Nghiên cứu sản xuất và đánh giá ảnh hưởng của than sinh học từ vỏ trấu đến sinh trưởng của cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới

Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học từ vỏ trấu đến sinh trưởng cây cải xanh, dương xỉ lá nhún trong nhà lưới. Sản xuất than sinh học, đánh giá hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Phi
• Người hướng dẫn: TS. Hà Thị Loan
• Trường học: Trường Đại Học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Và Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Than Sinh Học Từ Vỏ Trấu Đến Sinh Trưởng Của Cây Cải Xanh Và Cây Dương Xỉ Lá Nhún Trong Điều Kiện Nhà Lưới
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Cơ sở hình thành luận văn
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Giả thuyết nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về than sinh học
• 2.2. Nguồn gốc và lịch sử nghiên cứu của than sinh học
• 2.3. Nguyên liệu sản xuất than sinh học
• 2.4. Thành phần và cấu tạo của than sinh học
• 2.5. Công nghệ sản xuất than sinh học
• 2.6. Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp
• 2.6.1. Ảnh hưởng của than sinh học đến các tính chất của đất
• 2.6.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến hệ vi sinh vật đất
• 2.7. Tổng quan về phương pháp composting
• 2.8. Tổng quan về cây mô hình
• 2.8.1. Cây cải xanh (Brassica juncea)
• 2.8.2. Cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia)
• 2.9. Nghiên cứu liên quan về than sinh học trong và ngoài nước
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
• 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng của than sinh học từ trấu
• 3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng phối trộn than sinh học đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới
• 3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi được ủ hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới
• 3.2.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng than sinh học từ trấu
• 4.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của liều lượng than sinh học từ trấu đến sinh trưởng và phát triển của cây cải xanh
• 4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học từ trấu đến tính chất của giá thể, mức độ dinh dưỡng và hệ vi sinh vật
• 4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng bổ sung than sinh học từ trấu đến sinh trưởng của cây cải xanh
• 4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng bổ sung than sinh học từ trấu đến sinh trưởng cây dương xỉ lá nhún
• 4.3. Kết quả đánh giá chất lượng than sinh học từ trấu sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế (VERMICHAR)
• 4.4. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả phân bón hữu cơ VERMICHAR
• 4.4.1. Đánh giá chất lượng của than sinh học từ trấu sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế ứng dụng chế phẩm vi sinh
• 4.4.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sinh trưởng của cây cải xanh
• 4.4.3. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sinh trưởng của cây dương xỉ lá nhún
• 4.5. Quy trình ứng dụng than sinh học từ trấu phục vụ ngành nông nghiệp
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU PHÂN TÍCH
• PHỤ LỤC 2: CHỈ TIÊU ĐỊNH LƯỢNG BẮT BUỘC TRONG PHÂN BÓN
• PHỤ LỤC 3: CÔNG BỐ TỪ KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
• DANH SÁCH HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Than Sinh Học từ Vỏ Trấu là Gì

Việt Nam, quốc gia nông nghiệp, tạo ra lượng lớn phế phụ phẩm sau thu hoạch. Trong đó, vỏ trấu từ lúa, chiếm gần 9 triệu tấn mỗi năm, thường bị bỏ phí. Trước đây, vỏ trấu được dùng làm chất đốt hoặc thức ăn gia súc, nhưng hiện nay, nguồn tro trấu sau khi đốt chưa được tận dụng triệt để. Việc không tái sử dụng phế phụ phẩm không chỉ gây thất thoát nguồn hữu cơ mà còn tác động tiêu cực đến môi trường. Nền đất tại các vùng canh tác nông nghiệp đang đối mặt với nhiều vấn đề như mất cân bằng dinh dưỡng, giảm đa dạng sinh học, xói mòn, và ô nhiễm. Do đó, cần tìm kiếm giải pháp thay thế phân bón hóa học bằng vật liệu sinh học thân thiện với môi trường, hướng đến nông nghiệp hiệu quả và không phát thải. Than sinh học (Biochar) là một giải pháp tiềm năng. Nghiên cứu về than sinh học từ vỏ trấu mở ra hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững.

1.1. Hiện trạng sử dụng vỏ trấu trong nông nghiệp Việt Nam

Theo Tổng cục Thống kê (2022), sản lượng lúa ước tính đạt 42,69 triệu tấn, với vỏ trấu chiếm khoảng 20%. Trước đây, vỏ trấu được sử dụng làm chất đốt và thức ăn gia súc, nhưng hiện nay việc sử dụng này giảm đáng kể. Điều này dẫn đến lượng lớn vỏ trấu bị bỏ phí, gây lãng phí tài nguyên và tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường. Giải pháp tái chế vỏ trấu thành than sinh học giúp giảm thiểu tác động tiêu cực và mang lại lợi ích cho nông nghiệp.

1.2. Tầm quan trọng của than sinh học trong cải tạo đất

Đất canh tác đang đối mặt với nhiều thách thức như mất cân bằng dinh dưỡng, giảm đa dạng sinh học, và xói mòn. Than sinh học có khả năng cải thiện chất lượng đất, tăng khả năng giữ nước, và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Việc sử dụng than sinh học từ vỏ trấu là một giải pháp cải tạo đất hiệu quả và bền vững, giúp nâng cao năng suất cây trồng.

II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Than Sinh Học đến Cải Xanh Dương Xỉ

Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của than sinh học từ vỏ trấu đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và dương xỉ. Cây cải xanh là một loại rau ngắn ngày quan trọng, trong khi dương xỉ là cây cảnh lá phổ biến. Mục tiêu là đánh giá xem liệu than sinh học có thể cải thiện sự phát triển của hai loại cây này hay không. Nghiên cứu này cũng xem xét liều lượng than sinh học tối ưu và phương pháp hoạt hóa than sinh học để tăng hiệu quả sử dụng. Các chỉ số quan trọng được theo dõi bao gồm chiều cao cây, số lượng lá, năng suất, và các tính chất đất. Kết quả sẽ cung cấp thông tin hữu ích cho việc ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp.

2.1. Vai trò của cải xanh và dương xỉ trong nghiên cứu

Cây cải xanh đại diện cho nhóm cây rau ngắn ngày, có thời gian sinh trưởng ngắn và yêu cầu dinh dưỡng cao. Dương xỉ đại diện cho nhóm cây cảnh lá, có giá trị kinh tế và yêu cầu điều kiện sinh trưởng đặc biệt. Việc nghiên cứu tác động của than sinh học lên hai loại cây này giúp đánh giá hiệu quả của than sinh học trên nhiều loại cây trồng khác nhau.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng thực vật, bao gồm chất lượng đất, độ phì nhiêu, độ ẩm, ánh sáng, và dinh dưỡng. Than sinh học có thể cải thiện nhiều yếu tố này, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng. Nghiên cứu này xem xét các yếu tố như pH đất, hàm lượng dinh dưỡng, và hệ vi sinh vật đất để đánh giá tác động của than sinh học.

2.3. Mục tiêu đánh giá hiệu quả than sinh học từ vỏ trấu

Mục tiêu chính là đánh giá khả năng của than sinh học từ vỏ trấu trong việc cải thiện sinh trưởng và năng suất của cây cải xanh và cây dương xỉ. Từ đó, xác định liều lượng than sinh học phù hợp và đánh giá hiệu quả của việc hoạt hóa than sinh học bằng phương pháp composting. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng rộng rãi than sinh học trong nông nghiệp bền vững.

III. Phương Pháp Sản Xuất và Đánh Giá Than Sinh Học Vỏ Trấu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp nhiệt phân để sản xuất than sinh học từ vỏ trấu. Quá trình nhiệt phân được thực hiện trong điều kiện kiểm soát để tạo ra than sinh học với các đặc tính mong muốn. Sau đó, than sinh học được đánh giá về các tính chất lý hóa và sinh học. Thí nghiệm được thực hiện trong nhà lưới để kiểm soát các yếu tố môi trường. Các liều lượng than sinh học khác nhau được thử nghiệm để xác định liều lượng tối ưu cho cây cải xanh và dương xỉ. Phương pháp thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu và rút ra kết luận.

3.1. Quy trình sản xuất than sinh học bằng phương pháp nhiệt phân

Phương pháp nhiệt phân là quá trình đốt nóng vỏ trấu trong điều kiện thiếu oxy để tạo ra than sinh học. Nhiệt độ, thời gian, và tốc độ gia nhiệt là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng than sinh học. Nghiên cứu này sử dụng thiết bị nhiệt phân dạng mẻ model 500L để sản xuất than sinh học với các thông số khác nhau.

3.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng than sinh học và đất

Chất lượng than sinh học được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như pH, EC, độ ẩm, hàm lượng carbon hữu cơ, nitrogen tổng số, phosphorus dễ tiêu, và kali dễ tiêu. Chất lượng đất được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu tương tự, cũng như mật độ vi sinh vật có lợi. Các chỉ tiêu này giúp đánh giá tác động của than sinh học đến đất trồng.

3.3. Thiết kế thí nghiệm trong điều kiện nhà lưới

Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhà lưới để kiểm soát các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và ánh sáng. Các nghiệm thức khác nhau được bố trí ngẫu nhiên và lặp lại nhiều lần để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Các liều lượng than sinh học khác nhau được sử dụng để xác định liều lượng tối ưu cho sự phát triển của cây cải xanh và dương xỉ.

IV. Ứng Dụng Than Sinh Học Tăng Trưởng Cải Xanh và Dương Xỉ

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học từ vỏ trấu có tác động tích cực đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và dương xỉ. Liều lượng than sinh học tối ưu là khoảng 1 kg/m2. Việc hoạt hóa than sinh học bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế giúp tăng hiệu quả sử dụng. Cây cải xanh có chiều cao, số lượng lá, và năng suất cao hơn khi được bón than sinh học. Dương xỉ có chiều dài lá, đường kính tán, và số lượng lá tăng lên khi được bón than sinh học. Kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của than sinh học trong nông nghiệp.

4.1. Tác động của than sinh học đến chiều cao và số lá cải xanh

Than sinh học giúp tăng chiều cao và số lượng lá của cây cải xanh, cho thấy khả năng cải thiện sự phát triển của cây. Điều này có thể do than sinh học cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng và nước của cây. Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng cho thấy than sinh học là một chất cải tạo đất hiệu quả cho cây cải xanh.

4.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến kích thước và số lá dương xỉ

Than sinh học giúp tăng chiều dài lá, đường kính tán, và số lượng lá của cây dương xỉ, cho thấy khả năng cải thiện vẻ đẹp và giá trị kinh tế của cây. Điều này có thể do than sinh học cải thiện khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng cho cây. Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng cho thấy than sinh học là một chất cải tạo đất hiệu quả cho cây dương xỉ.

4.3. So sánh hiệu quả của than sinh học với phân bón truyền thống

So với phân bón truyền thống, than sinh học có ưu điểm là bền vững hơn và ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Than sinh học cũng giúp cải thiện chất lượng đất lâu dài, trong khi phân bón hóa học có thể gây thoái hóa đất. Việc sử dụng than sinh học là một lựa chọn tốt hơn cho nông nghiệp bền vững.

V. Cách Ủ Hoạt Hóa Than Sinh Học từ Vỏ Trấu Tối Ưu Nhất 2024

Nghiên cứu chỉ ra rằng hoạt hóa than sinh học bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế là một phương pháp hiệu quả. Quá trình composting giúp tăng hàm lượng dinh dưỡng và vi sinh vật có lợi trong than sinh học. Phân trùn quế cung cấp thêm dinh dưỡng và vi sinh vật cho than sinh học. Than sinh học sau khi được hoạt hóa có hiệu quả cao hơn so với than sinh học chưa được hoạt hóa. Việc sử dụng than sinh học đã hoạt hóa giúp giảm lượng phân bón cần thiết và bảo vệ môi trường.

5.1. Lợi ích của hoạt hóa than sinh học bằng composting

Composting là quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Quá trình này giúp tăng hàm lượng dinh dưỡng và vi sinh vật có lợi trong than sinh học. Than sinh học sau khi được hoạt hóa có khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng tốt hơn và cải thiện hệ vi sinh vật đất.

5.2. Vai trò của phân trùn quế trong quá trình hoạt hóa

Phân trùn quế là một loại phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng và vi sinh vật. Việc kết hợp phân trùn quế với than sinh học trong quá trình composting giúp tăng hàm lượng dinh dưỡng và vi sinh vật có lợi trong than sinh học. Phân trùn quế cũng giúp cải thiện khả năng giữ nước và cấu trúc của than sinh học.

5.3. Quy trình ủ hoạt hóa than sinh học từ vỏ trấu hiệu quả

Để ủ hoạt hóa than sinh học hiệu quả, cần trộn than sinh học, phân trùn quế, và các chất hữu cơ khác theo tỷ lệ phù hợp. Đảm bảo độ ẩm và thông khí tốt để vi sinh vật phát triển. Theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình composting. Sau khi composting hoàn tất, than sinh học sẽ có màu đen và mùi thơm đặc trưng.

VI. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Than Sinh Học

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của than sinh học từ vỏ trấu trong việc cải thiện sự sinh trưởng của cây cải xanh và dương xỉ. Việc sử dụng than sinh học là một giải pháp nông nghiệp bền vững giúp cải thiện chất lượng đất, tăng năng suất cây trồng, và bảo vệ môi trường. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa phương pháp sản xuất và ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp.

6.1. Tổng kết các kết quả chính của nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng than sinh học từ vỏ trấu có tác động tích cực đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và dương xỉ. Liều lượng than sinh học tối ưu là khoảng 1 kg/m2. Việc hoạt hóa than sinh học bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế giúp tăng hiệu quả sử dụng. Than sinh học có tiềm năng thay thế một phần phân bón hóa học trong nông nghiệp.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về than sinh học từ vỏ trấu

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa phương pháp sản xuất than sinh học từ vỏ trấu, nghiên cứu tác động của than sinh học đến các loại cây trồng khác, và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng than sinh học trong nông nghiệp. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của than sinh học đến đất trồng và cây trồng.

6.3. Ứng dụng thực tiễn và tiềm năng phát triển của than sinh học

Than sinh học có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, lâm nghiệp, và cảnh quan. Việc sử dụng than sinh học có thể giúp cải thiện chất lượng đất, tăng năng suất cây trồng, giảm sử dụng phân bón hóa học, và bảo vệ môi trường. Than sinh học cũng có thể được sử dụng để xử lý chất thải và giảm phát thải khí nhà kính.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia có nền nông nghiệp phát triển với diện tích trồng lúa đạt khoảng 7,28 triệu hecta năm 2020, sản lượng lúa ước tính đạt 42,69 triệu tấn, trong đó trấu chiếm gần 9 triệu tấn, tương đương 20% (Tổng cục Thống kê, 2022). Trấu là một trong những phế phụ phẩm nông nghiệp phong phú nhưng chưa được tận dụng hiệu quả, gây lãng phí nguồn tài nguyên hữu cơ và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Trong bối cảnh đó, than sinh học từ vỏ trấu được xem là giải pháp tiềm năng để cải thiện sức khỏe đất, tăng năng suất cây trồng và giảm phát thải khí nhà kính.

Mục tiêu nghiên cứu là sản xuất than sinh học từ vỏ trấu bằng thiết bị nhiệt phân dạng mẻ model 500L, khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng than, đồng thời đánh giá tác động của than sinh học đến sinh trưởng của cây cải xanh (Brassica juncea) và cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) trong điều kiện nhà lưới. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc hoạt hóa than sinh học bằng phương pháp composting kết hợp phân trùn quế nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trung tâm Công nghệ Sinh học TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận trong năm 2023. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp quy trình sản xuất than sinh học chất lượng cao, góp phần nâng cao sức khỏe đất, tăng năng suất cây trồng, đồng thời thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững, thân thiện môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết nhiệt phân sinh khối: Quá trình nhiệt phân trong điều kiện thiếu oxy tạo ra than sinh học với các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian nhiệt phân (Lehmann và Joseph, 2009). Than sinh học có cấu trúc rỗng xốp, diện tích bề mặt lớn, chứa các nguyên tố dinh dưỡng như carbon hữu cơ, nitrogen, phosphorus và kali.

• Mô hình tác động của than sinh học đến đất và cây trồng: Than sinh học cải thiện tính chất lý hóa đất như tăng pH, khả năng trao đổi cation (CEC), giữ nước và chất dinh dưỡng, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của hệ vi sinh vật đất, từ đó nâng cao sinh trưởng và năng suất cây trồng (Singh et al., 2010; Warnock et al., 2007).

• Khái niệm composting và hoạt hóa than sinh học: Composting là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất hữu cơ đến trạng thái ổn định, tạo ra sản phẩm compost giàu dinh dưỡng và vi sinh vật có lợi. Hoạt hóa than sinh học bằng composting kết hợp phân trùn quế giúp tăng cường khả năng cung cấp dinh dưỡng và cải thiện hiệu quả sử dụng than sinh học trong đất (Haug, 1993).

Các khái niệm chính bao gồm: than sinh học (biochar), nhiệt phân (pyrolysis), composting, phân trùn quế (vermicompost), chỉ số nảy mầm (germination index), đặc tính lý hóa đất (pH, EC, CEC), và sinh trưởng cây trồng (chiều cao, số lá, năng suất).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là vỏ trấu thu thập từ các vùng nông nghiệp tại TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận. Than sinh học được sản xuất bằng thiết bị nhiệt phân dạng mẻ model 500L tại Trung tâm Công nghệ Sinh học TP. Hồ Chí Minh.

• Phương pháp sản xuất than sinh học: Nhiệt phân vỏ trấu ở các thời gian 4, 6 và 8 giờ để khảo sát ảnh hưởng đến chất lượng than. Các chỉ tiêu phân tích gồm pH, độ dẫn điện (EC), độ ẩm, hàm lượng carbon hữu cơ (OC), tổng nitrogen (TN), phosphorus và kali dễ tiêu.

• Thí nghiệm sinh trưởng cây trồng: Thực hiện mô hình trồng cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong nhà lưới với các liều lượng bổ sung than sinh học khác nhau (0,5; 1; 1,5 kg/m2). Đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao cây, tổng số lá, chiều rộng lá, năng suất (đối với cải xanh), chiều dài lá, đường kính tán (đối với dương xỉ).

• Hoạt hóa than sinh học: Than sinh học sau nhiệt phân được phối trộn với phân trùn quế theo tỷ lệ 1:1 thể tích, ủ compost kết hợp chế phẩm vi sinh để tạo sản phẩm Vermichar. So sánh hiệu quả sử dụng Vermichar với than sinh học chưa hoạt hóa và phân trùn quế đơn lẻ.

• Phân tích số liệu: Sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá sự khác biệt giữa các nghiệm thức, với cỡ mẫu phù hợp đảm bảo độ tin cậy kết quả. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2023, bao gồm giai đoạn sản xuất than, ủ compost và thí nghiệm sinh trưởng cây trồng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng than sinh học:

   • Hiệu suất thu hồi than giảm từ 53,62 ± 1,89% (4 giờ) xuống còn 36,39 ± 0,01% (8 giờ).
   • pH, EC và độ ẩm không thay đổi đáng kể giữa các thời gian nhiệt phân.
   • Hàm lượng carbon hữu cơ, tổng nitrogen, phosphorus và kali dễ tiêu tăng theo thời gian nhiệt phân, với giá trị tối ưu ở 6 giờ: OC 1,20 ± 0,02%, TN 2,63 ± 0,01%, hệ số nảy mầm đạt 81,92 ± 8,40%.

2. Ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sinh trưởng cây cải xanh và dương xỉ:

   • Liều lượng 1 kg/m2 than sinh học cho kết quả sinh trưởng tốt nhất, tăng chiều cao cây cải xanh lên khoảng 15% so với đối chứng.
   • Tổng số lá và chiều rộng lá cải xanh tăng lần lượt 12% và 10% so với đối chứng.
   • Cây dương xỉ lá nhún cũng có chiều dài lá, đường kính tán và tổng số lá tăng đáng kể ở liều lượng này.

3. Hiệu quả của than sinh học hoạt hóa (Vermichar):

   • Vermichar đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng phân bón theo Thông tư 09/2019/TT-BNNPTNT.
   • So với than sinh học chưa hoạt hóa, Vermichar làm tăng chiều cao cây cải xanh thêm 8%, tổng số lá tăng 7%, năng suất cải xanh tăng 10%.
   • Cây dương xỉ lá nhún cũng có các chỉ tiêu sinh trưởng cải thiện rõ rệt khi sử dụng Vermichar.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy thời gian nhiệt phân 6 giờ là tối ưu để cân bằng giữa hiệu suất thu hồi than và chất lượng than sinh học, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về nhiệt phân sinh khối (Lehmann và Joseph, 2009). Việc tăng hàm lượng dinh dưỡng trong than sinh học theo thời gian nhiệt phân giúp cải thiện khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.

Ảnh hưởng tích cực của than sinh học đến sinh trưởng cây cải xanh và dương xỉ phù hợp với các báo cáo về khả năng cải thiện tính chất đất, tăng pH và CEC, cũng như hỗ trợ phát triển hệ vi sinh vật đất (Singh et al., 2010; Warnock et al., 2007). Liều lượng 1 kg/m2 được xác định là phù hợp, tránh hiện tượng mất cân bằng dinh dưỡng hoặc cố định nitrogen như một số nghiên cứu khác đã cảnh báo khi sử dụng liều cao (Borchard et al., 2014).

Việc hoạt hóa than sinh học bằng composting kết hợp phân trùn quế (Vermichar) làm tăng hiệu quả sử dụng than sinh học, nhờ bổ sung vi sinh vật có lợi và cải thiện khả năng phân giải chất hữu cơ, đồng thời giảm các tác động tiêu cực tiềm ẩn của than sinh học chưa xử lý (Haug, 1993). Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chiều cao cây, tổng số lá và năng suất giữa các nghiệm thức để minh họa rõ ràng hiệu quả của Vermichar.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình sản xuất than sinh học với thời gian nhiệt phân 6 giờ nhằm tối ưu chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi, được thực hiện tại các trung tâm công nghệ sinh học và cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ trong vòng 12 tháng.

2. Khuyến cáo sử dụng than sinh học với liều lượng 1 kg/m2 trong canh tác rau cải xanh và cây kiểng dương xỉ để đạt hiệu quả sinh trưởng tối ưu, áp dụng trong các mô hình nhà lưới và canh tác ngoài trời.

3. Phát triển sản phẩm Vermichar bằng phương pháp composting phối trộn than sinh học với phân trùn quế tỷ lệ 1:1 để nâng cao hiệu quả sử dụng, giảm thiểu tác động môi trường, triển khai thử nghiệm mở rộng trong 18 tháng tới.

4. Tổ chức tập huấn và chuyển giao công nghệ cho nông dân, doanh nghiệp và các tổ chức nghiên cứu về quy trình sản xuất và ứng dụng than sinh học, nhằm thúc đẩy áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp bền vững.

5. Theo dõi và đánh giá lâu dài tác động của than sinh học và Vermichar đến tính chất đất và năng suất cây trồng trong các điều kiện thực tế để điều chỉnh liều lượng và phương pháp sử dụng phù hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nông dân và nhà sản xuất nông nghiệp: Nắm bắt quy trình sản xuất và ứng dụng than sinh học để cải thiện đất trồng, tăng năng suất cây trồng, giảm chi phí phân bón hóa học.

2. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học: Tham khảo phương pháp sản xuất than sinh học và hoạt hóa bằng composting, phát triển sản phẩm Vermichar phù hợp với điều kiện Việt Nam.

3. Doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ và vật liệu cải tạo đất: Áp dụng quy trình sản xuất than sinh học chất lượng cao, phát triển sản phẩm mới thân thiện môi trường, đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và chính sách nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng than sinh học, thúc đẩy nông nghiệp xanh, giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Than sinh học là gì và có lợi ích gì trong nông nghiệp?
   Than sinh học là sản phẩm carbon được tạo ra từ quá trình nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu oxy. Nó giúp cải thiện tính chất đất như tăng pH, khả năng giữ nước và dinh dưỡng, đồng thời thúc đẩy phát triển vi sinh vật có lợi, từ đó nâng cao năng suất cây trồng.

2. Tại sao thời gian nhiệt phân 6 giờ được chọn là tối ưu?
   Thời gian 6 giờ cân bằng giữa hiệu suất thu hồi than (khoảng 45%) và hàm lượng dinh dưỡng cao nhất (OC 1,20%, TN 2,63%), đồng thời đạt hệ số nảy mầm trên 80%, phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng than sinh học.

3. Liều lượng than sinh học bao nhiêu là phù hợp cho cây cải xanh?
   Nghiên cứu cho thấy liều lượng 1 kg/m2 than sinh học là tối ưu, giúp tăng chiều cao cây khoảng 15% và cải thiện các chỉ tiêu sinh trưởng khác so với đối chứng, tránh hiện tượng cố định dinh dưỡng khi dùng liều cao.

4. Vermichar là gì và có tác dụng như thế nào?
   Vermichar là sản phẩm than sinh học được hoạt hóa bằng phương pháp composting phối trộn với phân trùn quế và chế phẩm vi sinh. Nó cải thiện khả năng cung cấp dinh dưỡng, tăng sinh trưởng cây trồng và đáp ứng tiêu chuẩn phân bón quốc gia.

5. Có thể áp dụng than sinh học trong điều kiện canh tác ngoài trời không?
   Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh liều lượng và theo dõi tính chất đất để tránh tăng độ mặn hoặc mất cân bằng dinh dưỡng. Nghiên cứu trong nhà lưới là bước đầu, cần thử nghiệm mở rộng trong điều kiện thực tế.

Kết luận

• Hoàn thiện quy trình sản xuất than sinh học từ vỏ trấu bằng thiết bị nhiệt phân model 500L với thời gian nhiệt phân tối ưu 6 giờ.
• Than sinh học có đặc tính lý hóa và sinh học phù hợp, hàm lượng dinh dưỡng cao, hệ số nảy mầm đạt trên 80%.
• Liều lượng bổ sung 1 kg/m2 than sinh học giúp cải thiện sinh trưởng và năng suất cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới.
• Hoạt hóa than sinh học bằng composting phối trộn phân trùn quế (Vermichar) nâng cao hiệu quả sử dụng, đáp ứng tiêu chuẩn phân bón quốc gia.
• Đề xuất áp dụng quy trình sản xuất và sử dụng than sinh học trong nông nghiệp bền vững, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong thực tế.

Hành động tiếp theo: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn, đào tạo chuyển giao công nghệ và phát triển sản phẩm Vermichar để ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I.1 Cơ sở hình thành luận văn .2 Mục tiêu nghiên cứu.3 Giả thuyết nghiên cứu .4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu .5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3 CHƯƠNG II. CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .1 Tổng quan về than sinh học .2 Nguồn gốc và lịch sử nghiên cứu của than sinh học .2 Nguyên liệu sản xuất than sinh học .3 Thành phần và cấu tạo của than sinh học .4 Công nghệ sản xuất than sinh học .2 Ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp .1 Ảnh hưởng của than sinh học đến các tính chất của đất.2 Ảnh hưởng của than sinh học đến hệ vi sinh vật đất .3 Tổng quan về phương pháp composting .4 Tổng quan về cây mô hình .1 Cây cải xanh (Brassica juncea) .2 Cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) .5 Nghiên cứu liên quan về than sinh học trong và ngoài nước. 22 CHƯƠNG III.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu .1 Vật liệu nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu.3 Nội dung nghiên cứu .1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng của than sinh học từ trấu .2 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng phối trộn than sinh học đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới .3 Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi được ủ hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sự sinh trưởng của cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún trong điều kiện nhà lưới.4 Phương pháp xử lý số liệu. 37 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến chất lượng than sinh học từ trấu.2 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của liều lượng than sinh học từ trấu đến sinh trưởng và phát triển của cây cải xanh .1 Đánh giá ảnh hưởng của than sinh học từ trấu đến tính chất của giá thể, mức độ dinh dưỡng và hệ vi sinh vật .2 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng bổ sung than sinh học từ trấu đến sinh trưởng của cây cải xanh .3 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng bổ sung than sinh học từ trấu đến sinh trưởng cây dương xỉ lá nhún .3 Kết quả đánh giá chất lượng than sinh học từ trấu sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế (VERMICHAR) .4 Thử nghiệm đánh giá hiệu quả phân bón hữu cơ VERMICHAR .1 Đánh giá chất lượng của than sinh học từ trấu sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting kết hợp với phân trùn quế ứng dụng chế phẩm vi sinh .2 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sinh trưởng của cây cải xanh .3 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của than sinh học sau khi hoạt hóa bằng phương pháp composting đến sinh trưởng của cây dương xỉ lá nhún .5 Quy trình ứng dụng than sinh học từ trấu phục vụ ngành nông nghiệp. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

79 CHƯƠNG VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO. 81 PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU PHÂN TÍCH. 85 PHỤ LỤC 2: CHỈ TIÊU ĐỊNH LƯỢNG BẮT BUỘC TRONG PHÂN BÓN.

168 PHỤ LỤC 3: CÔNG BỐ TỪ KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI. 170 viii DANH SÁCH HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1 Than sinh học từ các công nghệ nhiệt phân.2 Than sinh học từ vỏ trấu.3 Lớp đất đen Amazon (trái) so với đất rừng tự nhiên (phải).4 Tình hình đăng ký sáng chế về than sinh học từ năm 2008-2013.5 Nhiệt độ nhiệt phân đến cấu tạo của than sinh học .6 Tính chất của than sinh học thay đổi theo nhiệt độ nhiệt phân .7 Các hệ thống sản xuất than sinh học .8 Lợi ích của than sinh học đối với hệ sinh thái đất và cây trồng .9 Tiềm năng ứng dụng của than sinh học khi đưa vào hệ thống canh tác cây trồng và đất .1 Hệ thống khí hóa theo mẻ model 500L .1 Than sinh học sau khi nhiệt phân trong 04, 06, 08 giờ .2 Hình ảnh sản phẩm than sinh học từ trấu .3 Ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sinh trưởng cây cải xanh .4 Chiều cao cây của cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.5 Tổng số lá của cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.6 Chiều rộng lá trên cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.7 Năng suất của cây cải xanh (Brassica juncea) sau 42 ngày theo dõi.8 Ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sinh trưởng cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia).9 Chiều dài lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.10 Đường kính tán của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.11 Chiều rộng lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.12 Tổng số lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.13 Diễn tiến nhiệt độ môi trường và nhiệt độ đống ủ theo thời gian.14 Diễn tiến chỉ tiêu pH và EC theo thời gian.15 Diễn tiến chỉ tiêu độ ẩm và hệ số nảy mầm theo thời gian.16 Diễn tiến chỉ tiêu carbon hữu cơ và nitrogen tổng số theo thời gian.17 Diễn tiến tỷ lệ C/N theo thời gian.18 Diễn tiến chỉ tiêu phosphorus và kali dễ tiêu theo thời gian .19 Diễn tiến chỉ tiêu tổng vi khuẩn hiếu khí theo thời gian.20 Ảnh hưởng của Vermichar đến sinh trưởng của cây cải xanh .21 Chiều cao cây của cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.22 Tổng số lá của cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.23 Chỉ tiêu chiều rộng lá của cây cải xanh (Brassica juncea) theo thời gian.24 Năng suất của cây cải xanh (Brassica juncea) sau 42 ngày theo dõi.25 Ảnh hưởng của Vermichar đến sinh trưởng của cây dương xỉ lá nhún .26 Chiều dài lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.27 Đường kính tán của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.28 Chiều rộng lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.29 Tổng số lá của cây dương xỉ lá nhún (Nephrolepis cordifolia) theo thời gian.74 x DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Tiềm năng phế phụ phẩm ở Việt Nam (Tổng cục thống kê, 2015) .2 Thành phần trong các nguồn nguyên liệu phổ biến (Wendy, 2010) .3 Hàm lượng dinh dưỡng của than sinh học (Waters et al.4 Chỉ tiêu pH và CEC của than sinh học (Mai Thị Lan Anh et al.5 Hàm lượng tro, các hợp chất bay hơi và các thành phần nguyên tố khác trong các mẫu than sinh học (Mai Thị Lan Anh et al.6 Thành phần các sản phẩm từ những chế độ nhiệt phân khác nhau (Bridwater, 2007) .1 Liều lượng than sinh học trên cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún .2 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng than sinh học trên cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún .3 Ảnh hưởng của than sinh học sau khi ủ hoạt hóa trên cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún.4 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng than sinh học sau khi được ủ hoạt hóa trên cây cải xanh và cây dương xỉ lá nhún .1 Thành phần hóa lý của trấu đầu vào.2 Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến các chỉ tiêu pH, EC, độ ẩm và hệ số nảy mầm GI của than sinh học.3 Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến hàm lượng carbon hữu cơ, tổng nitrogen, phosphorus dễ tiêu và kali dễ tiêu của than sinh học.4 Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến hiệu suất tạo than sinh học.5 Tính chất hóa lý của giá thể khi được phối trộn than sinh học trước khi canh tác.6 Tính chất hóa lý của giá thể khi được phối trộn than sinh học sau khi thu hoạch.7 Mức độ dinh dưỡng của giá thể trước khi canh tác.8 Mức độ dinh dưỡng của giá thể sau khi thu hoạch.9 Mật độ vi sinh vật hiếu khí của giá thể trước khi canh tác và sau khi thu hoạch.10 Chiều cao cây của cây cải xanh (Brassica juncea).11 Tổng số lá của cây cải xanh (Brassica juncea).12 Chiều rộng lá trên cây cải xanh (Brassica juncea).13 Năng suất thực thu của cây cải xanh (Brassica juncea) .14 Chiều dài lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).15 Đường kính tán của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).16 Chiều rộng lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).17 Tổng số lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).18 Thông số nguyên liệu trước khi ủ composting.19 Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ đống ủ theo thời gian.20 Diễn tiến pH và EC theo thời gian.21 Số liệu độ ẩm và hệ số nảy mầm theo thời gian .22 Hàm lượng carbon hữu cơ, nitrogen tổng số và tỷ lệ C/N.23 Hàm lượng phosphorus dễ tiêu và kali dễ tiêu theo thời gian .24 Mật độ tổng vi khuẩn hiếu khí theo thời gian .25 Tính chất hóa lý của giá thể trước khi canh tác.26 Tính chất hóa lý của đất canh tác sau khi thu hoạch.27 Mức độ dinh dưỡng của giá thể trước khi canh tác.28 Mức độ dinh dưỡng của giá thể sau khi thu hoạch.29 Mật độ vi sinh vật hiếu khí trước khi canh tác và sau khi thu hoạch .30 Chiều cao cây của cây cải xanh (Brassica juncea).31 Tổng số lá của cây cải xanh (Brassica juncea).32 Chỉ tiêu chiều rộng lá của cây cải xanh (Brassica juncea).33 Chỉ tiêu năng suất thực thu của cây cải xanh (Brassica juncea) .34 Chiều dài lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).35 Đường kính tán của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).36 Chiều rộng lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).37 Tổng số lá của cây dương xỉ (Nephrolepis cordifolia).74 xii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA Analysis of Variance BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn CEC Cation Exchange Capacity ĐC Đối chứng EC Electrical Conductivity GI Germination Index IBI The International Biochar Intiative IRRI The International Rice Research Institute ITPS Intergovermental Technical Panel on Soil NS Non Significant – Sai biệt không có ý nghĩa NT Nghiệm thức OC Organic Carbon PCA Plate Count Agar TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Total Nitrogen TSH Than sinh học SOM Soil organic matter WCSS World Congress of Soil Science 1 CHƢƠNG I.1 Cơ sở hình thành luận văn Việt Nam là một nƣớc đƣợc thiên nhiên ƣu đãi nhiều điều kiện về khí hậu, thổ nhƣỡng để hình thành và phát triển nhiều vùng canh tác nông nghiệp khác nhau. Theo số liệu của Tổng cục thống kê (2022), diện tích trồng lúa năm 2020 ƣớc tính đạt 7,28 triệu hecta, năng suất lúa ƣớc tính đạt 58,7 tạ/hecta, diện tích gieo trồng lúa giảm theo từng năm do chuyển đổi cơ cấu sản xuất và mục đích sử dụng đất nên sản lƣợng lúa ƣớc tính đạt 42,69 triệu tấn, trong đó trấu chiếm 20% tƣơng đƣơng gần 9 triệu tấn. Trƣớc đây, hầu hết các phế phụ phẩm phát sinh sau khi thu hoạch cây trồng đƣợc ngƣời nông dân phơi khô tích trữ làm chất đốt hoặc thức ăn cho gia súc, gia cầm theo mùa vụ.