I. Than sinh học từ rơm rạ Giải pháp nông nghiệp bền vững
Trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại đối mặt với thách thức suy thoái đất và ô nhiễm môi trường, việc tìm kiếm các giải pháp canh tác bền vững trở nên cấp thiết. Luận văn thạc sĩ của Học viện Nông nghiệp Việt Nam (VNUA) về "Ảnh hưởng của than sinh học chế biến từ rơm rạ đến sinh trưởng, phát triển và năng suất giống lúa N. Ưu 69 tại Hậu Lộc - Thanh Hóa" mở ra một hướng đi đầy tiềm năng. Than sinh học (biochar), sản phẩm của quá trình nhiệt phân yếm khí các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, được mệnh danh là “vàng đen” nhờ khả năng cải tạo đất và tăng năng suất cây trồng. Nghiên cứu này tập trung đánh giá hiệu quả của biochar từ rơm rạ như một loại phân bón than sinh học, không chỉ giúp tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào sau thu hoạch mà còn góp phần giảm thiểu việc sử dụng phân bón hóa học, hướng tới một nền nông nghiệp bền vững. Việc ứng dụng than sinh học giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật có lợi phát triển. Đây là cơ sở khoa học quan trọng để định hướng các kỹ thuật canh tác lúa tiên tiến, đặc biệt tại các vùng thâm canh cao như Hậu Lộc, Thanh Hóa, nơi đất đai đang dần bị suy giảm độ phì nhiêu.
1.1. Tổng quan về quy trình sản xuất biochar từ rơm rạ
Biochar, hay than sinh học, được tạo ra thông qua quá trình nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu oxy. Nguồn nguyên liệu chính là các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, trấu, lõi ngô. Quy trình sản xuất biochar từ rơm rạ được đề cập trong các nghiên cứu của Viện Môi trường Nông nghiệp bao gồm việc đưa vật liệu vào các thùng kim loại kín và gia nhiệt trong môi trường yếm khí. Quá trình này không chỉ biến đổi rơm rạ thành một dạng carbon ổn định, khó phân hủy mà còn giữ lại phần lớn các chất dinh dưỡng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, than sinh học từ rơm rạ có độ pH cao (khoảng 11,16) và chứa các nguyên tố dinh dưỡng quan trọng như N, P2O5, K2O. Đặc tính xốp, với diện tích bề mặt lớn, giúp than sinh học có khả năng hấp phụ và giữ nước, chất dinh dưỡng vượt trội, trở thành một công cụ hữu hiệu trong cải tạo đất trồng lúa.
1.2. Các tác động của biochar đến đất và sinh trưởng cây lúa
Tác động của biochar đến đất là đa chiều và mang lại nhiều lợi ích. Về mặt vật lý, biochar giúp cải thiện cấu trúc đất, làm tăng độ xốp và giảm dung trọng, từ đó tăng khả năng giữ ẩm, đặc biệt quan trọng với các vùng đất cát hoặc đất thịt nhẹ. Về mặt hóa học, nó giúp tăng độ pH của đất chua, tăng khả năng trao đổi cation (CEC), và hạn chế sự rửa trôi các chất dinh dưỡng như N, P, K. Về mặt sinh học, cấu trúc rỗng của biochar tạo môi trường trú ẩn lý tưởng cho các vi sinh vật có lợi, thúc đẩy hoạt động sinh học trong đất. Đối với sinh trưởng cây lúa, những cải thiện về môi trường đất này giúp bộ rễ phát triển mạnh mẽ hơn, tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng, từ đó cây lúa sinh trưởng khỏe mạnh, cứng cáp và ít bị sâu bệnh tấn công, tạo tiền đề cho năng suất cao và ổn định.
II. Thách thức canh tác lúa tại Hậu Lộc Thanh Hóa là gì
Huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa là một trong những vùng sản xuất lúa trọng điểm, tuy nhiên, hoạt động thâm canh kéo dài đã và đang đặt ra nhiều thách thức nghiêm trọng. Vấn đề lớn nhất là sự suy thoái chất lượng đất. Việc lạm dụng phân bón hóa học trong nhiều năm đã làm cho đất bị chua hóa, chai cứng, hàm lượng chất hữu cơ suy giảm. Điều này không chỉ làm giảm năng suất lúa N. Ưu 69 mà còn tăng chi phí sản xuất cho người nông dân. Một thách thức khác là việc xử lý phế phẩm nông nghiệp, đặc biệt là rơm rạ sau mỗi vụ thu hoạch. Phần lớn rơm rạ bị đốt bỏ tại ruộng, gây ô nhiễm không khí, lãng phí nguồn tài nguyên hữu cơ và phát thải một lượng lớn khí nhà kính. Luận văn thạc sĩ của tác giả Phạm Kim Anh đã chỉ ra tính cấp thiết của việc tìm kiếm giải pháp vừa cải tạo đặc tính đất Hậu Lộc, vừa tận dụng hiệu quả nguồn rơm rạ. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học chế biến từ rơm rạ chính là câu trả lời cho bài toán kép này, mở ra hướng đi cho một nền nông nghiệp bền vững tại địa phương.
2.1. Vấn đề phế phẩm nông nghiệp và ô nhiễm từ rơm rạ
Mỗi năm, Việt Nam sản xuất hàng chục triệu tấn lúa, đi kèm với đó là một lượng khổng lồ phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu là rơm rạ. Tại Hậu Lộc và nhiều vùng nông thôn khác, thói quen đốt rơm rạ tại ruộng vẫn còn phổ biến. Hành động này gây ra nhiều hệ lụy tiêu cực: phát thải khí CO2, CH4, và các khí độc khác vào khí quyển, góp phần vào biến đổi khí hậu và gây ra các bệnh về đường hô hấp. Việc đốt cũng làm mất đi một lượng lớn chất hữu cơ và dinh dưỡng có trong rơm rạ lẽ ra có thể trả lại cho đất. Biến rơm rạ thành biochar từ rơm rạ là một giải pháp thông minh, không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn biến chất thải thành một nguồn tài nguyên quý giá cho việc cải tạo đất trồng lúa.
2.2. Đặc tính đất Hậu Lộc và sự suy thoái do phân bón
Nghiên cứu được thực hiện trên nền đất thịt nhẹ tại Hậu Lộc. Đặc tính đất Hậu Lộc ở nhiều khu vực canh tác đang cho thấy dấu hiệu suy thoái rõ rệt. Quá trình thâm canh, lạm dụng phân bón vô cơ, đặc biệt là phân đạm, đã làm giảm độ pH, phá vỡ kết cấu đất và tiêu diệt hệ vi sinh vật có lợi. Đất trở nên chai cứng, khả năng giữ nước và dinh dưỡng kém, dẫn đến hiệu quả sử dụng phân bón thấp và cây trồng dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết bất lợi như hạn hán. Việc bổ sung than sinh học từ rơm rạ được kỳ vọng sẽ đảo ngược quá trình này. Nhờ khả năng cải thiện các đặc tính lý, hóa, sinh của đất, biochar giúp phục hồi độ phì nhiêu, giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học và nâng cao sức sản xuất của đất một cách bền vững.
III. Phương pháp nghiên cứu VNUA về than sinh học từ rơm rạ
Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của than sinh học chế biến từ rơm rạ, luận văn đã áp dụng một phương pháp nghiên cứu khoa học chặt chẽ. Thí nghiệm được tiến hành trong hai vụ (Xuân và Mùa 2015) tại xã Mỹ Lộc, huyện Hậu Lộc, Thanh Hóa. Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCB) với 3 lần lặp lại, đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của số liệu. Nghiên cứu tập trung vào hai nội dung chính: xác định liều lượng bón than sinh học từ rơm rạ tối ưu trong vụ Xuân và đánh giá khả năng thay thế một phần phân bón hóa học của than sinh học trong vụ Mùa. Giống lúa được sử dụng là N. Ưu 69, một giống lúa lai phổ biến tại địa phương. Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng như chiều cao cây, khả năng đẻ nhánh, chỉ số diện tích lá (LAI), sự tích lũy chất khô, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu đều được theo dõi và ghi nhận chi tiết. Phương pháp này cung cấp một bộ dữ liệu toàn diện, là cơ sở vững chắc cho các kết luận về hiệu quả sử dụng than sinh học.
3.1. Thiết kế thí nghiệm và các công thức bón phân
Trong vụ Xuân 2015, thí nghiệm 1 gồm 5 công thức, với nền phân NPK (120N + 90P2O5 + 90K2O) và các mức bón than sinh học từ rơm rạ khác nhau: 0, 1, 2, 3, và 4 tấn/ha. Mục tiêu là tìm ra liều lượng TSH tối ưu. Trong vụ Mùa 2015, thí nghiệm 2 sử dụng liều lượng TSH tốt nhất từ vụ Xuân (2 tấn/ha) kết hợp với các mức giảm dần của phân hóa học. Cụ thể, 4 công thức được thiết lập để so sánh hiệu quả giữa việc bón đủ NPK theo khuyến cáo và giảm 10-25% lượng NPK khi kết hợp với phân bón than sinh học. Cách bố trí này cho phép đánh giá không chỉ tác động trực tiếp của biochar mà còn cả khả năng hiệp đồng của nó với phân bón vô cơ.
3.2. Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng được theo dõi
Nghiên cứu đã theo dõi một cách hệ thống các chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng. Các chỉ số động thái như chiều cao cây, số lá, số dảnh/khóm được đo đạc định kỳ 2 tuần/lần. Các chỉ số quan trọng khác như chỉ số diện tích lá (LAI) và hàm lượng chất khô được phân tích ở các giai đoạn then chốt (đẻ nhánh, trỗ, chín sáp). Khi thu hoạch, các yếu tố cấu thành năng suất (số bông/khóm, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt) và năng suất thực thu được tính toán cẩn thận. Bên cạnh đó, tình hình sâu bệnh hại cũng được ghi nhận để đánh giá khả năng chống chịu của cây lúa. Việc phân tích toàn diện các chỉ số này đã vẽ nên một bức tranh rõ nét về tác động của biochar đến đất và sinh trưởng cây lúa.
IV. Kết quả Ảnh hưởng của than sinh học đến sinh trưởng lúa
Kết quả từ luận văn thạc sĩ của nghiên cứu nông nghiệp VNUA đã chứng minh rõ rệt những tác động tích cực của than sinh học từ rơm rạ đến quá trình sinh trưởng và phát triển của giống lúa N. Ưu 69. Việc bổ sung than sinh học vào đất đã cải thiện đáng kể các chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng. Cụ thể, ở liều lượng bón 2 tấn/ha, cây lúa cho thấy sự vượt trội về chiều cao, khả năng đẻ nhánh và diện tích bộ lá so với công thức đối chứng không bón than sinh học. Điều này cho thấy tác động của biochar đến đất đã tạo ra một môi trường thuận lợi hơn cho sự phát triển của bộ rễ, giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng hiệu quả hơn. Các số liệu cho thấy, than sinh học không chỉ là một chất cải tạo đất đơn thuần mà còn hoạt động như một loại phân bón than sinh học giải phóng dinh dưỡng từ từ, cung cấp dưỡng chất cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng. Những thay đổi tích cực này là tiền đề quan trọng, quyết định đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cuối cùng của vụ mùa.
4.1. Tác động đến chiều cao cây và động thái đẻ nhánh
Dữ liệu nghiên cứu tại Hậu Lộc cho thấy, công thức bón 2 tấn TSH/ha (CT3) đạt chiều cao cây cuối cùng cao nhất là 106,9 cm, vượt trội so với công thức đối chứng (97,7 cm) và các công thức bón liều lượng TSH cao hơn. Tương tự, động thái đẻ nhánh cũng cho thấy sự khác biệt. Quá trình đẻ nhánh của cây lúa chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ dinh dưỡng và điều kiện đất đai. Việc sử dụng than sinh học từ rơm rạ đã giúp cải thiện môi trường đất, cung cấp dinh dưỡng cân đối, từ đó thúc đẩy quá trình đẻ nhánh diễn ra sớm và tập trung hơn, tạo ra số nhánh hữu hiệu cao. Điều này là yếu tố then chốt hình thành số bông trên một đơn vị diện tích, trực tiếp ảnh hưởng đến tiềm năng năng suất lúa N. Ưu 69.
4.2. Cải thiện chỉ số diện tích lá và tích lũy chất khô
Chỉ số diện tích lá (LAI) là một chỉ tiêu quan trọng phản ánh khả năng quang hợp của quần thể lúa. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc bón phân bón than sinh học đã giúp tăng chỉ số LAI ở các giai đoạn sinh trưởng quan trọng. Bộ lá xanh tốt, bền màu hơn giúp cây quang hợp hiệu quả, từ đó tăng cường khả năng tích lũy chất khô. Khả năng tích lũy chất khô – tổng sinh khối của cây – là thước đo trực tiếp cho sức khỏe và tiềm năng năng suất của cây trồng. Công thức bón 2 tấn TSH/ha không chỉ cho chiều cao vượt trội mà còn có khả năng tích lũy chất khô tốt hơn các công thức khác. Điều này chứng tỏ hiệu quả sử dụng than sinh học trong việc tối ưu hóa quá trình sinh trưởng cây lúa, tạo ra một nền tảng vững chắc cho giai đoạn làm đòng và vào chắc.
V. Bí quyết tăng năng suất lúa N Ưu 69 bằng phân bón TSH
Nghiên cứu tại Hậu Lộc, Thanh Hóa đã tìm ra bí quyết then chốt để tối ưu hóa năng suất lúa N. Ưu 69: kết hợp hợp lý giữa phân bón than sinh học và phân bón vô cơ. Kết quả thực nghiệm cho thấy, việc chỉ bổ sung than sinh học từ rơm rạ đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Cụ thể, trong vụ Xuân 2015, công thức bón 2 tấn TSH/ha cho năng suất thực thu cao nhất, đạt 68,1 tạ/ha, cao hơn đáng kể so với đối chứng (63,9 tạ/ha). Điều này chứng tỏ hiệu quả sử dụng than sinh học không chỉ dừng lại ở việc cải thiện sinh trưởng mà còn chuyển hóa thành năng suất thực tế. Đáng chú ý hơn, khi sử dụng 2 tấn TSH/ha và giảm 10% lượng phân bón hóa học trong vụ Mùa, năng suất vẫn đạt mức cao và mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội. Đây là minh chứng thuyết phục cho thấy biochar có thể thay thế một phần phân bón hóa học, giúp giảm chi phí đầu vào và giảm tác động tiêu cực đến môi trường, hướng tới nông nghiệp bền vững.
5.1. Phân tích năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất
Năng suất lúa được quyết định bởi các yếu tố cấu thành: số bông/m², số hạt chắc/bông và khối lượng 1000 hạt. Phân tích từ luận văn cho thấy công thức bón 2 tấn biochar từ rơm rạ/ha (CT3) trong vụ Xuân đã cải thiện toàn diện các chỉ số này. Số bông trung bình/khóm và số hạt chắc/bông ở công thức này đều cao hơn các công thức còn lại. Điều này là hệ quả trực tiếp của một quá trình sinh trưởng cây lúa khỏe mạnh hơn, bộ rễ phát triển tốt và khả năng hấp thụ dinh dưỡng được tối ưu hóa. Kết quả là năng suất lý thuyết và năng suất thực thu đều đạt mức cao nhất. Những con số này cung cấp bằng chứng khoa học vững chắc về vai trò của than sinh học trong việc nâng cao năng suất lúa N. Ưu 69.
5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng than sinh học
Một trong những kết quả quan trọng nhất của nghiên cứu nông nghiệp VNUA là việc chứng minh hiệu quả kinh tế. Trong vụ Mùa, công thức kết hợp 2 tấn TSH/ha với mức phân bón giảm (110N + 80P2O5 + 80K2O) không chỉ cho năng suất cao mà còn mang lại lợi nhuận cao nhất. Việc giảm được lượng phân bón hóa học giúp tiết kiệm chi phí đầu tư đáng kể. Mặc dù có chi phí ban đầu cho việc sản xuất hoặc mua than sinh học, nhưng lợi ích lâu dài về cải tạo đất trồng lúa và năng suất ổn định qua các vụ sẽ bù đắp chi phí này. Báo cáo cho thấy lãi thu được từ công thức tối ưu cao hơn so với công thức đối chứng và các công thức khác. Điều này khẳng định việc ứng dụng than sinh học từ rơm rạ là một giải pháp khả thi và có lợi về mặt kinh tế cho người trồng lúa.
VI. Tương lai của than sinh học trong cải tạo đất trồng lúa
Kết quả từ luận văn thạc sĩ VNUA về ảnh hưởng của than sinh học chế biến từ rơm rạ không chỉ có giá trị tại Hậu Lộc, Thanh Hóa mà còn mở ra một tương lai đầy hứa hẹn cho ngành trồng lúa Việt Nam. Nghiên cứu đã chứng minh than sinh học là một công cụ mạnh mẽ để cải tạo đất trồng lúa, giải quyết đồng thời các vấn đề về suy thoái đất, quản lý phế phẩm nông nghiệp và giảm phát thải khí nhà kính. Tiềm năng của biochar từ rơm rạ là rất lớn, có thể được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại đất và cây trồng khác nhau, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp bền vững. Tuy nhiên, để hiện thực hóa tiềm năng này, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động, tối ưu hóa quy trình sản xuất biochar và xây dựng các mô hình ứng dụng phù hợp với từng điều kiện sinh thái cụ thể. Sự thành công của nghiên cứu này là nền tảng để tiếp tục khám phá và khai thác “vàng đen” từ những nguồn phụ phẩm sẵn có, vì một nền nông nghiệp thịnh vượng và thân thiện với môi trường.
6.1. Tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho nông nghiệp bền vững
Than sinh học từ rơm rạ có thể được nhân rộng trên khắp các vùng trồng lúa của cả nước, đặc biệt là Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long, nơi có nguồn rơm rạ khổng lồ. Việc ứng dụng biochar sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào phân bón nhập khẩu, tăng cường sức khỏe đất đai và nâng cao chất lượng nông sản. Hơn nữa, với khả năng lưu giữ carbon trong đất hàng trăm năm, việc sử dụng biochar trên quy mô lớn là một biện pháp hiệu quả để giảm thiểu biến đổi khí hậu. Mô hình này hoàn toàn phù hợp với định hướng phát triển nông nghiệp bền vững, nông nghiệp tuần hoàn mà Việt Nam đang theo đuổi, biến rác thải nông nghiệp thành nguồn tài nguyên có giá trị cao.
6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo từ luận văn thạc sĩ VNUA
Trên cơ sở kết quả của luận văn này, các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào một số vấn đề. Thứ nhất, nghiên cứu tác động dài hạn của biochar qua nhiều vụ canh tác liên tiếp để đánh giá tính bền vững của hiệu quả cải tạo đất trồng lúa. Thứ hai, khám phá sự kết hợp giữa biochar với các vi sinh vật có lợi (phân bón vi sinh) để tăng cường hiệu quả. Thứ ba, tối ưu hóa công nghệ và quy trình sản xuất biochar ở quy mô nông hộ hoặc hợp tác xã để giảm chi phí và tăng tính tiện lợi. Cuối cùng, cần có thêm các nghiên cứu trên các loại đất khác nhau (đất phèn, đất mặn) và trên các giống cây trồng khác để xây dựng bộ hướng dẫn kỹ thuật canh tác lúa và cây trồng toàn diện khi sử dụng than sinh học.
