Nghiên cứu khả năng phân giải và cung cấp dinh dưỡng của phụ phẩm mía đường vùi làm phân bón cho mía vùng Lam Sơn Thanh Hoá

TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 61 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI VÀ CUNG CẤP DINH DƯỠNG CỦA PHỤ PHẨM MÍA ĐƯỜNG VÙI LÀM PHÂN BÓN CHO MÍA VÙNG LAM SƠN THANH HOÁ Trần Công Hạnh1, Lê Đức Liên2 1Khoa Nông – Lâm – Ngư nghiệp, trường Đại học Hồng Đức 2Phòng QLKH&HTQT, trường Đại học Hồng Đức TÓM TẮT Các thí nghiệm trong chậu nghiên cứu khả năng phân giải, khả năng cung cấp dinh dưỡng của phụ phẩm mía đường vùi làm phân bón và ảnh hưởng của chúng đến một số đặc tính nước quan trọng của đất được thực hiện trên loại đất xám điển hình (Haplic Acrisol) vùng mía Lam Sơn Thanh Hoá. Kết quả nghiên cứu cho thấy: sau 6 tháng vùi trong đất, ngọn lá mía đã bắt đầu phân giải và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, đồng thời làm tăng hàm lượng nước hữu hiệu trong đất do mức tăng về độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa cao hơn so với mức tăng về độ ẩm cây héo, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm đất được duy trì thường xuyên ở mức 60-70% độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa và bón phối hợp với bùn thải nhà máy đường. Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng có thể trả lại cho đất trung bình 104N; 12P2O5; 55K2O và 60N; 66P2O5; 43K2O khi vùi 30 tấn/ha ngọn lá mía và vùi 15 tấn/ha bùn thải nhà máy đường, tương ứng. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, các vùng đất dốc nước ta thường bị xói mòn, rửa trôi mạnh làm cho tỷ lệ sét, tỷ lệ chất hữu cơ trong đất giảm nhanh, quá trình tích luỹ tương đối sắt nhôm tăng, đất chua và khoáng sét trong đất cũng bị biến đổi theo hướng bất lợi cho độ phì nhiêu đất. Vì vậy, vấn đề sử dụng tàn dư cây trồng và các phụ phẩm công nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm để làm phân bón trong một chế độ bón vô cơ - hữu cơ hợp lý, có ý nghĩa rất lớn đối với việc nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng, cải thiện độ phì nhiêu đất, hạn chế ô nhiễm môi trường đất, nước. Đề tài nghiên cứu khả năng phân giải và cung cấp dinh dưỡng của phụ phẩm mía đường (PPMĐ) vùi làm phân bón cho mía nhằm mục đích: xác định số lượng, thành phần hoá học, khả năng phân giải và cung cấp dinh dưỡng của PPMĐ vùi làm phân bón và ảnh hưởng của chúng đến một số đặc tính nước quan trọng của đất. Thông qua kết quả nghiên cứu, khẳng định khả năng vận dụng lý luận “Hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp - Intergrated Plant Nutrition System - IPNS” trong việc xây dựng chế độ phân bón hợp lý, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả sản xuất và phát triển bền vững các vùng nguyên liệu mía đồi. TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 62 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Vật liệu nghiên cứu: Đất xám điển hình (Haplic Acrisol) vùng mía Lam Sơn Thanh Hoá; ngọn lá mía (NLM) sau thu hoạch, bùn thải (BT) nhà máy đường và phân chuồng (PC). - Phương pháp nghiên cứu: + Điều tra thực tế sản xuất nhằm xác định số lượng PPMĐ có thể trả lại cho đất. + Bố trí thí nghiệm trong phòng, kết hợp với phân tích hoá học một số chỉ tiêu về đất, phân và cây theo các phương pháp phân tích hiện hành, nhằm xác định thành phần hoá học, khả năng phân giải, khả năng cung cấp dinh dưỡng của PPMĐ và ảnh hưởng của chúng đến một số đặc tính nước quan trọng của đất đồi trồng mía. + Xử lý số liệu thí nghiệm, tính giới hạn sai khác có ý nghĩa (LSD05) ở mức xác xuất 95% theo chương trình IRRISTAT. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Số lượng, thành phần hoá học và lượng các chất dinh dưỡng cơ bản có thể trả lại cho đất của phụ phẩm mía đường 3.1.1. Đối với ngọn lá mía sau thu hoạch Trong thực tế sản xuất, số lượng, thành phần hoá học và lượng các chất dinh dưỡng cơ bản có thể trả lại cho đất của NLM sau mỗi vụ thu hoạch có sự biến động lớn, tuỳ thuộc vào giống mía, mức năng suất, tập quán và kỹ thuật canh tác, trình độ quản lý của từng hộ, từng cơ sở sản xuất. Do vậy, để đảm bảo đánh giá một cách tương đối chính xác, chúng tôi tiến hành xác định số lượng NLM sau thu hoạch tại các ruộng thí nghiệm so sánh giống chính qui của Trung tâm Nghiên cứu Mía Công ty Đường Lam Sơn, đồng thời phân tích thành phần hoá học và tính lượng các chất dinh dưỡng cơ bản có thể trả lại cho đất. Kết quả trình bày ở các bảng 1-3: Bảng 1. Số lượng NLM sau thu hoạch (số liệu trung bình 3 vụ: 1 tơ, 2 gốc) Giống mía Chiều cao cây khi thu hoạch (cm) Mật độ cây khi thu hoạch (cây/m2) Năng suất mía (tấn/ha) Số lượng NLM (tấn/ha) Tỷ lệ NLM/ năng suất mía (%) F134 293,85 5,15 64,81 28,54 43,95 ROC1 323,71 5,27 74,69 32,38 43,38 ROC10 292,42 5,52 80,52 35,13 43,58 VĐ63-237 293,40 5,02 79,92 25,23 31,55 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 63 Bảng 2. Thành phần hoá học cơ bản của NLM sau thu hoạch (vụ mía tơ) N P2O5 K2O Giống mía Nước (%) Chất khô (%) (% so với chất khô) ROC1 67 33 4,09 0,13 0,54 ROC10 66 34 1,02 0,11 0,54 VĐ63-237 65 35 0,94 0,12 0,54 Trung bình 66 34 1,02 0,12 0,54 Bảng 3. Lượng các chất dinh dưỡng đa lượng có thể trả lại cho đất của NLM Lượng trả lại cho đất (kg/ha) Giống mía Khối lượng NLM tươi (tấn/ha) Khối lượng NLM khô (tấn/ha) N P2O5 K2O ROC1 32,38 10,69 116,52 13,90 57,73 ROC10 35,13 11,94 121,79 13,13 64,48 VĐ63-237 25,23 8,83 83,00 10,60 47,68 Trung bình 30,91 10,51 106,15 12,61 56,75 Kết quả ở bảng 1 - 3 cho thấy: - Số lượng NLM tồn lại trên đồng sau mỗi vụ thu hoạch biến động trong khoảng 25-35 tấn/ha (trung bình 30 tấn/ha), tuỳ thuộc chủ yếu vào giống và mức năng suất mía. Với mức năng suất mía trung bình 80 tấn/ha, số lượng NLM của ROC10 là 31-38 tấn/ha, của VĐ63-237 là 22-28 tấn/ha, bằng 43% và 21% năng suất mía, tương ứng. Năng suất mía càng cao, số lượng NLM càng nhiều và ngược lại. - Sau mỗi vụ thu hoạch, nếu vùi trả lại toàn bộ NLM thì tuỳ theo giống, mỗi ha có thể trả lại cho đất 83,00 - 121,79N; 1,60 - 13,90P2O5 và 47,68 - 64,48K2O (trung bình 104N; 12P2O5 và 55K2O nếu vùi 30 tấn/ha) đó là chưa kể đến các nguyên tố trung, vi lượng khác. Ngoài ra còn phải tính đến tác dụng cải tạo nâng cao độ phì nhiêu đất thông qua việc cải thiện chế độ mùn và các đặc tính lý học, sinh học của đất. Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các vùng đất đồi xấu, khô hạn. 3.1.2. Đối với bùn thải nhà máy đường Số lượng, thành phần hoá học và lượng các chất dinh dưỡng đa lượng có thể trả lại cho đất của BT nhà máy đường sau mỗi vụ chế biến cũng có sự biến động lớn, tuỳ thuộc vào công suất, phương pháp chế biến và chất lượng mía nguyên liệu đầu vào (bao gồm cả chất lượng nước mía ép và tỷ lệ tạp chất thô). Trong điều kiện thiết bị và công nghệ TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 64 hiện tại của Nhà máy Đường Lam Sơn, tỷ lệ BT chiếm 3,0 - 3,5% tổng sản lượng mía nguyên liệu đưa vào chế biến. Với công suất ép 6.000 tấn mía cây/ngày, thời gian ép 150 ngày/năm thì lượng BT tươi thải ra từ 27.000-31.000 tấn/vụ. Kết quả phân tích thành phần hoá học BT trình bày ở bảng 4: Bảng 4. Thành phần hoá học bùn thải Nhà máy Đường Lam Sơn (Chế biến theo phương pháp Carbonate hoá) N P2O5 K2O Nguyên liệu pH Nước (%) Chất khô (%) (% so với chất khô) Bùn thải 6,9 76 24 1,68 1,84 1,20 Như vậy, trong thành phần BT, nước chiếm 76%, chất khô chỉ chiếm 24%. Trong phần chất khô thì lân chiếm tỷ lệ cao nhất, tiếp đến là đạm và thấp nhất là kali. Nếu bón trung bình 15 tấn/ha BT (theo khối lượng tươi) thì có thể trả lại cho đất 60,48N; 66,24P2O5 và 43,20K2O. 3.2. Khả năng cung cấp chất hữu cơ cho đất của PPMĐ vùi làm phân bón Xuất phát từ quan điểm cho rằng, việc cung cấp dinh dưỡng của chất hữu cơ cho cây chủ yếu được thông qua hai quá trình mùn hoá và khoáng hoá, chúng tôi bố trí thí nghiệm trong vại, lấy đất ủ với các nguyên liệu hữu cơ khác nhau để tìm hiểu diễn biến hàm lượng các chất hữu cơ trong đất theo 4 công thức: (1) ĐC: Đất không vùi chất hữu cơ; (2) Đất vùi 30 tấn NLM/ha; (3) Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT /ha; (4) Đất vùi 20 tấn PC/ha. Thí nghiệm được bố trí trong hai điều kiện để tự nhiên ngoài trời và tưới ẩm thường xuyên (60-70% độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa), nhắc lại 4 lần. Sau thời gian vùi 6 tháng, lấy mẫu đất ở các công thức (trộn đều giữa các lần nhắc lại) để phân tích xác định diễn biến hàm lượng chất hữu cơ tổng số. Kết quả trình bày ở bảng 5: Bảng 5. Diễn biến chất hữu cơ trong đất sau 6 tháng vùi PPMĐ Chất hữu cơ tổng số (%) Sau khi vùi 6 tháng Công thức Trước khi vùi Tưới ẩm Để tự nhiên 1. ĐC: Đất không vùi chất hữu cơ 1,40 1,40 1,40 2. Đất vùi 30 tấn NLM/ha 1,40 1,46 1,43 3. Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha 1,40 1,49 1,46 4. Đất vùi 20 tấn PC/ha 1,40 1,50 1,47 (Ghi chú: tỷ lệ chất khô của NLM là 34%, BT là 24%, PC là 32%) Kết quả ở bảng 5 cho thấy, so với đối chứng, hàm lượng chất hữu cơ trong đất ở các công thức vùi chất hữu cơ có xu hướng tăng lên sau thời gian vùi 6 tháng, trong đó điều TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 65 kiện tưới ẩm thường xuyên tăng cao hơn so với để tự nhiên ngoài trời. So với vùi 20 tấn PC, vùi 30 tấn NLM/ha hàm lượng chất hữu cơ tăng thấp hơn, nhưng khi vùi phối hợp 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha thì hàm lượng chất hữu cơ tăng gần tương đương, trong cả hai điều kiện tưới ẩm thường xuyên và để tự nhiên ngoài trời, tương ứng. 3.3. Khả năng cung cấp dinh dưỡng của PPMĐ sau 6 tháng vùi Đồng thời với việc lấy mẫu phân tích hàm lượng chất hữu cơ tổng số trong đất, chúng tôi tiến hành lấy đất trong vại để bố trí thí nghiệm trong chậu theo phương pháp “Neubauer” với ngô làm cây chỉ thị, nhằm đánh giá khả năng cung cấp dinh dưỡng của PPMĐ sau thời gian vùi 6 tháng, ở cả hai điều kiện tưới ẩm thường xuyên và để tự nhiên ngoài trời theo 4 công thức: (1) ĐC: Đất không vùi chất hữu cơ; (2) Đất vùi 30 tấn NLM/ha; (3) Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha; (4) Đất vùi 20 tấn PC/ha, nhắc lại 4 lần. Chênh lệch về năng suất chất khô của ngô (thu hoạch sau khi ngô ngừng sinh trưởng) so với công thức đối chứng thể hiện khả năng cung cấp dinh dưỡng của các vật liệu hữu cơ vùi làm phân bón. Kết quả trình bày ở bảng 6: Bảng 6. Ảnh hưởng của vùi PPMĐ đến năng suất chất khô của ngô Năng suất chất khô (g/chậu) Công thức Tưới ẩm Để tự nhiên 1. ĐC: Đất không vùi chất hữu cơ 11,63 11,60 2. Đất vùi 30 tấn NLM/ha 16,98 14,79 3. Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha 18,65 15,16 4. Đất vùi 20 tấn PC/ha 20,17 16,85 LSD05 1,07 0,84 Kết quả ở bảng 6 cho thấy, năng suất chất khô của ngô ở công thức vùi 30 tấn NLM/ha thấp hơn so với công thức vùi 20 tấn PC/ha và công thức vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha, nhưng tăng cao hơn so với công thức đối chứng không vùi chất hữu cơ ở mức độ rất đáng tin cậy: tăng 27,5% và 46,0% ở điều kiện để tự nhiên ngoài trời và tưới ẩm thường xuyên, tương ứng. Điều này chứng tỏ NLM sau khi vùi 6 tháng đã bắt đầu phân giải và cung cấp dinh dưỡng cho cây, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm đất được duy trì thường xuyên ở mức 60-70% độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa. 3.4. Ảnh hưởng của vùi PPMĐ đến một số đặc tính nước quan trọng của đất Nhằm xác định ảnh hưởng của vùi PPMĐ đến một số đặc tính nước quan trọng của đất, chúng tôi lấy đất trong vại đã vùi các nguyên liệu hữu cơ sau 6 tháng, ở cả 2 điều kiện tưới ẩm thường xuyên và để tự nhiên ngoài trời, để bố trí thí nghiệm xác định độ ẩm cây héo theo phương pháp “Sunflower” với đậu đen làm cây chỉ thị. Chênh lệch độ ẩm hữu hiệu giữa các công thức so với đối chứng thể hiện khả năng cải thiện đặc tính nước của đất khi vùi các nguyên liệu hữu cơ. Kết quả trình ở bảng 7: TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 66 Kết quả ở bảng 7 cho thấy, so với công thức đối chứng, vùi các nguyên liệu hữu cơ làm tăng các chỉ tiêu độ ẩm cây héo và sức chứa ẩm đồng ruộng tối đa của đất, trong cả hai điều kiện tưới ẩm và để tự nhiên ngoài trời. Tuy nhiên, mức tăng về độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa cao hơn nhiều so với mức tăng về độ ẩm cây héo, mức tăng các chỉ tiêu này ở điều kiện tưới ẩm thường xuyên cao hơn để tự nhiên ngoài trời, do vậy lượng nước hữu hiệu trong đất cũng tăng lên một cách tương ứng. Bảng 7. Ảnh hưởng của vùi PPMĐ đến một số đặc tính nước quan trọng của đất Sức chứa ẩm đồng ruộng tối đa Độ ẩm cây héo Độ ẩm hữu hiệu Điều kiện Công thức (% đất khô tuyệt đối) 1. ĐC: đất không vùi chất hữu cơ 35,16 11,45 23,71 2. Đất vùi 30 tấn NLM/ha 38,63 11,87 26,76 3. Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha 39,47 11,98 27,49 Tưới ẩm 4. Đất vùi 20 tấn PC/ha 38,80 11,85 26,95 1. ĐC: đất không vùi chất hữu cơ 35,13 11,45 23,68 2. Đất vùi 30 tấn NLM/ha 37,64 11,83 25,81 3. Đất vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha 38,35 11,96 26,39 Để tự nhiên 4. Đất vùi 20 tấn PC/ha 38,58 11,84 26,74 So với vùi 20 tấn PC/ha, vùi 30 tấn NLM/ha ở điều kiện tự nhiên ngoài trời, lượng nước hữu hiệu trong đất thấp hơn gần 1%. Tuy nhiên khi được tưới ẩm thường xuyên, sự khác biệt lại hầu như không đáng kể, thậm chí lượng nước hữu hiệu cao hơn trong trường hợp vùi 15 tấn NLM + 15 tấn BT/ha. Điều này một lần nữa khẳng định tốc độ phân giải nhanh của NLM vùi và có thể coi đây là một trong những giải pháp khả thi, nhằm cải thiện chế độ nước của đất trồng mía vùng đồi khô hạn. 4. KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ Sau mỗi vụ thu hoạch, tuỳ theo giống và mức năng suất mía, lượng NLM tồn lại trên đồng bằng 30-40% năng suất mía cây. Vùi 30 tấn NLM/ha có thể trả lại cho đất 104N; 12P2O5 và 55K2O. Lượng BT nhà máy đường bằng 3-5% sản lượng mía nguyên liệu đưa vào chế biến. Vùi 15 tấn BT/ha có thể trả lại cho đất 60N; 66P2O5 và 43K2O. NLM sau khi vùi 6 tháng đã bắt đầu phân giải và cung cấp dinh dưỡng cho cây, đồng thời làm tăng hàm lượng nước hữu hiệu trong đất do mức tăng về độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa cao hơn so với mức tăng về độ ẩm cây héo, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm đất được duy trì thường xuyên ở mức 60-70% độ chứa ẩm đồng ruộng tối đa và bón phối hợp với BT nhà máy đường. TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 2. 2009 67 Đề nghị bố trí lặp lại thí nghiệm trong điều kiện sản xuất cụ thể ngoài đồng ruộng nhằm khẳng định kết quả nghiên cứu và bổ sung qui trình kỹ thuật thâm canh mía, góp phần tăng năng suất, chất lượng, hiệu quả sản xuất và phát triển bền vững các vùng nguyên liệu mía đồi khô hạn./. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Bộ, Quản lý dinh dưỡng và nước cho cây trồng trên đất dốc miền Bắc Việt Nam. Hội thảo về quản lý dinh dưỡng và nước cho cây trồng trên đất dốc miền Bắc Việt Nam. Viện Thổ nhưỡng Nông Hoá - Viện Kali và Lân Bắc Mỹ. Hà Nội. 13- 14/01/1977. Tr. 3-5. [2]. Tôn Thất Chiểu; Lê Thái Bạt, Đất dốc và sản xuất lâu bền. Hội thảo về quản lý dinh dưỡng và nước cho cây trồng trên đất dốc miền Bắc Việt Nam. Viện thổ nhưỡng Nông Hoá - Viện Kali và Lân Bắc Mỹ. Hà Nội. 13-14/01/1977. Tr. 30-37. [3] Nguyễn Thị Dần; Lê Duy Mì; Nguyễn Thị Lan, Ảnh hưởng của chất hữu cơ đến một số tính chất vật lý - nước trong mối quan hệ với độ phì nhiêu thực tế của đất trồng cạn (đất bạc màu Hà Bắc). Đề tài KH-01-01. Viện Thổ Nhưỡng Nông Hoá. Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội. 1995. Tr. 79-89. [4] Bùi Đình Dinh, Yếu tố dinh dưỡng hạn chế năng suất cây trồng và chiến lược quản lý dinh dưỡng để phát triển nền nông nghiệp bền vững. Đề tài KH-01-01. Viện Thổ Nhưỡng Nông Hoá. Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội. 1995. Tr. 5-32. [5] Trần Khải, Bàn về nghiên cứu thổ nhưỡng nông hoá đất dốc trung du miền núi. Hội thảo về quản lý dinh dưỡng và nước cho cây trồng trên đất dốc miền Bắc Việt Nam. Viện Thổ nhưỡng Nông Hoá - Viện Kali và Lân Bắc Mỹ. Hà Nội. 13- 14/01/1977. Tr. 6-7. [6] Thái Phiên, Những yếu tố hạn chế canh tác nông nghiệp trên đất dốc ở Việt Nam. Hội thảo về quản lý dinh dưỡng và nước cho cây trồng trên đất dốc miền Bắc Việt Nam. Viện Thổ nhưỡng Nông Hoá - Viện Kali và Lân Bắc Mỹ. Hà Nội. 13- 14/01/1977. Tr. 38-46. [7] Vũ Hữu Yêm, Trả lại thân lá cây trồng cho đất. Tuyển tập các công trình nghiên cứu khoa học và kỹ thuật Nông nghiệp (phần trồng trọt). Bộ Nông nghiệp. Nhà xuất bản Nông nghiệp. Hà nội. 1980. Tr 162-164. [8] Bergonia, F.A; Mendoza, T.C; Celestino, E.A. and Andam, C.J., Developing trash farming practices in sugarcane production. Philippines Technology Journal (Philippines). 1990. V 15 (2) p. 1-4. Apr. 5 refs. [9] Ignazi, J.C. Use of organic materials and minerals fertilizers in an intergrated nuitrition system in French farming. In: Intergrated Nuitrition Sustem in French farming. Edith by Dudal, R. Roy, R. N. Plant Nutrition Managemnet Sevice. FAO Land and Water Development Division. Rome. 1995. p. 385-390.