PHÂN LOẠI VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM PHÂN TAN CHẬM, CÓ KIỂM SOÁT VÀ CHẤT ỨC CHẾ NITRATE HÓA VÀ ỨC CHẾ ENZYME UREASE.

Ngoài sự cạnh tranh hấp thu dinh dưỡng giữa đất và rễ cây còn có sự tương tác phức tạp hơn nữa giữa rễ cây và vi sinh vật trong đất: phứn ứng hóa lý trong các hạt keo đất và đất dẫn đến sự tổn thất về mặt dinh dưỡng đối với cây trồng. Hầu hết các biến đổi dinh dưỡng trải qua trong đất/ dung dịch đất phụ thuộc vào nồng độ. Bất kỳ sự thừa thãi chất dinh dưỡng mà không được thực vật hấp thụ đều trải qua 3 loại quá trình/ phản ứng làm giảm tính khả dụng của chúng đối với cây trồng.

• Vi sinh vật: ví dụ như quá trình nitrate hóa, khử nitrate, cố định nito…
• Hóa học: trao đổi, cố định, kết tủa, thủy phân
• Vật lý: rò rỉ, phân hủy, bay hơi

Thực hành quản lý tốt phân bón (FBMPs) cho việc áp dụng các chất dinh dưỡng thực vật phải tránh dư thừa các loại dinh dưỡng tồn dư trong đất nhằm tăng hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng, giảm tác động bất lợi cho môi trường. Tuy nhiên hệ thống rễ hầu hết các loại cây trồng chỉ có thể phát triển 20-25% thể tích trong đất trong bất kỳ năm nào. Do đó lượng chất dinh dưỡng trong đất không chỉ phụ thuộc thời kỳ phát triển cây trồng mà còn phụ thuộc tỷ lệ vận chuyển chất dinh dưỡng trong rễ theo số lượng và chất lượng.

Việc áp dụng phân bón N thông thường, đặc biệt là chỉ áp dụng một lần dẫn đến số lượng quá lớn trong giai đoạn đầu tăng trưởng và quá ít ở giai đoạn sau. Với cây trồng theo mùa sự hấp thu các chất dinh dưỡng đa lượng nói chung là sigmoidal (dạng chữ S). Tính phù hợp về nhu cầu dinh dưỡng cây trồng và lượng phân sẵn có được biểu thị bằng sơ đồ.

Dựa trên hình 1, phân bón lý tưởng giải phóng các chất dinh dưỡng theo mô hình chữ S để dinh dưỡng tối ưu cho cây và giảm tổn thất dinh dưỡng cho cây trồng. Lammel (2005) tuyên bố một mô hình cung cấp chất dinh dưỡng dạng chữ S có thể thu được bằng “khái niệm thúc đẩy phân bón hiệu quả” tức là sử dụng phân bón N trong quá trình sinh trưởng của cây trồng bằng cách chia nhỏ như hình 2.

Trong thực tế đã áp dụng các hệ thống canh tác thâm canh (các nước châu Âu) áp dụng mô hình “khái niệm thúc đẩy phân bón hiệu quả” dẫn đến hiệu quả cao trong sử dụng chất dinh dưỡng/ nitơ, làm giảm tác động xấu đến môi trường. Chi phí cho việc sử dụng N theo cách như vậy bao gồm phân tích trên thực vật có thể tương đương hoặc có lợi hơn việc sử dụng phân bón chất hoặc các chất ức chế urease và nitrate hóa. Tuy nhiên có một số hạn chế khi sử dụng theo hệ thống, nó đòi hỏi các chi phí năng lượng, giảm khả năng lao động tại trang trại, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và đồng ruộng, khả năng truy tìm nguồn gốc trên đồng ruộng bị hạn chế hoặc không truy tìm được, có thể bị mối nguy mất thời kỳ cửa sổ thuận lợi cho bón phân.

Tùy thuộc vào loại hình nông nghiệp, một số nông dân thích sử dụng phân tan chậm thay vì chia lượng phân thông thường. Ví dụ như ở Shoji Nhật bản (2005) cho thấy sự phát triển của phân bón tan chậm, có kiểm soát dẫn đến sự thay đổi về công nghệ nông học cho các loại cây trồng khác nhau gồm các khái niệm mới về ứng dụng phân bón.

Hạn chế của việc chia ra bón phân nhiều lần:

• Nhiều lần sử dụng làm tăng chi phí, nhiên liệu, vận chuyển và nhân công làm ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế, môi trường và xã hội.
• Sử dụng trên bề mặt không hiểu quả: Dễ biến động và không cố định, còn tồn dư trên bề mặt, thiếu sự hấp thu của lá.
• Sử dụng bón trong đất có thể làm hỏng cây trồng
• Nguy cơ bị nhỡ thời kỳ cửa sổ.

Trong thực tế việc đồng bộ giữa bổ sung và hấp thu có thể đáp ứng bằng cách sử dụng phân bón có kiểm soát tốt hơn. Tuy nhiên để tìm phân bón tan chậm hoặc kiểm soát tối ưu cần phải dự đoán tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng. Một mô hình khái niệm giải phóng chất dinh dưỡng từ phân bón phủ được đưa ra bởi Shaviv (2005) và Shoji và Takahashi (1999), cũng có thể tham khảo Hara (2000) và Wang cùng đồng sự (2005).

Phân bón được phủ bằng vật liệu kỵ nước, đặc biệt là các loại được phủ polymer cho sự kiểm soát hợp lý khi hòa tan. Phân bón tan chập có kiểm soát phủ polymer ít nhạy cảm với điều kiện của đất (Salman và đồng sự 1990). Mô hình giải phóng từ phân bón theo đồ thị parabol (có hoặc không điểm bùng nổ), giải phóng dinh dưỡng tuyến tính và đồ thị chữ S. Các mô hình giải phóng tuyến tính và chữ S đồng bộ tốt hơn với sự hấp thu chất dinh dưỡng của thực vật so với giải phóng dinh dưỡng dạng parabol (Shaviv 1996, 2001, 2005).

Sự giải phóng ure từ phân ure phủ lưu huỳnh (SCU) thường theo mô hình Parabol, tuy nhiên nếu có vết nứt trên lớp phủ, SCU sẽ ngay lập tức giải phóng 1/3 hoặc hơn lượng ure của nó, đôi khi được ký hiệu là bùng nổ “brust” khi tiếp xúc với nước (Shaviv 2005), khoảng 1/3 được giải phóng sau đó cung cấp dinh dưỡng cho thực vật (hiệu ứng khóa chặt “lock-off”) (Goet 1995, Jiang và đồng sự 2005, Shaviv 2001, 2005). Để cải thiện khả năng chống suy giảm của SCU tốt nhất là sử dụng lớp kép giữa lưu huỳnh và polymer (Yang và đồng sự 2006).

Chế tạo phân tan chậm và có kiểm soát được phân loại thành giải phóng tuyến tính và chữ S (Shoji và Gandeza 1992) và một lời giải thích tốt về sự giải phóng các chất dinh dưỡng được đưa ra bởi Fujita và Shoji (1999) sử dụng Meister (bọc/ bao gói ure) như hình mẫu. Ví dụ về các công thức giải phóng tuyến tính là 20, 30, 40, 50, 70, 100 (Meister® 15) 140, 180 và 270, với công thức hình chữ S là S30, S40, S60, S80, S100, S120, S160, S200 và SS100 ngày trong đó 80% chất dinh dưỡng được giải phóng ở 25^oC. Ví dụ Meister®-7 (urea) cho thấy giải phóng tuyến tính và cần 70 ngày để giải phóng 80% chất dinh dưỡng trong nước ở 20^oC, trong khi Meister®-S7 (ure) có thời gian trễ (lag) 35 ngày và cần thêm 35 ngày để giải phóng 80% dinh dưỡng ở 20^oC (Fujita và Shoji 1999). Mô hình giải phóng chữ S chỉ ra rằng việc giải phóng các chất dinh dưỡng chỉ bắt đầu sau một thời gian trễ nhất định, tức là một số ngày nhất định sau khi sử dụng, SS100 có thời gian trễ dài hơn (70 ngày) so với S100 (45 ngày), loại Meister® phổ biến nhất. Những thời gian trễ này đáp ứng yêu cầu của nông dân.

Tại Nhật Bản, nông dân có thể có được thông tin về mô hình giải phóng nito và vị trí các công thức giải phóng dạng chữ S từ các nhà sản xuất phân bón, hợp tác xã nông nghiệp và các viện nghiên cứu nông nghiệp. Tất cả đều có cơ sở dữ liệu về nhiều loại cây trồng được trồng bằng Meister® hoặc phân mềm để liên kết việc giải phóng chất dinh dưỡng theo nhiệt độ đất (Tachibana 2008, hình 4). Phân bón hỗn hợp được phủ Polyolefin (NPK) có tên Nutricote® được sản xuất bởi Chissoasahi sử dụng các bằng sáng chế sản xuất tương tự như Meister® (Shoji và Gandeza 1992). Chúng có cả kiểu giải phóng tuyến tính và chữ S với thời gian rộng (40 đến 360 ngày ở 25^oC) và các thành phần khác nhau của dinh dưỡng đa lượng.

Công thức cho Nutricote® được quyết định theo tỷ lệ giải phóng nito, thường xuất hiện ở nồng độ lớn nhất. Nutricote® được sản xuất hàng năm vào khoảng 30.000 tấn và được sử dụng chủ yếu cho cây trồng và cây trà ở Nhật Bản, dùng cho cây cảnh và hoa tại Mỹ. Fujita và cộng sự (1983) cho thấy tỷ lệ giải phóng dinh dưỡng khác nhau và thời gian giải phóng dinh dưỡng của Meister® có thể được tạo ra bằng cách thay đổi tỷ lệ ethylene-vinyl acetate (EVA) với polyethylene (PE) trong bọc phủ nhựa resin. Ví dụ, số ngày cần thiết để giải phóng 80% nito (ure) từ Meister® trong nước ở 25^oC là 1300 ngày, nếu các hạt phân bón được phủ 100% với PE. Thời gian giản phóng là 98 ngày nếu hạt được phủ vật liệu pha trộn 50% PE và 50% EVA. Phân bón tan chậm và có kiểm soát chỉ có thể chứa N, hoặc K, NP hoặc NK (với các dạng khác nhau của K), NPK hoặc NPK thêm chất dinh dưỡng thứ cấp/ hoặc các vi chất dinh dưỡng khác nhau. Tuổi thọ của các sản phẩm này có thể giao động từ 20 ngày đến 18 tháng (Shoji và Gandeza, 1992).

Phần lớn phân bón tráng được sử dụng trong trồng trọt, một phần là do sự gia tăng ổn định của cây trồng bằng vật chứa và các loại cây rau có giá trị cao. Tuy nhiên một số nhà sản xuất sử dụng các sản phẩm để sử dụng trong nông nghiệp và làm vườn như: Aglukon với Agroblen® và Agromaster®, Compo với Basacote® và Haifa Chemicals với Agricote PowerTM. Chissoasahi đã cung cấp “Naebako-makase” và “Ikubyou-makase” như là chất dinh dưỡng cơ bản ứng dụng vườm ươm lúa hoặc cây trồng làm vườn. Haifa đã phát triển 3 sản phẩm phân bón bọc polymer chính cho cây trồng nông nghiệm CoteNTM và Coted-N MixTM cho cây trồng và Multigro® cho cây trồng và cây ăn quả. Agricote Power tăng cường hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng, cho phép giảm tỷ lệ bón phân lên đến 50%. Nó đặc biệt được khuyến nghị sử dụng trên các loại đất nhẹ, nơi phân bón thông thường dễ bị rò rỉ và những vùng mưa khi mưa làm tăng tốc độ rửa trôi chất dinh dưỡng (Achilea et al., 2005; Raban, 2005). Từ năm 2000, Agrium đã thành công sản xuất quy mô lớn và quảng bá sản phẩm phân bón phủ polymer (ESN) đặc biệt nhắm mục tiêu vào cây bắp, lúa mì và cây cỏ.

Các tính năng quan trọng của phân bón tan chậm có kiểm soát (Shaviv 2005)

• Mô hình giải phóng: hình dạng mô hình, pha trễ (lag), giữ chặt (lockoff)
• Thời gian giải phóng
• Giải phóng khác biệt giữa N, P và K
• Ảnh hưởng điều kiện nhiệt độ đến sự giải phóng
• Ảnh hưởng của điều kiện môi trường/ môi trường giải phóng (hòa tan)

Tài liệu tham khảo: “Slow- and Controlled-Release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Efficiency in Agriculture” (Second edition - 2010)