Phân bón

( 03-06-2015 - 09:45 AM ) - Lượt xem: 1295

 
Phân bón
Phân bón là "thức ăn" do con người bổ sung cho cây trồng. Trong phân bón chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Các chất dinh dưỡng chính trong phân là: đạm (N), lân(P), và kali(K). Ngoài các chất trên, còn có các nhóm nguyên tố vi lượng...
 
Phân bón được chia làm 3 nhóm chính: phân hữu cơ, phân hóa học và phân vi sinh, với sự khác biệt lớn giữa chúng là nguồn gốc, chứ không phải là những sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng.
 
Các loại phân bón hữu cơ và một số loại phân bón khai thác vô cơ đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, trong khi các loại phân bón hoá học tổng hợp vô cơ chỉ được phát triển mạnh từ thời cách mạng công nghiệp. Sự hiểu biết và sử dụng tốt các loại phân bón là những thành phần quan trọng của cuộc Cách mạng Nông nghiệp Anh tiền công nghiệp và cuộc cách mạng xanh công nghiệp ở thế kỷ 20. Các loại phân bón thường cung cấp, theo các thành phần tỷ lệ khác nhau:
  •  
    • Chất dinh dưỡng cơ bản: nitơ, phốt pho, và kali.
    • Chất dinh dưỡng hàng hai như: canxi (Ca), sulfur (S), magiê (Mg).
    • Vi chất dinh dưỡng hay vi lượng khoáng  boron (Bo), clo (Cl), măngan (Mn), sắt (Fe), kẽm (Zn), đồng (Cu),mô líp đen (Mo) và selen (Se).
  •  
Các chất dinh dưỡng được tiêu thụ với những số lượng lớn và hiện diện trong mô cây với các số lượng từ 0.2% đến 4.0% (trọng lượng khô). Các vi chất dinh dưỡng được tiêu thụ với số lượng ít và hiện diện trong mô cây với các số lượng được đo đạc là vài phần triệu (ppm), trong khoảng từ 5 tới 200 ppm, hay chưa tới 0.02% trọng lượng khô.
Phân bón vô cơ (phân bón tổng hợp)
Phân bón được chia thành phân bón hữu cơ (gồm thành phần hữu cơ tăng cường—cây trồng hay động vật), hay phân bón vô cơ (gồm các hoá chất và/hay khoáng chất tổng hợp).
Phân bón vô cơ thường được tổng hợp bằng quá trình Haber-Bosch, tạo ra amoniac như sản phẩm cuối cùng. Amoniac này được dùng như một nguyên liệu cho các phân bón nitơ khác, như anhydrous ammonium nitrate và urê. Các sản phẩm cô đặc này có thể được hoà tan bằng nước để hình thành nên một loại phân bón lỏng cô đặc. Amoniac có thể kết hợp với đá phosphate và phân bón kali trong Quá trình Odda để sản xuất phân bón hợp chất.
Việc sử dụng các loại phân bón nitơ tổng hợp đã tăng ổn định trong 50 năm qua, tăng gấp 20 lần lên mức tiêu thụ hiện tại 1 tỷ tấn nitơ mỗi năm. Việc sử dụng các loại phân bón phosphate cũng đã tăng từ 9 triệu tấn mỗi năm.
Suy kiệt vi lượng khoáng chất
Nhiều loại phân bón không thay thế các vi chất khoáng trong đất, vốn dần bị cạn kiệt theo mùa màng. Sự cạn kiệt này đã được liên kết với các nghiên cứu cho thấy một sự sụt giảm mạnh (lên tới 75%) trong số lượng các khoáng chất đó.
Tuy nhiên, một cuộc điều tra 55 nghiên cứu khoa học gần đây kết luận "không có bằng chứng về một sự khác biệt trong chất lượng chất dinh dưỡng giữa các thực phẩm chế biến hữu cơ và quy ước" .
Tại miền Tây Australia những thiếu hụt kẽm, đồng, măngan, sắt và mô líp đen đã được xác định là nguyên nhân giới hạn sự phát triển của mùa màng và đồng cỏ trong thập niên 1940 và 1950. Đất đai tại miền Tây Australia rất cũ, bị ảnh hưởng mạnh của thời tiết và thiếu hụt nhiều chất dinh dưỡng và vi chất quan trọng. Từ thời điểm đó các vi chất đó thường xuyên được thêm vào trong các loại phân bón vô cơ được sử dụng trong nông nghiệp tại bang này.
Bón phân quá mức
Việc bón phân quá mức với một loại chất dinh dưỡng tối quan trọng có thể cũng gây hại như bón phân không đầy đủ. "Cháy phân bón" có thể xảy ra khi phân bón được dùng quá mức, dẫn tới làm khô kiệt rễ và gây hại thậm chí là làm chết cây.
Tiêu thụ năng lượng cao
Việc xản xuất amonia tổng hợp hiện tiêu thụ khoảng 5% lượng tiêu thụ khí tự nhiên toàn cầu, khoảng gần 2% sản xuất năng lượng của thế giới.
Khí tự nhiên phần lớn được sử dụng để sản xuất amonia, nhưng các nguồn năng lượng khác, cùng với một nguồn hyđrô, có thể được dùng sản xuất các hỗn hợp nitơ thích hợp cho các loại phân bón. Chi phí cho khí tự nhiên chiếm khoảng 90% chi phí sản xuất amoniac. Sự gia tăng giá các loại khí tự nhiên trong thập kỷ vừa qua, cùng với những yếu tố khác như tăng cầu, đã góp phần làm tăng giá phân bón.
Tính bền vững lâu dài
Các loại phân bón hiện được sản xuất theo các cách thức sẽ không thể tiếp tục mãi mãi. Kali và phốt pho được khai thác từ các mỏ (hay các hồ muối như Biển Chết) và các nguồn đó có giới hạn. Nitơ trong khí quyển rõ ràng là không giới hạn (chiếm hơn 70% các loại khí khí quyển), nhưng đây không phải là hình thức thích hợp cho cây trồng. Để biến nitơ trở nên thích hợp cho cây cối cần quá trình ngưng tụ nitơ (biến nitơ khí quyền thành một hình thức sử dụng được cho cây trồng).
Các loại phân bón nitơ nhân tạo nói chung được tổng hợp bằng các nhiên liệu hoá thạch như khí tự nhiên và than, là các nguồn tài nguyên có giới hạn. Thay vì biến khí tự nhiên thành syngas để sử dụng trong quá trình Haber, cũng có thể biến các nguồn biomass có thể tái tạo thành syngas (hay wood gas) để cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình, dù số lượng đất và các nguồn tài nguyên cần thiết cho một dự án như thế có thể là quá lớn.
Phân bón hữu cơ
Các phân bón hữu cơ gồm các chất hữu cơ tự nhiên, (ví dụ phân, chất giun đùn, phân ủ, tảo biển …), hay các trầm lắng khoáng chất tự nhiên (ví dụ saltpeter, phân chim).
Các lợi ích của phân bón hữu cơ
Ngoài tác dụng làm gia tăng sản lượng và cung cấp dưỡng chất trực tiếp cho cây, các loại phân bón hữu cơ có thể cải thiện sự đa dạng sinh học (tuổi thọ đất) và khả năng sản xuất lâu dài của đất, và có thể là nơi lưu giữ phần lớn lượng carbon dioxide thừa.
Các dưỡng chất hữu cơ làm tăng sự màu mỡ của các cơ cấu đất bằng cách cung cấp chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cho các cơ cấu như nấm mycorrhiza, (giúp các loại cây hấp thu dinh dưỡng), và có thể làm giảm đáng kể nhu cầu sử dụng các loại thuốc trừ sâu, năng lượng và phân bón, nhưng làm giảm sản lượng thu hoạch.
So sánh với phân bón vô cơ
Hàm lượng dinh dưỡng, tính tan và tỷ lệ nhả chất dinh dưỡng của phân bón hữu cơ nói chung đều thấp hơn các loại phân bón vô cơ. Một cuộc nghiên cứu thấy rằng trong một giai đoạn 140 ngày, sau 7 lần lọc:
  • Các loại phân bón hữu cơ đã nhả khoảng 25% tới 60% hàm lượng nitơ
  • Các loại phân bón kiểm soát độ nhả (CRFs) có tỷ lệ nhả khá đều
  • Phân bón hoà tan nhả hầu hết hàm lượng nitơ ở lần lọc đầu tiên
Nói chung, các chất dinh dưỡng trong phân bón hữu cơ vừa loãng vừa khó hấp thu hơn với cây trồng. Theo UC IPM, tất cả phân bón hữu cơ đều được xếp hạng là phân bón 'nhả chậm', và vì thế không thể gây ra cháy nitơ.
Các loại phân bón hữu cơ từ phân trộn và các nguồn khác có thể khá khác biệt tuỳ theo từng mẻ, nếu không thử nghiệm cho từng mẻ số lượng dinh dưỡng cần sử dụng không được biết chắc chắn. Tuy vậy chúng ít nhất cũng có hiệu quả như các loại phân bón hoá học sau những giai đoạn sử dụng dài.
Các nguồn phân bón hữu cơ
Động vật
Urê có nguồn gốc súc vật, thích hợp để sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ, trong khi các hình thức urê tổng hợp không thích hợp. Mối đe doạ thường thấy ở những ví dụ này là nền nông nghiệp hữu cơ tìm cách tự khẳng định mình thông qua quá trình sản xuất ở mức độ tối thiểu (trái ngược với quá trình Haber nhân tạo), cũng như chỉ xảy ra tự nhiên hay qua các quá trình sinh vật tự nhiên như ủ phân.
Cây cối
Cây phủ xanh cũng góp phần làm màu mỡ đất như một biện pháp phân bón xanh thông qua quá trình ngưng tụ nitơ từ không khí; cũng như phốt pho (qua sự thu thập dinh dưỡng) có trong đất.
Khoáng chất
Bột đá vôi, đá phốt phát và natri nitrate khai thác tự nhiên, là vô cơ (theo nghĩa hoá học), cần thiết cho mùa màng, và đã được cho sử dụng trong nông nghiệp hữu cơ với số lượng tối thiểu.
Nước
Các hợp chất giàu nitơ trong phân bón bị cuốn trôi là nguyên nhân chính gây ra sự suy kiệt ôxy tại nhiều vùng đại dương, đặc biệt tại các vùng ven biển; việc thiếu ôxy hoà tan do nguyên nhân này làm giảm rất nhiều khả năng duy trì của các khu vực đó với quần xã động vật của nó. 
Việc sử dụng nhiều phân bón nitơ vô cơ để tăng tối đa sản lượng, cộng với khả năng hoà tan lớn của chúng dẫn tới sự gia tăng cuốn trôi vào nước bề mặt cũng như thẩm thấu vào trong nước ngầm. Việc sử dụng ammonium nitrate trong các loại phân bón vô cơ đặc biệt gây hại, bởi cây cối hấp thụ các ion amomiac nhiều hơn các ion nitrate, trong khi các ion nitrate thừa không được hấp thụ tan ra (do mưa hay tưới tiêu) và bị cuốn trôi vào nước ngầm.
Đất
Các loại phân bón hữu cơ và vô cơ có chứa nitơ có thể gây ra axít hoá đất khi sử dụng. Điều này có thể dẫn tới sụt giảm dinh dưỡng có thể được bù đắp bằng cách rắc vôi.
Các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng
Các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng ("POPs") độc hại, như Dioxins, polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) đã được tìm thấy trong các loại phân bón và chất bổ sung cho nông nghiệp
Tích tụ kim loại nặng
Sự tích tụ lên tới 100 mg/kg cadmium trong các khoáng chất phốt phát (ví dụ, các khoáng chất từ Nauru và đảo Phục sinhs) làm tăng sự ô nhiễm đất với cadmium.
Uranium là một ví dụ khác về chất gây ô nhiễm thường thấy trong các loại phân bón phốt phát (ở các mức độ từ 7 đến 100 pCi/g). Cuối cùng các loại kim loại nặng đó có thể tích tụ lên tới những mức độ nguy hiểm và tích tụ trong sản phẩm rau. Mức thu nhận uranium hàng năm của người trưởng thành được ước tính khoảng 0.5 mg (500 μg) từ việc ăn thức ăn và nước uống và 0.6 μg từ không khí thở.
Các rác thải của ngành công nghiệp thép, được tái sử dụng vào trong phân bón vì có lượng kẽm lớn (rất cần thiết để cây phát triển), các loại rác thải có thể gồm những kim loại độc hại sau: chì, arsen, cadmium, chrom, và nickel. Các thành phần độc hại thường thấy nhất trong kiểu phân bón này là thuỷ ngân, chì và arsen. 
Vì những lý do này, nên thực hiện quản lý dinh dưỡng, thông qua việc quan sát và giám sát thận trọng mùa màng, để giảm thiểu các hiệu ứng của việc sử dụng quá mức phân bón.
Các vấn đề khác
Sự phát thải methane (bề mặt và khí quyển) từ thu hoạch mùa màng (đáng kể nhất là từ các cánh đồng lúa) đang tăng lên do việc sử dụng các loại phân bón amoniac; những phát thải này đóng góp lớn vào sự thay đổi khí hậu toàn cầu bởi methane là một loại khí nhà kính mạnh.
Qua việc tăng cường sử dụng phân bón nitơ, tăng với tỷ lệ 1 tỷ tấn mỗi năm như hiện nay với lượng nitơ phản ứng có sẵn trong khí quyền, nitơ ôxít (N2O) đã trở thành loại khí nhà kính có mức độ tác động lớn thứ ba sau carbon dioxide và methane. Nó có khả năng làm thay đổi khí hậu và nó cũng góp phần làm suy giảm ozon ở tầng bình lưu.
Việc lưu trữ và sử dụng một số loại phân bón niotư trong một số điều kiện thời tiết hay đất có thể gây ra phát thải khí nhà kính tiềm tàng là nitơ ôxít. Khí amoniac (NH3) có thể phát thải sau khi sử dụng các loại phân bón 'vô cơ' và/hay phân súc vật hay bùn.
Việc sử dụng phân bón trên một bình diện toàn cầu làm phát thải ra những lượng lớn khí nhà kính vào khí quyển. Những phát thải diễn ra qua việc sử dụng:
  • Phân và urê động vật, thải ra methane, nitơ ôxít, amoniac, và carbon dioxide với những số lượng khác nhau tuỳ thuộc hình thức (rắn hay lỏng) và cách quản lý (thu thập, lưu trữ, rải) chúng các loại phân bón sử dụng axít nitric hay ammonium bicarbonate, việc sản xuất và sử dụng chúng dẫn tới những phát thải nitrogen oxides, nitrous oxide, amoniac và carbon dioxide vào khí quyển.
Bằng cách thay đổi các quá trình và quy trình, có thể giảm một số, chứ không phải toàn bộ, những hiệu ứng đó với thay đổi khí hậu toàn cầu.