Quá nhiều phân bón hoá học là một vấn đề

Phân bón được bổ sung vào cây trồng để sản xuất đủ lương thực cung cấp cho con người. Phân bón cung cấp cho cây trồng dinh dưỡng như K, P, N và cho phép cây phát triển to hơn, nhanh hơn, đem đến nhiều lương thực hơn. N là một phần dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của mọi sinh vật trên trái đất. Nitơ ở xung quanh chúng ta và chiếm 78% trong không khí bạn hít thở

Tuy nhiên, động vật và thực vật không thể sử dụng khí Nito trong không khí. Để phát triển, thực vật cần các hợp chất Nitơ từ đất, có thể sản xuất từ tự nhiên hoặc được cung cấp qua phân bón. Việc bón quá nhiều phân dẫn đế sự gia tăng khí thải nhà kính vào khí quyển và làm phú dưỡng nguồn nước.

Các nhà khoa học hiện nay đang cố gắng tìm ra giải pháp để giảm thiểu tác hại của phân bón đến môi trường, mà không làm giảm lượng thực phẩm chúng ta có thể sản xuất khi sử dụng chúng.

Phân bón là gì?

Phân bón là bất kỳ chất hoặc vật liệu được thêm vào đất để thúc đẩy sự phát triển của cây trồng. Có rất nhiều loại phân bón khác nhau, hầu hết chúng đều bao gồm N, P, K và được bán ở cửa hàng vật tư nông nghiệp có chia tỷ lệ thấy trên bao bì. 

Phân bón được sử dụng trên khắp thế giới để giữ cho các bãi cỏ luôn xanh tốt và sản xuất nhiều cây trồng hơn trên các cánh đồng nông nghiệp. Phân bón có thể được chia thành ba nhóm:

• Phân khoáng (phốt pho và kali) được khai thác từ môi trường và được nghiền nhỏ hoặc xử lý hóa học trước khi bón.
• Phân hữu cơ (phân chuồng và phân trộn) được làm từ phân động vật và thực vật hoặc động vật phân hủy.
• Phân bón công nghiệp (amoni photphat, urê, amoni nitrat) được con người sản xuất công nghiệp thông qua các phản ứng hóa học.

Trong khi phân bón hữu cơ và khoáng đã được sử dụng để tăng năng suất cây trồng trong nông nghiệp từ lâu, thì phân bón công nghiệp là một bước phát triển tương đối mới. Mặc dù vậy, phân bón công nghiệp là loại phân bón được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Tham khảo bài viết: Hiểu cho đúng về phân hữu cơ

Tại sao chúng ta cần phân bón chứa nitơ?

Nitơ là một trong những nguyên tố hay chất dinh dưỡng mà tất cả các sinh vật (vi sinh vật, thực vật và động vật) cần để phát triển. Mặc dù có rất nhiều nitơ xung quanh chúng ta (~ 78% không khí chúng ta hít thở), phần lớn Nitơ trên Trái đất tồn tại ở dạng khí không màu và không mùi, được gọi là khí nitơ (N2). 

Thật không may, thực vật và động vật không thể sử dụng trực tiếp khí Nitơ. Là con người, chúng ta lấy nitơ từ thực phẩm chúng ta ăn. Thực phẩm giàu protein như thịt, cá, các loại hạt hoặc đậu có nhiều nitơ. 

Thực vật lấy Nitơ từ đất và Nitơ là chất dinh dưỡng phổ biến nhất để hạn chế sự phát triển của cây. Có hai cách khí nitơ được biến đổi tự nhiên hoặc “cố định” thành các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại trong đất mà không cần sự can thiệp của con người (Hình 1):

• Sét: Sét đánh tạo ra đủ năng lượng để phân tách khí nitơ trong khí quyển tạo ra các hợp chất chứa nitơ, cuối cùng sẽ xuống đất.
• Cố định nitơ sinh học: Một số vi sinh vật có thể sử dụng trực tiếp khí nitơ làm chất dinh dưỡng. Những vi sinh vật chuyên biệt này chuyển đổi khí nitơ thành amoni (NH4 +) và được gọi là “chất cố định nitơ”. Một số vi sinh vật cố định nitơ sống trong đất, và một số có thể hình thành mối quan hệ mật thiết với rễ của một số loại cây nhất định, như đậu hoặc cỏ ba lá.

(A) Sét đánh có thể tách khí nitơ (màu đỏ) trong khí quyển. Các hợp chất nitơ mới được tạo ra (màu xanh lam) sau đó rơi xuống đất và bón phân tự nhiên cho chúng.

(B) Các vi sinh vật cố định nitơ chuyên biệt trong đất hoặc bám vào rễ cây có thể biến đổi khí nitơ thành các hợp chất nitơ có thể sử dụng cho thực vật và động vật.

(C) Khí nitơ có thể được chuyển hóa thành các hợp chất nitơ có thể sử dụng được trong công nghiệp với quy trình Haber-Bosch để sản xuất phân bón, có thể bón trực tiếp vào đất.

Tuy nhiên, ngay cả với tất cả sự cố định nitơ tự nhiên này cũng không đủ, nồng độ nitơ thấp trong đất thường vẫn hạn chế sự phát triển của thực vật. Đây là lý do tại sao hầu hết các loại phân bón đều chứa các hợp chất nitơ và tại sao phân bón công nghiệp lại cần thiết để sản xuất đủ cây trồng để cung cấp cho người dân. 

Con người hiện nay bổ sung nhiều hoặc nhiều nitơ cố định công nghiệp (~ 150 tỷ kg) vào môi trường mỗi năm, so với lượng nitơ cố định tự nhiên [1, 2], con số này tương đương với trọng lượng của ~ 24 triệu con voi trưởng thành hoàn toàn trưởng thành!

Phân bón công nghiệp chứa nitơ được sản xuất như thế nào?

Như đã đề cập, hầu hết nitơ trên Trái đất hiện diện dưới dạng khí nitơ, không sử dụng được cho thực vật và động vật. 

Vào đầu những năm 1900, các nhà khoa học đã khám phá ra cách biến khí nitơ từ khí quyển thành các hợp chất chứa nitơ có thể được sử dụng để bón đất (Hình 1). 

Quá trình cố định nitơ công nghiệp này được gọi là quy trình Haber-Bosch Một quy trình cố định nitơ công nghiệp có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm để sản xuất các thành phần phân bón. 

Nó được phát hiện bởi các nhà khoa học Fritz Haber và Carl Bosch. Hầu như tất cả nitơ trong phân bón công nghiệp đều được cố định thông qua quy trình Haber-Bosch.

Quá trình cố định nitơ trong công nghiệp này được thực hiện trong các phòng thí nghiệm hóa học và các nhà máy lớn trên toàn thế giới. Quy trình của Haber-Bosch yêu cầu rằng khí nitơ phải được trộn với khí hydro (H2) và đặt dưới áp suất cực lớn (200 lần áp suất khí quyển). 

Đây là áp lực mà bạn sẽ cảm thấy nếu lặn 2.000 mét (~ 6.500 feet) dưới biển, khoảng cách xa hơn 6 Tháp Eiffel xếp chồng lên nhau! Hỗn hợp khí có áp suất này sau đó được làm nóng đến nhiệt độ rất cao (450 °C / 842 ° F). Duy trì những áp suất và nhiệt độ cao này đòi hỏi một lượng năng lượng rất lớn. Quy trình của Haber-Bosch được ước tính tiêu thụ 1–2% nguồn cung cấp năng lượng của thế giới mỗi năm [2].

Tại sao chúng ta sử dụng nhiều phân bón công nghiệp chứa nitơ?

Câu trả lời ngắn gọn là phân bón chứa Nitơ giúp cây trồng phát triển nhanh hơn và giúp cho nhiều vụ mùa hơn. Điều này cho phép đất nông nghiệp được sử dụng hiệu quả hơn vì đất được bón phân tạo ra nhiều lương thực hơn. 

Trên thực tế, việc phát minh ra phân bón công nghiệp là một trong những lý do chính khiến dân số Trái đất tăng nhanh trong 60–70 năm qua. Trước khi phân bón công nghiệp được sử dụng rộng rãi vào những năm 1960, dân số Trái đất đã mất ~ 123 năm để tăng gấp đôi từ 1 lên 2 tỷ người (1804–1927). 

Tuy nhiên, chỉ mất ~ 45 năm (1974–2019) để dân số Trái đất tăng gấp đôi từ 4 lên 8 tỷ người. Giờ đây, chúng ta phụ thuộc vào việc bón phân nitơ đến mức chúng ta chỉ có thể sản xuất đủ lương thực để cung cấp cho ~ 50% dân số thế giới nếu không có nó [1, 2].

Nitơ từ phân bón chứa nitơ sẽ kết thúc ở đâu?

Tất nhiên là cây trồng mất rồi! Thật không may, đó không phải là kết thúc của câu chuyện. Trong một lĩnh vực nông nghiệp trung bình, chỉ có ~ 50% lượng nitơ từ phân bón được cây trồng sử dụng [4]. 

Vì vậy, trong khi phân bón làm cho cây trồng phát triển tốt hơn và nhanh hơn, một nửa lượng nitơ cố định mà chúng ta bổ sung bị mất đi. Hãy tưởng tượng rằng — chúng ta mất tương đương với 12 triệu con voi nitơ (~ 165 tỷ pound) mỗi năm! 

Nitơ bị mất có thể kết thúc trong khí quyển hoặc nó có thể bị rửa trôi khỏi đất và kết thúc trong các đường nước, chẳng hạn như nước ngầm, suối, hồ, sông và đại dương (Hình 2). Lượng nitơ bị mất này gây ra một loạt các vấn đề về môi trường [2].

Nitơ từ phân bón không được cây trồng hấp thụ có thể bị mất khỏi đất.

(A) Nitơ có thể bị rửa trôi từ đất và đi vào các đường nước trên mặt đất (hồ, suối, sông, hoặc đại dương) hoặc vào nước ngầm. Nitơ rửa trôi vào các hệ sinh thái dưới nước có thể dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa có hại và sự phú dưỡng các nguồn nước.

(B) Một số vi sinh vật có thể biến đổi nitơ trong phân bón thành nhiều loại khí chứa nitơ khác nhau. Nitơ dạng khí này sau đó có thể bị mất vào khí quyển dưới dạng khí nhà kính.

Các vấn đề môi trường do phân bón chứa nitơ gây ra?

Một số vi sinh vật trong đất có thể biến đổi nitơ được cung cấp trong phân bón thành khí chứa nitơ, được thải vào khí quyển như khí nhà kính nitơ oxit (N2O). Khí nhà kính là một trong những nhân tố gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu. Nitơ oxit có khả năng làm ấm lớn hơn ~ 300 lần so với khí nhà kính thường được đề cập nhất, carbon dioxide (CO2).

Trong đường thủy, việc bổ sung các chất dinh dưỡng bên ngoài (như thừa nitơ) được gọi là hiện tượng phú dưỡng. Phú dưỡng hay phì dưỡng là một phản ứng của hệ sinh thái khi quá nhiều chất dinh dưỡng như nitrat và phosphat từ các loại phân bón hoặc nước cống rãnh bị thải vào môi trường nước. 

Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của vi sinh vật và thực vật có thể sử dụng hết oxy trong những dòng nước này và biến chúng thành cái gọi là vùng chết, bởi vì động vật thủy sinh không thể sống mà không có oxy. 

Hiện tượng phú dưỡng cũng có thể dẫn đến sự phát triển của các loài tảo sinh ra các hóa chất độc hại, được gọi là tảo nở hoa. Khi vi khuẩn lam và tảo phát triển rất nhanh do một lượng lớn chất dinh dưỡng (nitơ hoặc phốt pho) có trong vùng nước chúng sinh sống. Các vi khuẩn lam và tảo này thải ra có hại hóa chất — chất độc — vào đường nước ..

Trong khi chúng ta cần nitơ từ phân bón trong đất nông nghiệp của mình, chúng ta không cần hoặc muốn bổ sung nitơ trong khí quyển hoặc đường nước của chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng ta phải cân bằng giữa lợi ích tích cực của việc bón phân đạm (nhiều thức ăn hơn) với hậu quả tiêu cực của việc bón thừa (vấn đề môi trường) [1, 2]. Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu để tìm ra sự cân bằng này để cải thiện tình hình hiện tại của chúng ta.

Tổng kết

Phân bón cung cấp cho cây trồng các chất dinh dưỡng thiết yếu như nitơ, để cây trồng lớn hơn, nhanh hơn và tạo ra nhiều lương thực hơn. Tuy nhiên, bón quá nhiều phân bón có thể là một vấn đề vì nó dẫn đến giải phóng khí nhà kính và hiện tượng phú dưỡng. Các nhà khoa học hiện đang cố gắng tìm giải pháp để giảm lượng phân bón cần thiết, mà không làm giảm lượng thức ăn sản xuất và việc chuyển đổi phương pháp cánh tác theo hướng hữu cơ sinh học sẽ mở ra một con đường mới giúp giảm thiểu lượng phân bón hoá học cần sử dụng cho cây trồng.

Tài liệu tham khảo:

[1] ↑ Galloway, J. N., Leach, A. M., Erisman, J. W., and Bleeker, A. 2017. Nitrogen: the historical progression from ignorance to knowledge, with a view to future solutions. Soil Res. 55:417–24. doi: 10.1071/SR16334

[2] ↑ Erisman, J. W., Galloway, J. N., Dice, N. B., Sutton, M. A., Bleeker, A., Grizzetti, B., et al. 2015. Nitrogen: Too Much of a Vital Resource. Science Brief. Zeist: WWF Netherlands.

[3] ↑ Aczel, M. 2019. What is the nitrogen cycle and why is it key to life? Front. Young Minds 7:41. doi: 10.3389/frym.2019.00041

[4] ↑ Hirel, B., Tétu, T., Lea, P. J., and Dubois, F. 2011. Improving nitrogen use efficiency in crops for sustainable agriculture. Sustainability 3:1452–85. doi: 10.3390/su3091452

https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2020.00063#ref1

Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:

Công ty cổ phần Emi Nhật Bản

Địa chỉ: Thửa đất GD 1-15, cụm công nghiệp Ngọc Hồi, xã Ngọc Hồi, huyện Thanh Trì, Hà Nội

Hotline: 0243 640 8795

Website: eminhatban.vn