chủng loại cây trồng. Khi thu hoạch cắt cách gốc nhiều thì dư lượng NO3 trong sản phẩm sẽ giảm, vì những loại muối độc hại có nhiều ở gốc cây. Phương pháp bảo quản chế biến cũng ảnh hưởng đến dư lượng NO3 trong sản phẩm. Khi chế biến rau quả, nhất là ăn tươi, thông thường nên loại bỏ những phần có khả năng tích lũy nhiều nitrat.

Bón thúc phân đạm cần chấm dứt trước khi thu hoạch ít nhất từ 20–30 ngày vì các loại rau quả cần dùng nhiều đạm khi phát triển lá, mầm và hình thành quả, sau khi hình thành các cơ quan sinh dưỡng, nhu cầu về đạm giảm đi rõ rệt. Như vậy, bón thúc phân đạm chỉ có hiệu quả cao trong thời gian sinh trưởng.

Tất cả các loại nguyên liệu này đều có một tỷ lệ nhất định các kim loại nặng, vì vậy sản phẩm phân bón các loại này chứa một lượng không nhỏ của chúng.

2.7.1. TÁC ĐỘNG

•

• Sử dụng nguồn nước thải của các khu công nghiệp bị ô nhiễm chứa kim loại nặng tưới cho cây trồng. Phân bón hóa học chủ yếu là phân N, P, K được sản xuất từ nguyên liệu chính là nguyên liệu khai mỏ (apatit, phosphorit, secpentin, suynvinit, acid sunphuric, pyrit sắt…).

• Đất trồng bị ô nhiễm.

•

• Sử dụng phân rác có chứa kim loại nặng.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 76 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp 2.6.2. TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG TRONG NÔNG PHẨM Các kim loại nặng như Asen (As), chì (Pb), thủy ngân (Hg), Cadimi (Cd)… khi chúng tồn dư vượt ngưỡng cho phép trong sản phẩm rau quả sẽ nguy hại sức khỏe cho người tiêu dùng và có thể dẫn đến gây ung thư. Nguyên nhân làm cho dư lượng các kim loại nặng trên rau quả cao chủ yếu do:

Trong các loại phân bón sử dụng khối lượng lớn trong nông nghiệp phải kể đến các loại phân hữu cơ bao gồm phân chuồng, phân bã, nước thải bã tự hoại, phân hữu cơ có nguồn gốc thực vật, phân rác chế biến có nguồn gốc rác thải và bùn cặn thải. Đại đa số các loại này có chứa nhất định hàm lượng kim loại nặng và do sử dụng với khối lượng lớn nên sự tích đọng là đáng kể, đặc biệt hai loại phân bón hữu cơ có chứa một lượng khá lớn kim loại nặng là phân rác và bùn cặn thải. Nếu sử dụng các loại phân này bón cho cây trồng với lượng nhiều sẽ dẫn đến tích lũy kim loại nặng trong sản phẩm. CÁC VSV CÓ HẠI TRONG NÔNG PHẨM Các VSV có hại như trứng giun, các vi khuẩn E.coli, Samonella… là các tác nhân gây bệnh đường ruột, thiếu máu, ngoài da cho con người. Nguyên nhân là do: Sử dụng phân hữu cơ chưa qua ủ hoai bón trực tiếp cho rau quả. Dùng phân tươi hoặc nguồn nước ô nhiễm tưới trực tiếp cho rau quả. Sau khi thu hoạch vận chuyển, bảo quản không hợp vệ sinh và đúng yêu cầu kỹ thuật.

2.6.3.

•

2.7. TÁC ĐỘNG CỦA PHÂN BÓN ĐẾN MÔI TRƯỜNG

TÍCH CỰC CỦA PHÂN BÓN ĐẾN MÔI TRƯỜNG Việc bón phân hợp lý cho cây trồng vừa nhằm đạt năng suất cây trồng cao thỏa đáng với chất lượng tốt, hiệu quả sản xuất cao, đồng thời để ổn định và bảo vệ được đất trồng trọt. Bên cạnh đó, bón phân còn có thể làm môi trường tốt hơn, cân đối hơn.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 77Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên 2.7.1.1. Tác động tích cực của phân vô cơ Phân vô cơ cung cấp các chất dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng, nâng cao độ phì nhiêu cho đất và có tác dụng cải tạo đất. Phân hóa học với liều lượng thích đáng có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của VSV đất vì nó có các nguyên tố N, P, K, Ca, vi lượng rất cần thiết cho VSV. Đặc biệt là khi bón phối hợp các loại phân vô cơ với phân hữu cơ sẽ làm tăng số lượng VSV lên từ 3–4 lần so với bón phân khoáng đơn thuần, đặc biệt là các vi khuẩn Azotobacter, vi khuẩn amôn hóa, nitrat hóa, phân giải xenluloza. Khi trong đất có nhiều phân hữu cơ thì việc bón các loại phân vô cơ có tác dụng kích thích hoạt động phân giải chất hữu cơ, tăng cường sự khoáng hóa chất hữu cơ có sẵn trong đất của vi sinh vật, chuyển độ phì tự nhiên của đất thành độ phì thực tế. Phân lân làm tăng cường độ phì một cách rõ rệt, đồng thời lại đảm bảo giữ cho đất khỏi bị hóa chua, vì hầu hết các loại phân lân thông thường đều có chứa một lượng canxiPhâncao. kali có tác dụng cải tạo hàm lượng kali cho đất và tăng cường hiệu quả của phân kali bón về sau. Bón vôi có tác dụng cải tạo hóa tính (cải tạo đất chua), lý tính, sinh tính, giúp cây có thể hút được nhiều dinh dưỡng từ đất, tạo môi trường pH thích hợp cho cây trồng hút thức ăn cũng như sinh trưởng và phát triển... Phân vô cơ tăng khả năng đệm của đất chống lại sự axit hóa. 2.7.1.2. Tác động tích cực của phân hữu cơ Bón phân hữu cơ là hình thức can thiệp tích cực của con người vào vòng tuần hoàn trong tự nhiên. Vì phần lớn các chất dinh dưỡng được cây trồng hút từ đất, phân bón và khí quyển (thông qua cây bộ đậu). Những sản phẩm của các cây trồng ấy được sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi và người. Sau đó lại bị thải một phần khá lớn ra ngoài theo phân chuồng, phân bắc, phân gia cầm... Vì vậy, cùng với việc bón phân khoáng, bón các loại phân hữu cơ cho cây trồng là trả lại đáng kể các chất mà cây trồng lấy đi từ đất, giảm việc sử dụng phân khoáng và khả năng hủy hoại đất. Các loại phân hữu cơ (phân chuồng, phân gia cầm, phân bắc, phân rác...) còn là các chất phế thải của các hoạt động sống của con người. Nếu các loại phân này không được xử lý một cách khoa học và hợp lý sẽ gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng chúng (phân hữu cơ) làm phân bón trong nông nghiệp, còn là biện pháp xử lý nguồn gây ô nhiễm môi trường rất hợp lý, hiệu quả đối với toàn xã hội. Phân hữu cơ về lâu dài có tác dụng làm cho đất có điều kiện tích lũy nhiều mùn, dinh dưỡng, nâng cao độ phì của đất, cải thiện tính chất lý, hóa sinh của đất trên cơ sở đó có thể tăng lượng phân hóa học để thâm canh đạt hiệu quả cao.

Phân hữu cơ là nguồn tạo mùn cho đất, dự trữ chất dinh dưỡng cung cấp từ từ cho cây trồng. Hàm lượng mùn trong đất cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ các chất của đất. Mùn tạo thành liên kết mùn – khoáng làm tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng của đất.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 78 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Phân hữu cơ như phân chuồng, phân xanh, bùn ao... đặc biệt làm tăng số lượng VSV vì bản thân trong đó đã có một số lượng lớn VSV. Chất hữu cơ vào đất lại làm tăng số lượng VSV sẵn có trong đất, đặc biệt là VSV phân giải xenluloza, phân giải protein và nguyên sinh động vật. Tuy vậy, các loại phân hữu cơ khác nhau tác động đến sự phát triển của VSV đất ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ C/N của phân bón. Cải tạo hóa tính của đất

nặng trong đất.

• Trong quá trình phân giải chất hữu cơ tạo ra CO2 kết hợp với H2O → axit H2CO3 có khả năng hòa tan các chất khó tan thành dễ tan. Phân hữu cơ khi bón vào đất sau khi phân giải sẽ cung cấp thêm các chất khoáng làm phong phú thêm nguồn thức ăn cho cây.

Trong quá trình phân giải hữu cơ có thể tăng khả năng hòa tan của các chất khó tan. Việc hình thành các phức hữu cơ – vô cơ cũng có thể làm giảm khả năng di động của một số nguyên tố khoáng làm hạn chế khả năng đồng hóa kim loại nặng của cây. Các chất hữu cơ sau khi mùn hóa làm tăng khả năng trao đổi của đất, vì khả năng trao đổi của mùn gấp 5 lần khả năng trao đổi của sét. Ví dụ: Ảnh hưởng tới pH, thay đổi pH do quá trình khoáng hóa và mùn hóa tạo ra các chất dinh dưỡng làm tăng lượng NPK dễ tiêu trong đất. Cải tạo lý tính đất Cải thiện và ổn định kết cấu của đất, làm cho đất tơi xốp, thoáng khí, tăng khả năng giữ nước.Việctrộn chất hữu cơ vào đất làm tăng độ ổn định kết cấu đất. Chính vì vậy mà phân hữu cơ bảo vệ được cấu trúc của đất và hạn chế được xói mòn. Tác dụng ổn định cấu trúc đất phụ thuộc vào bản chất chất hữu cơ và mức độ mùn hóa. Các chất dễ thối rữa (phân xanh) tăng độ ổn định kết cấu đất lên rất nhanh song khả năng tạo mùn thấp nên tác dụng rất không bền. Mùn làm tăng sự kết dính các hạt đất để tạo thành đoàn lạp và làm giảm khả năng thấm ướt khiến cho kết cấu được bền trong nước. Tác động của chất hữu cơ sau khi vùi vào đất phụ thuộc vào giai đoạn phát triển. Tác dụng ổn định kết cấu đất lâu dài của việc gieo trồng cây phân xanh chính là ở bộ rễ chứ không phải là do chất xanh vùi. Chất mùn có màu thẫm làm tăng khả năng hút nhiệt của đất khiến cho trong mùa đông đất ấm hơn. Phân hữu cơ ảnh hưởng đến tuần hoàn nước trong đất: Làm cho nước ngấm vào đất thuận lợi hơn, khả năng giữ nước của đất cao hơn, bốc hơi mặt đất ít đi nhờ vậy mà tiết kiệm được nước tưới.

• Bổ sung nguồn dinh dưỡng tổng hợp cho đất như: đạm, lân, kali, canxi, magie, lưu huỳnh, các nguyên tố vi lượng, của loại

các vitamin… • Thay đổi pH theo chiều hướng có lợi, tăng pH cho đất chua. • Tăng phức hữu cơ – vô cơ làm giảm tính linh động

kim

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 79Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Đất làm quá tơi nếu không được phủ bằng một lớp bồi hữu cơ sau khi tưới hoặc sau khi mưa đất sẽ tạo thành một lớp váng ngăn cản việc thông khí, việc thấm nước, hạn chế việc nảy mầm của hạt và dễ bị xói mòn. Cải tạo sinh tính của đất Tăng cường hoạt động VSV trong đất giúp tăng các quá trình xảy ra trong đất như mùn hóa, khoáng hóa, amon hóa, cố định nitơ. Tăng số lượng VSV về cả thành phần loài và số lượng, khi chết đi để lại một lượng sinh khối lớn cho đất. Ví dụ: Bón phân hữu cơ làm tăng sự phát triển của nấm rễ, tăng khả năng xâm nhiễm rễ của nấm do cải thiện độ thoáng khí, chất dinh dưỡng, giữ nước tốt hơn. Trong quá trình phân giải phân hữu cơ cung cấp thêm thức ăn cho VSV, cả thức ăn khoáng và thức ăn hữu cơ, nên sau khi vùi phân hữu cơ vào đất tập đoàn VSV trong đất phát triển rất nhanh, kể cả VSV tự dưỡng. Chất hữu cơ càng dễ thối rữa VSV phát triển càng mạnh. Vùi phân vào đất làm cho giun đất cũng phát triển mạnh. Một số loại phân hữu cơ như: Phân chuồng, phân bắc, phân gia súc – gia cầm khi vùi vào đất còn làm phong phú thêm tập đoàn VSV trong đất, có ích cũng như có hại. Một số chất hoạt tính sinh học được hình thành lại tác động đến việc tăng trưởng và trao đổi chất của cây. 2.7.1.3. Tác động tích cực của phân vi sinh Phân vi sinh chứa các vi khuẩn có khả năng chuyển hóa các chất dinh dưỡng dạng cố định sang dạng hòa tan như photpho, kali. Có khả năng hấp thụ một số kim loại nặng giảm ô nhiễm cho đất. Tạo ra một nguồn sinh khối lớn cho đất sau khi chết. Có tác động tốt đến tính chất lý, hóa, sinh của đất. Thân thiện với môi trường. 2.7.2. TÁC ĐỘNG TIÊU CỰC CỦA PHÂN BÓN ĐẾN MÔI TRƯỜNG 2.7.2.1. Nguyên nhân phân bón ảnh hưởng xấu đến môi trường Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hóa học ở Việt Nam, hiện nay hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30–45%, lân từ 40–45% và kali từ 40–50%, tùy theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón, loại phân bón… Như vậy, còn 60–65% lượng đạm tương đương với 1,77 triệu tấn urê, 55-60% lượng lân tương đương với 2,07 triệu tấn super lân và 55–60% lượng kali tương đương với 344 nghìn tấn kali clorua (KCl) được bón vào đất nhưng chưa được cây trồng sử dụng. Trong lượng phân bón cây không sử dụng được kể trên, một phần còn được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụ sau; một phần bị rửa trôi theo nước

• Thực chất của phân hóa học là các chất hóa học. Các chất này có quá trình chuyển hóa (thành dạng hơi, dạng dễ hòa tan hơn) làm cho chúng không được giữ lại trong đất.

• Lượng mưa lớn gây tình trạng rửa trôi dinh dưỡng (kể cả dinh dưỡng đa, trung và vi lượng). Phân bón ảnh hưởng đến môi trường chủ yếu là do con người gây ra: Bón dư thừa các yếu tố dinh dưỡng hoặc bón phân không đúng cách...

• Do bón phân không đúng cách. Đây là nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng tổn thất phân bón. Một số biểu hiện của bón phân không đúng cách bao gồm:

• Các loại phân hóa học rất dễ hòa tan do đó dễ bị mất đi bởi quá trình rửa trôi trong điều kiện mưa nhiều hoặc tưới với lượng nước lớn.

• Sử dụng loại phân bón không phù hợp với loại đất, cây trồng;

giảm hiệu lực phân bón Mức độ giảm hiệu lực phân bón (%) 1 Kỹ thuật làm đất kém 10–25 2 Giống cây trồng không thích hợp 5–20 3 Kỹ thuật gieo cấy kém 20–40 4 Thời vụ gieo cấy không thích hợp 20–40 5 Mật độ gieo cấy không thích hợp 10–25 6 Vị trí và cách bón phân không thích hợp 5–10 7 Chế độ nước không thích hợp 10–20 8 Trừ cỏ dại không kịp thời 5–10 9 Phòng trừ sâu bệnh không tốt 5–50 10 Bón phân không cân đối 20–50 Nguồn: Nguyễn Văn Bộ, 2003

• Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình chuyển nitrat hóa và phản nitrat hóa tạo thành NO3 hoặc N2 làm cho đạm bị tổn thất;

• Do điều kiện thời tiết khí hậu chi phối:

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 80 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp mặt và chảy vào các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt; một phần bị trực di (thấm rút theo chiều dọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hóa gây ô nhiễm không khí... Như vậy, gây ô nhiễm môi trường của phân bón trên diện rộng và lâu dài của phân bón là việc xảy ra hàng ngày hàng giờ ở các vùng sản xuất nông nghiệp. Theo tổng kết của FAO có 10 nguyên nhân làm giảm hiệu lực của phân bón như sau: Nguyên nhân dẫn đến tình trạng tổn thất phân bón có thể kể đến: • Do đặc tính của phân bón:

• Thời điểm bón không thích thích hợp (khi nhu cầu của cây chưa cao, khi điều kiện thời tiết không thuận lợi vv…) Bảng 2.4. Các nguyên nhân làm giảm hiệu lực của phân bón STT Nguyên nhân làm

• Nhiệt độ thấp kìm hãm quá trình hấp thu dinh dưỡng của cây trồng;

• Ngoài ra việc bón phân không đủ trả lại lượng chất dinh dưỡng mà cây trồng lấy đi theo sản phẩm thu hoạch, làm suy thoái đất trồng đang là vấn đề môi trường không nhỏ ở Việt Nam cũng như nhiều nơi trên thế giới.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 81Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên • Kỹ thuật bón không thích hợp như: lượng phân bón sử dụng cho mỗi lần bón quá lớn vượt khả năng hấp thu của đất; bón ngay trên bề mặt đất; bón khi độ ẩm đất quá thấp,… Cách bón phân hiện nay chủ yếu là bón vãi trên mặt đất, phân bón ít được vùi vào trong đất. Xét về mặt hóa học đất, các keo đất là những keo âm (-) còn các yếu tố dinh dưỡng hầu hết là mang điện tích dương (+). Khi bón phân vào đất, được vùi lấp cẩn thận thì các keo đất sẽ giữ lại các chất dinh dưỡng và nhả ra từ từ tùy theo yêu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ sinh trưởng của cây. Như vậy, bón phân có vùi lấp không chỉ có tác dụng hạn chế sự mất dinh dưỡng, tăng hiệu suất sử dụng phân bón mà còn làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. 2.7.2.2. Các tác động tiêu cực của phân bón đến môi trường đất Tác động của phân bón vô cơ Phân vô cơ được sử dụng phổ biến trong thực tiễn sản xuất bởi những ưu việt như tiện dụng, đáp ứng chính xác nhu cầu của cây trong từng thời kỳ nhưng loại phân này cũng tiềm ẩn nguy cơ rất lớn làm gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Với môi trường đất, phân bón bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm chủ yếu là phân đạm vì các loại phân lân và kali dễ dàng được giữ lại trong keo đất. Ngoài phân đạm đi vào nguồn nước ngầm còn có các loại hóa chất cải tạo đất như vôi, thạch cao, hợp chất lưu huỳnh... Nếu như phân đạm làm tăng nồng độ nitrat trong nước ngầm thì các loại hóa chất cải tạo đất làm tăng độ mặn, độ cứng nguồn nước. Trong phân hóa học, các chất dinh dưỡng nằm dưới dạng muối hòa tan. Sau khi bón vào đất các chất dinh dưỡng nằm dưới dạng ion trong dung dịch đất có thể được cây trồng hút trực tiếp hoặc keo đất giữ lại trong phức hệ hấp thu. Phân hóa học vì có hàm lượng các nguyên tố khoáng cao hơn phân hữu cơ nhiều cho nên thường được xem là nguyên nhân gây ô nhiễm quan trọng. ■ Khả năng gây ảnh hưởng xấu của phân bón tới môi trường: Các loại phân bón có thể tạo ra các chất gây ô nhiễm môi trường nếu chúng ta bón phân không hợp lý và đúng kỹ thuật.• Các loại phân hóa học (đặc biệt là phân đạm) có thể làm ô nhiễm nitrat nguồn nước ngầm, hiện tượng phản đạm hóa dẫn đến mất đạm, gây ô nhiễm không khí, làm đất hóa chua, hiện tượng tích đọng kim loại nặng Cu, Pb, Zn, Cd... trong nước và đất, hiện tượng phú dưỡng nguồn nước mặt, liên quan đến quá trình tích lũy lân và đạm. Việc sử dụng các loại phân bón chua với lượng lớn và liên tục có thể làm đất bị chua, ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng và còn làm cho đất tăng tích lũy các yếu tố độc hại như sắt, nhôm, mangan di động.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 82 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp ■ Ảnh hưởng đến tính chất vật lý của đất Bón nhiều phân vô cơ hoặc sử dụng lâu dài sẽ làm mất cấu trúc của đất, làm đất chai cứng, giảm khả năng giữ nước của đất, giảm tỷ lệ thông khí trong đất (dùng NaNO3 không hợp lý gây mặn hóa đất, thay đổi cấu trúc nước, không khí trong đất). Với sự ra đời của phân bón hóa học, năng suất và sản lượng cây trồng tăng vượt bậc mà minh chứng cụ thể đó là cuộc cách mạng xanh diễn ra vào nửa sau thế kỷ thứ XX. Tuy nhiên, việc sử dụng lâu dài phân hóa học mà không bổ sung các nguồn phân hữu cơ hay việc lạm dụng chúng quá mức nhằm nâng cao năng suất và tạo ra những sản phẩm đẹp mắt đã để lại nhiều hệ lụy cho môi trường và sức khỏe người tiêu dùng và đây là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng thoái hóa đất mà nhiều người vẫn lầm tưởng rằng nó có khả năng cải tạo đất. ■ Ảnh hướng đến tính chất hóa học của đất Phân hóa học là các loại muối khoáng có chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Các loại phân vô cơ thường dùng là phân đạm, lân, kali, phân hỗn hợp, phân trung lượng, vi lượng và các loại phân bón lá. Ta biết lượng hấp thu của rễ thực vật tương đối nhỏ và mỗi loài thì có một nhu cầu dinh dưỡng riêng, việc bón quá nhiều phân hóa học sẽ dẫn đến tình trạng “dư thừa” mà thực vật không thể hấp thu hết và chúng lưu lại trong đất, qua phân giải chuyển hóa chúng biến thành những hợp chất gây ô nhiễm cho mạch nước ngầm và các dòng sông. Cùng với sự tăng lên về số lượng sử dụng phân hóa học, thì tình trạng ô nhiễm đất ngày càng nghiêm trọng. Đối với loại phân đạm vô cơ – một loại phân mang lại hiệu quả rõ rệt nhất cho năng suất cây trồng nhưng cũng dễ gây ô nhiễm cho môi trường đất do tồn dư của nó. Phần lớn phân bón nitrat dư thừa được giữ lại trong đất, chúng ngấm xuống nước ngầm dưới dạng NO3 . Trong môi trường đất, nó làm tăng tính chua vì dạng acid HNO3 rất phổ biến. Ngoài ra, nếu trong sản phẩm có chứa nhiều đạm, nhất là không cân đối thì đạm sẽ chuyển từ NH4+ sang NO3 , khi vào cơ thể người NO3 sẽ chuyển sang dạng NO2 , gây hại cho tim, phổi và Mộtgan.dạng phân hóa học khác cũng gây ô nhiễm môi trường đất là phân lân, với lượng lân cao, sẽ gây chua cho môi trường sinh thái đất. Mặt khác, các dạng phân hóa học đều là các muối của acid (hoặc là muối kép hoặc là muối đơn). Vì vậy, khi hòa tan thường gây chua cho môi trường đất. Trong phân super lân thường có 5% acid tự nhiên nên khi bón làm cho môi trường đất bị chua thêm. Mặt khác sự tích lũy cao các hóa chất dạng phân bón cũng gây hại cho môi trường sinh thái đất về mặt cơ lý tính. Đất nén chặt độ co trương kém, kết cấu vững chắc, không tơi xốp mà nông dân gọi là đất trở nên chai cứng, tính thông khí kém đi, VSV ít đi vì hóa chất hủy diệt VSV. Bên cạnh đó, các loại phân vô cơ còn chứa một số kim loại nặng, các kim loại này tích lũy trong đất làm đất bị nhiễm độc, đồng thời khi được cây trồng hấp thụ, nó sẽ tích lũy trong sản phẩm. Người và gia súc dùng sản phẩm chứa các kim loại này lâu ngày sẽ bị nhiễm độc.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 83Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Phân vô cơ có nhiều tác dụng, là yếu tố cần thiết cho thâm canh tăng năng suất. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sử dụng đúng kỹ thuật, biết kết hợp với các loại phân bón hữu cơ khác nhằm đạt được năng suất cây trồng cao nhất, góp phần làm hạn chế và ngăn ngừa tình trạng đất bị ô nhiễm, thái hóa và bạc màu. Phân vô cơ có khả năng làm mặn hóa do tích lũy các muối như CaCO3, NaCl,… Cũng có thể làm chua hóa do bón quá nhiều phân chua sinh lý như KCl, NH4Cl, (NH2)2SO4,… do sự có mặt của các anion Cl , SO42- hoặc do trong phân có dư lượng axit tự do lớn. Ví dụ bón nhiều phân (NH4)2SO4 thì dư thừa SO4-2 làm đất bị chua, pH đất giảm, một số VSV bị chết, tăng hàm lượng Al, Mn, Fe,… linh động, gây ngộ độc cho cây. Ví dụ: Bón nhiều phân (NH4)2SO4, cation NH4+ được thực vật hấp thụ với lượng lớn hơn nhiều so với hấp thụ anion SO42- → dư thừa SO42- trong đất → đất bị chua: H+ NH4+ KĐ + (NH4)2 SO4 → KĐ + H2SO4 H+ NH4+ Đối với những vùng đất có phản ứng chua nếu bón phân chua sinh lý sẽ làm tăng độ chua của đất, pH của đất giảm, các ion kim loại hòa tan sẽ tăng lên gây ô nhiễm đất và độc hại với cây trồng. Việc sử dụng các loại phân bón chua với lượng lớn và liên tục có thể làm đất bị chua, ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng và còn làm cho đất tăng tích lũy các yếu tố độc hại như sắt, nhôm, mangan di động ảnh hưởng đến tính chất đất:

• Bón quá nhiều phân sinh lý kiềm như Na2CO3, NaNO3, …làm cho đất bị kiềm hóa do NO3 được cây trồng hấp thụ nhanh hơn so với Na+. Kết quả làm cho pH đất tăng, tuy nhiên nếu bón cho đất chua thì làm giảm lượng Al3+ linh động.

Ví dụ: Bón phân super photphat cho đất phèn làm cho quá trình phèn hóa diễn ra nhanh hơn: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 → 2Fe2 (SO4)3+ 2H2O Fe2 (SO4)3 + 2H2O ↔ Fe2 (SO4)3 (H2O)2 + H2SO4 Al2O3.SiO2 + 3H2SO4 → Al2 (SO4)3+ Si(OH)4 Phân bón vô cơ có thể chứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như các kim loại nặng (As, Pb, Hg, Cd), các chất kích thích sinh trưởng khi vượt quá mức quy định. Khi bón nhiều có thể làm tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất, ví dụ: bón nhiều phân vi lượng sẽ tích lũy trong đất nhiều kim loại nặng như Cu, Zn, Mn,… nếu bón nhiều phân lân làm đất tích nhiều Cd,…. Thực vật sinh trưởng trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ tích lũy kim loại nặng trong cơ thể và theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể động vật và người. Các yếu tố vi lượng như đồng (Cu), kẽm (Zn)… rất cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển và có khả năng nâng cao khả năng chống chịu cho cây trồng, tuy nhiên khi lạm dụng các yếu tố trên lại trở thành những nguồn gây độc hại cho con người và gia súc. Các kim loại nặng như Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, v.v... thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa

• Phân vô cơ làm cho đất bị phèn hóa, đất phèn tiềm tàng thành đất phèn hoạt động khi bón phân chứa gốc sunphát.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 84 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp của cơ thể sinh vật và thường tích lũy trong cơ thể vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Ví dụ: Bón phân vi lượng trong một thời gian dài sẽ tích lũy nhiều kim loại nặng trong đất như: Cd, Cu, Zn, Mn… Phân hóa học lại được chế biến từ các quặng kim loại, ngoài kim loại chính thường kèm theo rất nhiều nguyên tố hóa học khác nhau. Tùy theo phương pháp chế biến khác nhau mà các nguyên tố đi kèm còn lại ít hay nhiều trong phân thành phẩm (ví dụ: phân lân chứa nhiều Cd). Phân lân được chế biến từ quặng phosphat bằng cách nghiền quặng rồi ủ với axit sulfuric (super lân đơn) hay trộn với một hợp chất kiềm hoặc serpentin rồi nung, làm nguội rồi nghiền mịn (phân lân nung chảy) nên trong phân lân tồn tại hầu hết các kim loại có trong các nguyên liệu dùng vào việc chế biến (quặng phosphat, H2SO4, serpentin hay hợp chất kiềm) nên cũng có nhiều kim loại nặng. Xuất phát từ những cơ sở đó nên nhiều quốc gia đã có những qui định hàm lượng cadmium tối đa trong phân bón đặc biệt là trong phân lân: Bảng 2.5. Hàm lượng các kim loại nặng (ppm) trong một số nguyên liệu được sử dụng làm phân bón (Số liệu của nhiều tác giả ở nhiều nước khác nhau trên thế giới) Nguyên tố Bùn thải hố xí Phân chuồng Phân lân Vôi Phân đạm As 2-26 3-25 2-1200 0,1–24 2,2-120 Cd 2-1.500 0,3-0,8 0,1-170 0,04-0,1 0,05-8,5 Cr 20-40600 5,2-55 66-245 10-15 3,2-19 Co 2-260 0,3-24 1-12 0,4-3,0 5,4-12 Cu 50-3.300 2-60 1-300 2-125 < 1- 15 Hg 0,1-55 0,09-0,2 0,01-1,2 0,05 0,3-2,9 Mn 60-3.900 30-550 40-2.000 40-1.200 Mo 1-40 0,05-3,0 0,1-60 0,1-15 1-7 Ni 16-5.300 7,8-30 7-38 10-20 7-34 Pb 50-3.000 6,6-15 7-225 20-1.250 2-27 Zn 700- 49000 15-250 50-1.450 10-450 1-42 Nguồn: Alina Kabata-Pendias-Henryk Pendias, CRC press 1992 Bảng 2.6. Giới hạn Cadmium trong các loại phân lân của OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development) Nước Mức qui định (mg Cd/kg P) Thuỵ Sĩ, Phần Lan 50 Thuỵ Điển, Na Uy 100 Đan Mạch 110 Bỉ, Đức 210 Áo 275 Nhật Bản, Úc 340 Nguồn: McLaughlin và ctv, 1996

Bón nhiều phân đạm trong thời kỳ muộn cho rau quả sẽ dẫn tới làm tăng hàm lượng NO3 trong rau gây ra hội chứng trẻ xanh và ung thư dạ dày. Đối với các ion ít được keo đất giữ lại như các anion NO3 và Cl cây hút không hết thì có thể bị rửa trôi vào môi trường nước làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Các anion tạo thành các muối khó tan ít bị rửa trôi hơn thì có thể được tích lũy trong đất làm tăng độ mặn của đất. Các cation kim loại được keo đất hấp thu hoặc tạo thành chelat với các hợp chất hữu cơ trong đất nên ít bị rửa trôi, cây dùng không hết thì tích lại trong đất làm ô nhiễm môi trường đất. ■ Ảnh hưởng đến tính chất sinh học của đất Phân vô cơ gây hại với VSV trong đất do làm thay đổi tính chất của đất như pH, độ thoáng khí, hàm lượng kim loại nặng trong đất.

Phân vô cơ là yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của một số VSV có khả năng cố định các chất dinh dưỡng. Ví dụ: Bón phân đạm vào đất có chứa vi khuẩn cố định nitơ sẽ làm giảm khả năng cố định nitơ của chúng. Tác động từ phân hữu cơ Khả năng gây ô nhiễm môi trường từ phân hữu cơ có khi còn cao hơn cả phân hóa học. Việc sử dụng không hợp lý cộng với khả năng chuyển hóa của phân hữu cơ ở các điều kiện khác nhau có thể tạo ra nhiều chất khí CH4, CO2, H2S… và các ion khoáng như NO3 . Ở Việt Nam do sử dụng phân bắc tươi trong trồng rau đã gây ô nhiễm môi trường đồng thời ảnh hưởng tới sức khoẻ của người sử dụng. Phân hữu cơ sau khi làm ô nhiễm cho môi trường đất thì dễ dàng làm thay đổi tính chất của các hệ mạch nước ngầm, đặc biệt cung cấp cho hệ mạch nước ngầm và hệ thống nước bề mặt những ấu trùng gây bệnh, hệ VSV gây nhiễm khuẩn cho người và động vật sử dụng nước ô nhiễm. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong phân hữu cơ tạo ra các khí nhà kính, các quá trình phân hủy hảo khí tạo ra CO2, phân hủy kỵ khí tạo ra các khí như CH4, H2S, NOx, SO2, … đều là những khí nhà kính mạnh. Quá trình phản ứng nitrat hóa biến NO3 trong đất thành NOx, N2,… hoặc khi bón phân vào ngày nắng thì NH4+ biến thành NH3 bay hơi vào khí quyển gây mùi hôi thối trong không khí và góp phần giữ nhiệt trên bề mặt trái đất, tham gia vào sự làm nóng lên trên toàn cầu một cách tích cực.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 85Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Bón nhiều phân vô cơ làm tăng nồng độ các chất trong dung dịch đất, nếu nồng độ tăng quá cao sẽ làm cây bị chết, nhất là trong thời kỳ khô hạn. Bón nhiều phân vô cơ gây ô nhiễm mạch nước ngầm bởi NO3 và gây phú dưỡng cho lưu vực.

Bón phân hữu cơ chưa qua xử lí gây ô nhiễm môi trường đất nghiêm trọng do trong phân có chứa một lượng lớn các vi sinh vật: vi khuẩn E.coli, amip, ký sinh trùng như giun sán… Phân hữu cơ tươi là nguồn ô nhiễm sinh học quan trọng.

Sử dụng bùn thải hố xí, bùn cống để bón cho đất làm nguồn phân hữu cơ để bón cho cây nhưng chúng chứa một lượng lớn kim loại nặng như Pb, Cd…

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 86 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp 2.7.2.3. Tác động của phân bón đến môi trường không khí Ngoài những ảnh hưởng của công nghiệp, giao thông… hoạt động nông – lâm nghiệp cũng ảnh hưởng không nhỏ đến khí quyển. Hiệu ứng lớn nhất mà sản xuất nông – lâm nghiệp tác động vào khí quyển là các chất thải CO, NO, CH4, NH3… Riêng khí mê tan, hàng năm trên thế giới thải ra khoảng 250 triệu tấn trong đó do hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp chiếm khoảng 40–60%, hệ quả tăng lượng khí CH4 tạo ra hiệu ứng nhà kính. Các khí thải NO, CO là tác nhân làm suy giảm tầng ozon vì khi bay hơi vào tầng này chúng thực hiện các quá trình: • Quá trình phản nitrat hóa biến NO3 trong đất thành N2, NOx. • Khi bón phân vào ngày nắng thì NH4+ → NH3 bay vào khí quyển CO + O3 ↔ CO2 + O2 CO + O3 ↔ NO2 + O2 CH4 + O3 ↔ CO2 + H2O O3 + hv → O + O2 O3 + NO → NO2 + O2 O2 + hv → O + O O2 + N → NO + O* O + O2 → O3 CO + O3 → CO2 + O2 CO + O → CO2 Năng lượng hv Hơi nước Tầng ozôn Các tầng cao N2 Hơi nước Khí CO2 O2 Các hạt bụi Tầng đối lưu Năng lượng mặt trời Thực vật Bức xạ nhiệt Hơi nước CNOCH4,,O Nhiệt + Hơi nước Mặt đất Tàn dư hữu cơ Tàn dư động vật Nhiệt + Hơi nước Không khí, đất (O2, N2, NH3, CH4, NO, CO)Sinh vậtThức ăn khoáng Thủy quyển hình 2.2. Quá trình phát tán các chất gây ô nhiễm không khí từ hoạt động sản xuất nông nghiệp

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 87Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên Việc sử dụng phân bón đã góp phần gây ô nhiễm không khí như NH3 từ phân động vật, khí mêtan (CH4) từ phân hữu cơ, NO từ phân đạm, CO2 và các khí độc khác do đốt các sản phẩm sinh học, đốt phá rừng làm nương rẫy, cháy rừng. Quá trình phân hủy của các chất hữu cơ tạo ra các khí nhà kính: chất hữu cơ phân giải trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành mùn chua (vì có nhiều axit hữu cơ) bốc mùi hôi khó chịu của H2S, NH3, tăng khí nhà kính (CH4). Đây cũng là hiện tượng thường thấy ở cơ sở chăn nuôi nếu phân gia súc không được xử lý thích hợp. 2.7.2.4. Tác động của phân bón đến môi trường nước Hiện tượng phú dưỡng nguồn nước Phân bón bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm chủ yếu là phân đạm vì các loại phân lân và kali dễ dàng được giữ lại trong keo đất. Một lượng lớn phân bón bị rửa trôi từ đất vào môi trường nước gây ô nhiễm môi trường nước. Hàm lượng N, P, K thường cao trong phân bón vô cơ nên khi bị rửa trôi vào môi trường nước hoặc thấm qua các tầng đất tới các mạch nước ngầm làm lưu vực đó bị phì dưỡng, nước ngầm thì bị ô nhiễm và chứa các kim loại nặng, gây hiện tượng phì hóa nước. Hiện tượng tăng độ phì trong nước (còn gọi là phú dưỡng) làm cho tảo và thực vật cấp thấp sống trong nước phát triển với tốc độ nhanh trong toàn bộ chiều sâu nhận ánh sáng mặt trời của nước. Lớp thực vật trôi nổi này làm giảm trầm trọng năng lượng ánh sáng đi tới các lớp nước phía dưới, vì vậy hiện tượng quang hợp trong các lớp nước phía dưới bị ngăn cản, lượng oxy được giải phóng ra trong nước bị giảm, các lớp nước này trở nên thiếu ôxy, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực,… tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Mặt khác, khi tảo và thực vật bậc thấp bị chết, xác của chúng bị phân hủy yếm khí, tạo nên các chất độc hại như NH4+, H2S, CO2, CH4, có mùi hôi, gây ô nhiễm nguồn nước, nồng độ nitrat trong nước cao (do phân đạm chứa nitrat) làm ảnh hưởng đến sức khỏe con Cơngười.sởsinh hóa của hiện lượng phú dưỡng là phản ứng quang hóa (Photosynthesis). Đây là phản ứng phức tạp xảy ra theo nhiều bước: • Trước hết, các chất diệp lục (chlorophyll) và các sắc tố (pigment) trong cây xanh hấp thụ ánh sáng để tổng hợp nên chất hữu cơ từ H2O và CO2 • Tiếp theo là quá trình biến đổi sinh hóa, tổng hợp nên các tế bào. Có thể mô tả quá trình quang hóa như sau: Ánh sáng CO2 ↓ Chlorophyll 1/6{CH2O}glucoza H2O O2 Biến đổi chất

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 88 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Phản ứng quang hóa có thể chia thành 2 bước: • Bước một: Quang năng được chuyển thành hóa năng (biến đổi năng lượng) để thực hiện các phản ứng hóa học. • Bước hai: Cacbon vô cơ chuyển hóa thành cacbon hữu cơ (biến đổi chất) và dạng đầu tiên được hình thành là glucoza, sau đó chuyến hóa thành phần tử của tế bào. Thành phần chủ yếu của rong tảo và cây xanh là các nguyên tố C, H, O. Thông thường lượng C, H, O trong cây xanh và rong tảo vào khoảng 98% khối lượng tươi mà nguồn cung cấp các nguyên tố này chủ yếu là từ khí cacbonic và nước. Ngoài ra, còn có những nguyên tố đa lượng và vi lượng cũng tham gia vào cấu trúc của tế bào. Với thực vật phù du, một phân tử có thể được mô tả bằng công thức: (CH2O)106(NH3)16H3PO4 Từ công thức trên ta thấy, tỷ số C:N:P là 106:16:1. Tỷ số N:P được gọi là “giá trị biên độ đỏ”. Giá trị này biểu thị lượng cần thiết N và P để tạo nên rong tảo. Dựa vào giá trị này trong môi trường nước, ta có thể biết yếu tố nào là yếu tố hạn chế tiềm năng phát triển rong tảo. Để thuận tiện cho tính toán chuyển giá trị biên độ đỏ từ nguyên tử gam sang mg/1 ta có N:P = 7:1. Do đó: • Nếu N:P >7 thì P trở thành yếu tố hạn chế; • Nếu N:P <7 thì N trở thành yếu tố hạn chế. Hậu quả của sự phú dưỡng nguồn nước đầu tiên là sự tăng trưởng phiêu sinh thực vật cấp thấp, tăng đáng kể sinh khối hệ phiêu sinh; tăng đáng kể các loại tảo que, tảo xanh, tảo độc; tăng nồng độ chlorophyll, đẩy mạnh quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước dẫn đến suy giảm chất lượng nước về cảm quan (màu, mùi, độ trong…). Suy giảm DO ở thời kỳ tảo suy tàn, sự giảm nghiêm trọng hàm lượng oxy hòa tan là yếu tố cơ bản trong quá trình tự làm sạch của nguồn nước, đặc biệt ở độ sâu, giảm đáng kể độ trong của nước. Những điều kể trên dẫn đến hậu quả nghiêm trọng là biến đổi cấu trúc hệ sinh thái (mất một số loài giá trị, xuất hiện các loài lạ), một số loài cá có ích bị tiêu diệt do thiếu dưỡng khí và do ăn phải các loại tảo độc; một số loại cá khác thích ứng với điều kiện sinh trưởng mới thường là loài cá có chất lượng thấp, sản sinh các độc tố từ một số loài tảo. Gây tắc nghẽn dòng chảy các kênh rạch, cản trở giao thông thủy, gia tăng chi phí xử lý nước cấp do vấn đề về mùi vị, tắc lọc. Sự thiếu dưỡng khí làm giảm khả năng tự làm sạch nguồn nước cộng với sự phân hủy chất hữu cơ làm cho nước bị nhiễm bẩn và có mùi khó chịu, pH của nước bị giảm. Sự phân hủy của tảo là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự thiếu dưỡng khí nghiêm trọng trong nước, quá trình này có thể giải thích bằng phản ứng sau: (CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2 = 106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4 Nồng độ nitrat trong nước cao làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Trong đường ruột, các nitrat bị khử thành nitrit, các nitrit được tạo ra được hấp thụ vào máu kết hợp

Ion kim loại nặng dễ kết hợp với nước tạo ra các hidroxit. Khả năng hòa tan của các hidroxit kim loại phụ thuộc vào pH của nước. Do đó, mức độ ô nhiễm kim loại nặng của nước phụ thuộc nhiều vào điều kiện pH. Trong lớp đáy của các dòng sông, do các quá trình sinh học thực vật bị phân hủy và tạo ra mùn. Mùn (các hợp chất humic) có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước như tính bazơ, tính hấp phụ, tạo phức… Các kim loại nặng có khả năng tạo phức với các chất hữu cơ có trong mùn, do đó mùn là yếu tố chính

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 89Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên với hemoglobin làm khả năng chuyên chở oxy của máu bị giảm. Nitrit còn là nguyên nhân gây ung thư tiềm tàng, NO3 khi vào cơ thể người tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hóa sinh ra NO2 . Nitrit sinh ra phản ứng với hemoglobin tạo thành methemoglobinemia làm mất khả năng vận chuyển oxy của hemoglobin. Thông thường hemoglobin chứa Fe2+, ion này có khả năng liên kết với oxy. Khi có mặt NO2 nó sẽ chuyển hóa Fe2+ làm cho hồng cầu không thực hiện được nhiệm vụ chuyển tải O2. Nếu duy trì lâu sẽ dẫn tới tử vong: 4HbFe2 + (O2) + 4NO2 + 2H2O → 2HbFe3+ + OH + 4NO3 + O2 Sự tạo thành methemoglobinemia đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao (bệnh Blue baby) và dễ bị đe dọa đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi. Ngoài ra, NO2 trong cơ thể dễ tác động với các amin tạo thành nitrosamine – một tiền chất gây ung thư. Chất hữu cơ nếu phân giải trong điều kiện hảo khí sẽ cho mùn, các muối nitrat, phosphat, sulfat hòa tan có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và phú dưỡng nguồn nước mặt. Ô nhiễm kim loại nặng Các yếu tố vi lượng như Đồng (Cu), Kẽm (Zn)… rất cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển và có khả năng nâng cao khả năng chống chịu cho cây trồng. Tuy nhiên, khi lạm dụng các yếu tố trên lại trở thành những loại kim loại nặng khi vượt quá mức sử dụng cho phép và gây độc hại cho con người và gia súc. Theo quy định hiện hành, các loại kim loại nặng có trong phân bón gồm asen (As), chì (Pb), thủy ngân (Hg) và cadmium (Cd). Phân bón được sản xuất từ nguồn phân lân nhập khẩu từ các nước vùng Nam Mỹ hoặc Châu Phi thường có hàm lượng Cd cao ở mức trên 200 ppm. Các muối kim loại còn lại trong phân bón khiến cho trong bùn cống, bùn thải hố xí tự hoại, hố tạo khí sinh học biogas có nhiều kim loại nặng. Mỹ, các nước trong khối EU và Nhật Bản đã đưa ra chỉ tiêu kiểm tra hàm lượng kim loại nặng cho việc sử dụng bùn thải (sewage sludge)(Bảng 2.7).

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 90 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp mang kim loại nặng trong nước. Một số thực vật thủy sinh như tảo, bèo, có đặc tính hấp thụ mạnh các kim loại nặng do đó cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Bảng 2.7. Quy định giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong sewage sludge ở Hoa Kỳ Nguyên tố Giới hạn trần (mg/kg chất khô) Tối đa hàng (kg/ha/năm)năm As 75 2,0 Cd 83 1,9 Cr 3.000 60,0 Cu 4.300 75,0 Pb 840 15,0 Hg 57 0,85 Mo 75 3,8 Ni 420 21,0 Se 100 4,9 Zn 7.500 140,0 Nguồn: USEPA: United State Environment Protection Agency hình 2.3. Các dạng tồn tại của kim loại nặng trong hệ sinh thái thủy vực 1 Dạng kim loại trong dung dịch Dạng hữu cơ Dạng vô cơ Dạng hạt Hoà tan ion Bị kết tủa Keo Phân tử IonPhchelateứcion Bị hấp phụ 2 Tồn tại ở dạng khác hoặc gây độc Đối kháng Hoạt động Cố định Ảnh hưởng mạnh mẽ Ảnh hưởng Ít ảnh hưởng 3 Các yếu tố ảnh (a)hưởngsinh lý thực vật (b) dạng kim loại trong dung dịch pH Nhiệt độ Lượng oxy hoà Độtan mặn Ánh sáng

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 91Chương 2 PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG trường đại học nông lâm thái nguyên 2.8. TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN PHÂN BÓN Khi bón phân vào đất quá trình chuyển hóa trong đất của chúng phụ thuộc vào tính chất lý, hóa, sinh học của đất. Ví dụ: Sự chuyển hóa lân trong đất. ■ Sự chuyển hóa lân ở đất chua Trong đất chua nghèo chất hữu cơ, Fe, Al, Mn thường nằm dưới dạng hòa tan phản ứng với H2PO4 tạo thành hợp chất không tan cây không đồng hóa được. Al3+ + H2PO4 + 2H2O → 2H+ + Al(OH)2.H2PO4 Hòa tan Không tan Nếu trong keo đất chứa nhiều Al thì toàn bộ Ca cũng như lân đều không có trong dung dịch – điều này rất quan trọng với những chất đất giàu Al, bón phân chuồng kết hợp với vôi mới cho năng suất vì không phải do cây hút được nhiều lân và vôi mà chủ yếu là phân chuồng đã làm giảm được Al hòa tan. Ngoài việc kết tủa lân bằng Fe, Al và Ca thì các keo vô định hình trong đất hoặc các hydroxit kết tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình giữ lân theo hình thức hấp phụ lý hóa. ■ Sự chuyển hóa lân ở đất kiềm Trong đất phản ứng trung tính và kiềm giàu Ca thì ion H2PO4 sẽ phản ứng nhanh với Ca để tạo thành các hợp chất ít tan hơn theo phản ứng: Ca (H2PO4)2 + CaCO3 + H2O → 2CaHPO4.2H2O + CO2 Photphat 2 canxi ngậm nước Trường hợp đất không có ion Ca mà có phản ứng gần trung tính thì việc chuyển biến photphat 1 canxi thành photphat khó tan hơn vẫn có thể được thực hiện do phản ứng trao đổi với Ca2+ của keo đất. H+ KĐ Ca2+ + Ca(H2PO4)2 KĐ + 2CaHPO4 H+ Hiện tượng hấp phụ lân đều xảy ra ở hầu hết các loại đất nhất là đất chua, giàu Fe và Al ở thể vô định hình đồng thời ở đất nghèo chất hữu cơ. Khả năng hấp phụ lân của đất thì tùy theo tính chất của đất: đất phèn >đất phù sa. Hàm lượng sét trong đất cao sẽ tăng khả năng hấp phụ lân vì khả năng hấp phụ lân phụ thuộc vào diện tích bề mặt, bên cạnh đó pH đất cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Đất có lượng chất hữu cơ càng cao thì khả năng hấp phụ lân càng tăng. Thực chất, chất hữu cơ không tham gia trực tiếp trong việc cố định lân, mà khi chất hữu cơ bị phá hủy thì giảm hàm lượng Fe vô định hình nên giảm khả năng cố định lân. Như vậy, thực chất cơ chế chính tăng khả năng hấp phụ lân khi hàm lượng hữu cơ tăng chủ yếu thông qua việc thay đổi cấu trúc của Fe, Al và tăng khả năng hấp phụ lân của các hyđroxyt Fe, Al.

DẠYKÈMQUYNHƠNOFFICIAL 92 trường đại học nông lâm thái nguyên ©2017 Giáo trình Hóa chất sử dụng trong nông nghiệp Hàm lượng keo đất cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ trao đổi của đất với phânVíbón.dụ: nếu đất có khả năng hấp phụ kém → ion NO3 , H2PO4 …. dễ bị rửa trôi. Thành phần VSV của đất làm tăng các quá trình chuyển hóa phân bón trong đất. Khi ta bón các loại phân hữu cơ và vô cơ vào đất, phân tác dụng nhanh hay chậm đến cây trồng là nhờ hoạt động của hệ VSV đất. Các VSV phân giải hữu cơ thành dạng vô cơ cho cây trồng hấp thụ, biến dạng vô cơ khó tan thành dễ tan. Chúng hấp thu một phần chất dinh dưỡng N, P, K… chuyển hóa khép kín chu trình N, P, K trong đất, tránh các chất này đi ra khỏi hệ sinh thái đất. Đất cũng ảnh hưởng đến khả năng mùn hóa và khoáng hóa của phân hữu cơ thông qua độ thoáng khí và sự có mặt của tập đoàn VSV trong đất. Tóm lại, với mỗi loại đất khác nhau thì ảnh hưởng khác nhau đến phân bón.