Ứng dụng công nghệ nano nhằm giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, hiện tượng nóng lên toàn cầu đang là vấn chung của toàn thế giới, nó gây nên rất nhiều hệ lụy tới cuộc sống con người như giảm chất lượng cuộc sống, gây biến đổi thời tiết thiên tai lũ lụt, ảnh hưởng tới sức khỏe cây trồng vật nuôi gây thiệt hại kinh tế.... mà nguyên nhân chính từ lượng phát thải khí nhà kính (KNK) trong hoạt động sản xuất của con người.

Ở Việt Nam, sản xuất nông nghiệp tạo ra lượng phát thải khí vào môi trường chiếm tỷ lệ không nhỏ (khoảng 30 %).  Theo số liệu thống kê năm 2016, lượng KNK trong sản xuất nông nghiệp tập trung vào ba lĩnh vực chính bảo gồm: canh tác lúa nước phát thải 49,7 triệu tấn CO2e (lượng CO2 quy đổi) chiếm 50% lượng phát thải trong nông nghiệp; chăn nuôi phát thải chiếm 18,5 triệu tấn CO2e (Sở tài nguyên và môi trường tỉnh KonTum). Qua số liệu trên cho thấy, việc nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu nhằm giảm thiểu phát thải KNK trong canh tác lúa có ý nghĩa lớn là hướng đi mới trong cuộc chiến giảm khí thải độc hại ra môi trường trong đó đáng chú ý là sử dụng vật liệu nano trong nông nghiệp.

Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích sử dụng phân bón nano nhằm hạn chế KNK trong canh tác lúa nước

2. Kết quả nghiên cứu

Bảng 2. Bảng xây dựng công thức phân bón của thí nghiệm

2.1. Đánh giá ảnh hưởng của chế độ phân bón đến khả năng sinh trưởng và phát triển của chiều cao thân của giống lúa VNR 20

Bảng 2.1. Ảnh hưởng của phân bón có bổ sung thành phần nano đến chiều cao thân giống lúa VNR 20

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Qua số liệu đã thu thập có thể khẳng định và đánh giá rằng, tác dụng của nano lên chiều cao thân của cây lúa là thực sự không đáng kể. Chiều cao của thân cũng như chiều cao cây lúa phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau.

2.2. Đánh giá ảnh hưởng của chế độ phân bón đến khả năng sinh trưởng và phát triển của chiều dài và màu sắc của rễ

Bảng 2.2. Ảnh hưởng của phân bón có bổ sung thành phần nano đến chiều dài và màu sắc rễ giống lúa VNR 20

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Ở ngày theo dõi thứ 10 đến ngày theo dõi thứ 30 , phân bón vô cơ  phát huy ưu thế hấp thu nhanh của nó. Các chỉ số chiều dài CT1 (12-16cm ) chiếm ưu thế hơn so với hai CT2 và CT3 (11-12cm và 11.5-14cm ). Bắt đầu từ ngày thứ 30 nano bắt đầu ảnh hưởng tới chiều dài rễ. Chiều dài của CT2 và CT3 (18.2-25cm và 16,7 -21.1cm ) tăng mạnh do có sự tác động tích tụ mạnh nano silic dưới lớp biểu làm tăng độ cứng cáp của rễ tăng khả năng đâm sâu của rễ và tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng khoáng của rễ so với CT1 (17,6- 21cm). Vì vậy có thể khẳng định rằng phân bón Nano có khả năng cải thiện chiều dài của bộ rễ.

Màu sắc của bộ rễ trên cả ba công thức đều cho thấy chúng hoàn toàn khỏe mạnh, khả năng hấp thu dinh dưỡng tốt không bị nhiễm nấm và sau bệnh hại nên qua nội dung này chưa thể kết luận rằng phân bón nano có ảnh hưởng đến màu sắc của bộ rễ.

2.3. Đánh giá ảnh hưởng của chế độ phân bón đến khả năng đẻ nhánh của giống lúa VNR 20

Bảng 2.3. Khả năng đẻ nhánh (số nhánh/khóm)

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Như đã nêu ở trên, ở giai đoạn theo dõi ngày thứ 10 và thứ 20 sau cấy, cây lúa chưa đến giai đoạn đẻ nhánh mạnh nên khả năng phân nhánh trên cả ba công thức xấp xỉ như nhau. Nhưng đến khoảng ngày thứ 20 trở đi khả năng phân nhánh của CT2 và CT3 trở nên mạnh mẽ (CT2: 6.4 - 22.4 nhánh/khóm và CT3: 6.2 - 22.4 nhánh/khóm) so với CT1(6 -19 nhánh/khóm ). Qua đó có thể khẳng định phân bón nano có ảnh hưởng tới khả năng phân nhánh và đặc biệt tối ưu cho việc phân nhánh ở CT2

2.4. Đánh giá ảnh hưởng của chế độ phân bón đến kích thước phiến lá

Bảng 2.4. Độ rộng phiến lá (cm)

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Kích thước phiến lá đến ngày 30 sau cây đã đạt giới hạn. Thông qua các chỉ số phiến lá cho thấy kích thước phiến lá phụ thuộc vào lượng dinh dưỡng phân vô cơ và không chịu ảnh hưởng bởi nano. Chỉ số về phiến lá CT 1 tăng mạnh so với hai công CT2 và CT3 ( 1-1,3 so với 0,85-1 và 0,73-1,2 ) qua đó khẳng định phân bón nano không ảnh nhưởng tới độ rộng phiến lá.

2.5. Đánh giá ảnh hưởng của chế độ phân bón đến một số yếu tố cấu thành nên năng suất

Bảng 2.5. Kết quả đánh giá số lượng hạt trên bông (hạt/bông)

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Qua kiểm tra đánh giá các chỉ số cấu thành nên năng suất cho thấy sự động đều giữa số hạt và số lượng bông trên CT3 và CT2 (CT2: 224 hạt/bông; 14.8 bông/khóm so với CT2: 229.8 hạt/bông; 14.8 bông/khóm) . Nếu so với CT1 (203.1 hạt/bông; 13.5 bông/khóm) thì có thể nhận thấy rằng số lượng bông tuy không có khác biệt về ý nghĩa thống kê nhưng ở số hạt của CT chỉ bằng khoảng 89% so với hai công thức còn lại. Qua đó có thể khẳng định rằng phân bón nano có khả năng làm gia tăng các chỉ số cấu thành nên năng suất.

2.6. Ảnh hưởng của phân bón nano đến phát thải CH4 trong canh tác lúa nước (mg/m2/h)

Bảng 2.6. Ảnh hưởng của phân bón nano đến cường độ phát thải CH4 (đơn vị: mg/m2/h)

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Từ bảng 2.6 cho thấy các chỉ số tại các công thức có phun bổ sung phân bón nano đều giảm lượng phát thải CH4 so với công thức đối chứng. Tại ngày đo thứ 10 sau cấy (N1), CT2 và CT3 có chỉ số phát thải CH4 giảm đáng kể  lần lượt là 40% và 38 % so với CT1, điều này xảy ra bởi lượng phân bón thúc trước khi cấy giảm lần lượt 20% và 30% so với đối chứng, ở ngày đo N2 (ngày thứ 20 sau cấy) lượng phát ở CT2 và CT3  giảm so với đối chứng (CT1) là 23% và 63 %, ở ngày đo N3 (ngày thứ 30 sau cấy) các chỉ số ở CT2 và CT3 tiếp tục giảm lần lượt 17% và 35%. Qua đó khẳng định Phân bón nano có khả năng giảm cường độ phát thải CH4.

2.7. Ảnh hưởng của phân bón  nano đến phát thải N2O (đơn vị: mg/m2/h)

Bảng 2.7. Ảnh hưởng của phân bón  nano đến phát thải N2O( đơn vị: mg/m2/h)

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang các chữ khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức α = 0,05

Đối với trường hợp của khí N2O cũng xảy ra tương tự như đối với khí CH4 cho thấy lượng phát thải giảm đáng kể CT2 và CT3. Qua bảng 2.7 cho thấy, phát thải ở công thức có bổ sung phân bón nano cũng giảm đáng kể so với công thức đối chứng ở các ngày N1, N2, N3, cụ thể ở CT2 và CT3 lượng phát thải N2O giảm lần lượt là 43%, 17%, 49% và 64%, 5%, 59% so với CT1. Qua đó có thể khẳng định phân bón nano có khả năng giảm phát thải khí N2O.

3. Kết luận

Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy cho thấy, sử dụng phân bón nano thay thế một phần phân bón hóa học trong canh tác lúa nước có khẳng năng cải thiện sinh trưởng phát triển và năng suất của lúa. Bên cạnh đó, việc thay thế một phần phân bón hóa học bằng phân bón nano còn giúp giảm đáng kể lượng phát thải KNK (N2O và CH4) trong canh tác lúa.

Tài liệu tham khảo

1. Mai Văn Trịnh & Bùi Thị Phương Loan & Vũ Dương Quỳnh & Cao Văn Phụng & Trần Kim Tính & Phạm Quang Hà & Nguyễn Hồng Sơn & Trần Văn Thể & Bjoern Ole Sander & Trần Tú Anh & Trần Thu Hà &. Hoàng Trọng Nghĩa & Võ Thị Bạch Thương (2016), Sổ tay hướng dẫn đo phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước(tái bản lần thứ nhất), Nhà xuất bản Nông nghiệp. Hà Nội

2. Bùi Thị Thu Trang (2021). Nghiên cứu phát thải khí nhà kính CH4 và N2O trong lĩnh vực trồng trọt vùng đông bằng sông Hồng. Luận án Tiến sĩ , khoa Quản lý Tài nguyên và Môi trường . Viện Khoa học và Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu.10-24.

3. Tarafdar, J.C., Raliya, R., & Rathore, I. (2012). Nano-fertilizers and their smart delivery system. In J. K. Ladha & R. J. Buresh (Eds.), Improving the Productivity and Sustainability of Rice-Wheat Systems: Issues and Impacts (pp. 363–380). Springer. doi: 10.1007/978-94-007-5464-5_16

4. Fischer, R. A., Byerlee, D., & Edmeades, G. O. (2014). Crop yields and global food security: Will yield increase continue to feed the world?. Australian Centre for International Agricultural Research.182(510).12-522

5. Li, T., Miura, K., Iida, H., Cao, X., & Oosumi, T. (2020). Temperature-sensitive phenotypes of rice plants deficient in a rice cytosolic FAD pyrophosphatase gene. Plant Physiology, 183(1), 123-138.

6. Prasad, R., Kumar, M., Varma, A., & Tuteja, N. (2017). Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives. Frontiers in Microbiology, 8, 1014.Doi: 10.3389/fmicb.2017.01014.

Đồng Huy Giới - Khoa Công nghệ sinh học