Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ trong sản xuất phân bón vi sinh vật dạng hạt và phân bón lá

Bón phân là một trong những biện pháp kỹ thuật phổ biến để bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất và cây trồng. Do đó đến nay nhiều loại phân bón vô cơ, hữu cơ và sinh học khác nhau đã được phát triển và sử dụng để mang lại hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, việc lạm dụng phân bón nói chung, và phân bón hóa học - nguồn “thức ăn” quan trọng nhất đối với cây trồng trong thời gian qua đã ảnh hưởng xấu đến chất lượng nông sản, môi trường sinh thái, và sức khỏe con người. Chẳng hạn như việc sử dụng quá mức phân đạm đã làm tích đọng nitrat (NO2, NO3) vào nguồn nước, thay đổi pH đất, hình thành khí NOx gây mưa axit, thậm chí dư lượng nitrat trong nông sản có thể chuyển hóa thành các hợp chất gây ung thư như nitrosamine, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người tiêu dùng. Vì vậy, cần phát triển các loại phân bón thân thiện như phân bón hữu cơ, phân vi sinh vật hay phân bón hiệu quả cao như phân bón chậm tan, phân bón lá để hạn chế thất thoát phân bón vào môi trường. Thêm vào đó, bón phân cân đối với liều lượng, chủng loại và phương pháp bón phân đúng đắn, cân bằng cho từng loại đất và cây trồng cũng cần được nghiên cứu để giảm thiểu sử dụng phân bón vô cơ, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường, hướng tới phát triển nông nghiệp xanh, sạch và bền vững.

Công nghệ bức xạ (CNBX) sử dụng các hiệu ứng vật lý, hóa học và sinh học của bức xạ tác động lên vật chiếu để gây ra những thay đổi nhất định theo mục đích con người. Mặc dù mới được quan tâm nghiên cứu nhiều sau chiến tranh thế giới II, khi các nguồn bức xạ trở nên sẵn có với các lò phản ứng và máy gia tốc, CNBX đã phát triển rất nhanh và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong nông nghiệp, bức xạ ion hóa có thể được sử dụng để tiệt sinh các loại côn trùng, diệt các ký sinh trùng, vi khuẩn gây bệnh, nấm mốc gây hại, giúp kiểm soát sự phát tán côn trùng cần kiểm dịch, đảm bảo chất lượng vệ sinh, kéo dài thời gian bảo quản nông sản. Xử lý chiếu xạ cũng được sử dụng để gây đột biến, tạo giống cây trồng, vật nuôi có năng suất cao, phẩm chất tốt giúp tăng sản lượng và chất lượng các sản phẩm nông nghiệp. Ngoài ra, CNBX còn được áp dụng để thanh tiệt trùng chất mang, sản xuất phân bón, thuốc bảo vệ thực vật hay tạo các chất có hoạt tính sinh học dùng trong nông nghiệp.

Ở Việt Nam, các ứng dụng đầu tiên của bức xạ là trong lĩnh vực y tế với các máy chụp X-quang, sau đó là gây đột biến phóng xạ, chiếu xạ thực phẩm (ức 2 chế nảy mầm, làm chậm chín, kiểm dịch thực vật, giảm nhiễm sinh học thực phẩm khô...) đã được quan tâm nghiên cứu từ cuối thế kỷ trước. Tuy nhiên, thanh trùng than bùn đòi hỏi liều chiếu cao đến 25 kGy, các sản phẩm này có thời hạn bảo quản ngắn và dễ nhiễm tạp, nên chưa được sử dụng rộng rãi. Cần thiết nghiên cứu phát triển các loại chất mang hiệu quả cao, nhất là chất mang polyme do không đòi hỏi liều cao để thanh trùng và có thể khâu mạnh thành cấu trúc không gian ba chiều cho phép các tế bào vi sinh vật cư trú và tồn tại trong thời gian lâu dài.

Gần đây, xử lý chiếu xạ cắt mạch cũng đã được áp dụng đối với một số pilysaccharide biển như chitosan, alginate... nhằm tạo các phân đoạn khối lượng phân tử thấp có hoạt tính sinh học cải thiện để sản xuất các chế phẩm kích thích, điều hòa sinh trưởng, kích kháng bệnh thực vật, hỗ trợ tăng hiệu quả phân bón... Mặc dù vậy, ứng dụng CNBX chỉ dừng lại ở việc tạo các chất có hoạt tính sinh học nguồn gốc tự nhiên, mà chưa có sản phẩm phân bón vừa bổ sung các chất dinh dưỡng trung, vi lượng vừa cung cấp chất kích thích, điều hòa sinh trưởng và tăng hiệu quả hấp thu dinh dưỡng của cây trồng.

Xuất phát từ thực tiễn đó, Đơn vị chủ trì Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Trần Minh Quỳnh thực hiện Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ trong sản xuất phân bón vi sinh vật dạng hạt và phân bón lá với mục tiêu làm chủ ứng dụng công nghệ bức xạ tạo chất mang từ tinh bột sắn biến tính cho sản xuất phân bón vi sinh; cắt mạch tạo một số phân đọan xanthan, chitosan có đặc tính phù hợp cho sản xuất phân bón lá, đồng thời xây dựng được quy trình công nghệ và thử nghiệm sản xuất các sản phẩm phân bón này.

Tinh bột sắn loại PA (Pháp) và thương mại (Việt Nam) do công ty hóa chất Bảo Kim và công ty thực phẩm Tài Ký cung cấp. Chitosan dạng bột nguồn gốc vỏ tôm, có KLPT ban đầu khoảng 300 kDa và độ DD trên 75% được mua từ công ty MTV Chitosan Việt Nam (Kiên Giang, Việt Nam). Xanthan dạng bột có KLPT ban đầu khoảng 3000 kDa nguồn gốc Deosen Biochemical Ltd., Trung Quốc, được cung cấp bởi công ty TNHH Công nghệ Ba Đình, Hà Nội. Sodium alginate mua từ công ty hóa chất Sigma. Hóa chất phân tích như KCl, NaCl… từ công ty Merck, Đức và Wako Pure, Nhật Bản. Các hóa chất chuẩn bị môi trường nuôi cấy và dung môi khác là sản phẩm của công ty hóa chất DeaJung (Gyonggi, Hàn Quốc), Xilong (Trung Quốc).

Các chủng VSV cố định nitơ (30 chủng Azotobacter), và kích thích sinh trưởng thực vật (36 chủng Bacillus) được lấy từ quỹ gen VSV trồng trọt, Viện Thổ nhưỡng nông hóa được liệt kê trong Phụ lục 1. Thành phần các môi trường nuôi cấy vi sinh gồm môi trường hoạt hóa và nhân giống cấp I đối với vi khuẩn Azotobacter (AT), Bacillus (King B), và môi trường sản xuất sinh khối (Nước chiết đậu).

Cây trồng khảo nghiệm gồm cà chua Tre Việt 1, cải bắp Sakata và cải củ Hàn Quốc F1 là các giống rau được trồng phổ biến ở khu vực miền Bắc. Phân chuồng hoai mục và phân đạm, lân, kali là loại thông dụng trên thị trường. Phân bón khảo nghiệm gồm phân vi sinh dạng hạt (Rapol V), phân bón lá (Rocket 123) là sản phẩm của đề tài. Khảo nghiệm được tiến hành trên 2 loại đất trồng chính là đất phù sa và đất bạc màu khu vực ngoại thành Hà Nội.

Ngoài các báo cáo kết quả thực hiện nội dung, đề tài đã thiết lập được dây chuyền sản xuất phân bón vi sinh vật dạng hạt trên cơ sở các thiết bị, dụng cụ trang bị mới từ kinh phí đề tài kết hợp hệ thiết bị chiếu xạ và các trang thiết bị hiện có tại Trung tâm. Kết quả vận hành dây chuyền cho phép sản xuất được phân bón vi sinh vật dạng hạt (Rapol V) theo quy trình công nghệ mới với đặc tính phù hợp (độ ẩm ~ 10-15%, pH ~5-6, tổng số VSV hữu ích trên 108 CFU/g).

Đề tài đã tạo được các sản phẩm phân bón mới (200 kg phân vi sinh Rapol V và 600 lít phân bón lá Rocket 123) với chất lượng đảm bảo theo đúng tiêu chuẩn hiện hành đối với phân vi sinh và phân bón lá, và được cấp phép khảo nghiệm đối với cây cà chua, cải bắp và cải củ. Kết quả khảo nghiệm cho thấy cả hai sản phẩm phân bón khảo nghiệm đều có tác dụng tích cực đến sinh trưởng và phát triển của cây rau, làm tăng năng suất rau thu hoạch thực tế khoảng 11-15%. Việc bón bổ sung phân bón khảo nghiệm cũng cho hiệu quả kinh tế rõ rệt, làm tăng lợi nhuận trong sản xuất nông nghiệp và thu nhập của người dân. Kết quả này đã được đưa vào Hồ sơ xin công nhận và sản xuất phân bón mới.

Đề tài đã xây dựng được 04 bộ tài liệu quy trình công nghệ gồm quy trình công nghệ chiếu xạ tinh bột sắn tạo tinh bột biến tính làm chất mang đáp ứng yêu cầu sản xuất phân vi sinh; quy trình chiếu xạ chitosan, xanthan tạo các phân đoạn có hoạt tính sinh học đáp ứng yêu cầu sản xuất phân bón lá; quy trình 32 công nghệ sản xuất và sử dụng phân vi sinh dạng hạt công suất 20 kg/mẻ; quy trình công nghệ sản xuất và sử dụng phân bón lá quy mô 25 lít/mẻ.

Đã thực hiện được 06 mô hình khảo nghiệm sản xuất rau an toàn: 03 mô hình cho phân vi sinh vật dạng hạt (Rapol V) và 03 mô hình cho phân bón lá (Rocket 123) để đánh giá hiệu quả trên đất phù sa và đất bạc màu.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18014/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)