ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG VÀO XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT (Than sinh học và Phân hữu cơ)

Than sinh học

Than sinh học (Biochar) được sản xuất bằng cách nhiệt phân sinh khối trong điều kiện không có oxy [1]. Than sinh học là một chất rắn ổn định, giàu carbon và có thể tồn tại trong đất hàng nghìn năm và được sử dụng như một chất cải tạo đất. Than sinh học đã được sử dụng trong nông nghiệp để làm giàu dinh dưỡng cho đất. Than sinh học có hàm lượng carbon cao và đặc tính xốp giúp đất giữ nước, dưỡng chất và bảo vệ vi khuẩn có lợi cho đất. Than sinh học còn có đặc tính như một bể chứa Carbon tự nhiên, cô lập và giữ khí CO₂ trong đất [1]. Than sinh học có sự kết hợp chặt chẽ giữa các nguyên tố H, N, O, P, S trong các vòng thơm; chính điều này tạo ra ái lực điện tử của than, ảnh hưởng đến khả năng trao đổi cation (CEC) [2]. Điện tích bề mặt của than quyết định bản chất của sự tương tác giữa than sinh học với các hạt đất, chất hữu cơ hòa tan, khí, vi sinh vật và nước trong đất [3].

Nghiên cứu của Woongkyu Park et al. [4] đã chứng minh than sinh học là vật liệu thân thiện môi trường và có giá thành rẻ bằng cách sử dụng giấy để tạo ra than sinh học với độ dẫn điện cao thông qua miền quang phổ Terahertz. Than sinh học thu được bằng cách ủ không có oxy là một bước đột phá để tạo ra các đặc tính điện với nguồn gốc chủ yếu là do sự kết tinh của các nguyên tố cacbon trong chất nền giấy bị phân hủy nhiệt. Khi nhiệt độ ủ tăng lên, quá trình nhiệt phân và kết tinh diễn ra nhanh hơn, dẫn đến độ dẫn điện của than sinh học cao hơn và tính ổn định hóa học trong các điều kiện môi trường xung quanh [4]. Quá trình như vậy thường cần các thành phần đắt tiền và tạo ra chất ô nhiễm, điều này mâu thuẫn với việc sử dụng chất nền làm từ giấy như một nền tảng cảm biến thân thiện với môi trường và rẻ tiền.

Phân hữu cơ

Giúp cây trồng phát triển cân đối, ổn định [5]: khi bón xuống đất phân hữu cơ phân hủy thành các chất mùn chứa các loại acid humic, acid fulvic, … sẽ kích thích sự phát triển của rễ cây, giúp rễ cây dễ hấp thụ các chất dinh dưỡng.

Tăng hàm lượng dinh dưỡng, cung cấp chất mùn, cân bằng vi sinh vật trong đất [6, 7]: các chất hữu cơ trong đất được phân giải và tích lũy dần giúp hàm lượng dinh dưỡng trong đất ngày càng cao dưới tác động của môi trường. Phân hữu cơ phân giải tạo ra chất mùn, tạo nên sự kết dính của kết cấu đất. Nhờ có kết cấu mà đất trở nên tơi xốp, thông thoáng tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển.

Hạn chế sự rửa trôi và xói mòn đất [8]: các chất hữu cơ được phân giải sẽ kết hợp với các chất khoáng dinh dưỡng trở thành các phức hệ hữu cơ – khoáng có tác dụng trong việc làm giảm sự rửa trôi, xói mòn các chất dinh dưỡng. Ngoài ra với các chất mùn có trong phân hữu cơ sẽ làm tăng tính ổn định của kết cấu đất, chính vì thế bảo vệ được cấu trúc đất, hạn chế tối đa việc xói mòn.

Cải tạo đất trồng [9]: phân bón hữu cơ có công dụng rất tốt trong việc cải tạo đất trồng, đặc biệt đối với đất cát, đất bạc màu. Phân hữu cơ tác động mạnh đến cấu trúc đất, cải thiện các tính chất lý, hóa, sinh học của đất ngày càng trở nên tốt hơn.

Thân thiện với môi trường [10]: phân hữu cơ có thể phân hủy hết trong điều kiện tự nhiên. Các chất có gốc muối sulfate, clorinate, nitrate, … có trong phân hóa học khi kết hợp với các ion tự do trong đất sẽ tạo thành các acid làm đất bị chua, khi các chất độc này ngấm xuống nước sẽ gây ô nhiễm nguồn nước. Phân bón hữu cơ làm tăng kết cấu của đất, giúp đất trở thành một bộ máy lọc thông minh, lọc các chất độc có trong đất, nước rồi từ từ phân hủy hoặc làm giảm tính độc của chúng, giúp bảo vệ môi trường, an toàn cho con người.

ThS. Nguyễn Tân Xuân Tùng

Bộ môn Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

Email: ntxtung@ntt.edu.vn

Tài Liệu Tham Khảo

[1]        L. Wang et al., “Biochar aging: mechanisms, physicochemical changes, assessment, and implications for field applications,” Environmental Science & Technology, vol. 54, no. 23, pp. 14797-14814, 2020.

[2]        M. Ahmad et al., “Biochar as a sorbent for contaminant management in soil and water: a review,” Chemosphere, vol. 99, pp. 19-33, 2014.

[3]        A. Tomczyk, Z. Sokołowska, and P. Boguta, “Biochar physicochemical properties: pyrolysis temperature and feedstock kind effects,” Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, vol. 19, no. 1, pp. 191-215, 2020.

[4]        W. Park, H. Kim, H. Park, S. Choi, S. J. Hong, and Y.-M. Bahk, “Biochar as a low-cost, eco-friendly, and electrically conductive material for terahertz applications,” Scientific reports, vol. 11, no. 1, pp. 1-8, 2021.

[5]        S. Zhao, Liu, D., Ling, N., Chen, F., Fang, W., & Shen, Q., “Bio-organic fertilizer application significantly reduces the Fusarium oxysporum population and alters the composition of fungi communities of watermelon Fusarium wilt rhizosphere soil,” Biology and Fertility of Soils, 2014.

[6]        W. Y. Dong, Zhang, X. Y., Dai, X. Q., Fu, X. L., Yang, F. T., Liu, X. Y., … & Schaeffer, S., “Changes in soil microbial community composition in response to fertilization of paddy soils in subtropical China,” Applied Soil Ecology, 2014.

[7]        J. Li, Wu, X., Gebremikael, M. T., Wu, H., Cai, D., Wang, B., … & Xi, J, ” Response of soil organic carbon fractions, microbial community composition and carbon mineralization to high-input fertilizer practices under an intensive agricultural system,” PLoS One, 2018.

[8]        Y. Shi, Liu, X., & Zhang, Q., “Effects of combined biochar and organic fertilizer on nitrous oxide fluxes and the related nitrifier and denitrifier communities in a saline-alkali soil.,” Science of the total environment, 2019.

[9]        W. Li, Zhang, F., Cui, G., Wang, Y., Yang, J., Cheng, H., … & Zhang, L., “Effects of bio-organic fertilizer on soil fertility, microbial community composition, and potato growth,” Science Asia, 2021.

[10]      M. Kaiser, Ellerbrock, R. H., & Gerke, H. H., “Long‐term effects of crop rotation and fertilization on soil organic matter composition,” European Journal of Soil Science, 2007.