VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

TRẦN QUỐC TOÀN

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC
QUÁ TRÌNH NHẢ CHẤT DINH DƢỠNG CỦA MỘT SỐ

LOẠI PHÂN BÓN NHẢ CHẬM
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62.44.01.19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Trần Đại Lâm
2. GS.TS Nguyễn Văn Khôi

Hà Nội - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Trần Đại Lâm và GS.TS Nguyễn Văn Khôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học
nào khác. Một số kết quả trong luận án là kết quả chung của nhóm nghiên cứu đã được
các đồng tác giả cho phép sử dụng.
Tác giả luận án

Trần Quốc Toàn

ii


LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ
quí báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS
Trần Đại Lâm và GS.TS Nguyễn Văn Khôi – những người thầy đã tận tâm hướng dẫn
khoa học, truyền cho tôi tri thức cũng như chỉ bảo, giúp đỡ, động viên, khích lệ và tạo
mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Khoa học & Công nghệ và
Ban lãnh đạo Viện Hóa học cùng các cán bộ của Học viện, Viện đã giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ phòng Vật liệu Polyme - Viện Hóa
học đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm cũng như đóng góp nhiều ý kiến quí
báu về chuyên môn trong việc thực hiện và hoàn thiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thái Nguyên,các
trạm khuyến nông TP Sông Công và huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên đã tạo điều kiện để
tôi thử nghiệm, đánh giá sản phẩm.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm – Đại học
Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học và các đồng nghiệp trong Khoa Hóa học
đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và
bạn bè đã luôn tin tưởng, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả


Trần Quốc Toàn

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết đầy đủ

STT

Chữ viết tắt

1

ASC

Axit ascorbic - C6H8O5

2

APS

Amoni pesunfat - (NH4)2S2O8

3

AAm

Acrylamit - C3H5NO (CH2=CH–CONH2)


4

CRF

Phân bón nhả có kiểm soát (Controlled Release Fertilizer)

5

CDU

Ure formaldehit/Ure-crotonaldehit

6

DAP

Điamonihiđrophotphat - (NH4)2HPO4

7

DCD

Dixyandiamide

8

IR

Phổ hồng ngoại


9

IBDU

10

IFA

Hiệp hội phân bón quốc tế

11

MAP

MgNH4PO4.6H2O

12

MBA

N,N'- metylenbisacrylamit - C7H10N2O2

13

MC

Trộn cơ hóa học

14


NUE

Hiệu quả sử dụng N

15

NPK

Phân chứa N, P, K

16

SEM

Hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic Microscopy)

17

SRF

Phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer)

18

PVA

Poly vinylancol

19


PCF

Phân bọc polyme

20

PSCF

Phân bọc bằng polyme và lưu huỳnh

21

PU

Polyurethan

22

UF

Ure formaldehit

23

SA

Amonisunfat (NH4)2SO4

24


SCU

Phân bọc lưu huỳnh

25

MMT

Montmorillonit

26

TGA

Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal GravimetricAnalysis)

27

FAO

Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc

28

FAV

Hiệp hội phân bón Việt Nam

Ure-isobutyraldehit


iv


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan.................................................................................................................... ii
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... iii
Mục lục.............................................................................................................................. v
Danh mục bảng biểu ........................................................................................................vi
Danh mục các hình ........................................................................................................ vii
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..........................................................................................3
1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực, tác động của việc sử dụng phân
bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ. .......................................................................3
1.1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực. ................................................3
1.1.2. Tác động của việc sử dụng phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ ........4
1.2. Giới thiệu chung về phân bón nhả chậm ...................................................................6
1.2.1. Khái niệm, phân loại và những ưu điểm của phân bón nhả chậm .........................6
1.2.2. Công nghệ phân bón nhả chậm ............................................................................10
1.2.3. Động học và cơ chế quá trình nhả chậm phân bón ..............................................25
1.3. Giới thiệu một số nguyên vật liệu dùng chế tạo phân bón nhả chậm .....................32
1.3.1. Tinh bột và tinh bột biến tính ...............................................................................32
1.3.2. Polyurethan ...........................................................................................................34
1.3.3. Polyvinyl ancol .....................................................................................................35
1.3.4. Polyvinyl axetat ....................................................................................................35
1.3.5. Bentonit .................................................................................................................36
1.4. Ứng dụng của phân bón nhả chậm ..........................................................................37
1.4.1. Sử dụng phân bón nhả chậm trong nông nghiệp ..................................................37
1.4.2. Sử dụng phân bón nhả chậm trong lĩnh vực phi nông nghiệp ............................. 42

1.4.3. Tình hình nghiên cứu phân bón nhả chậm ở Việt Nam .......................................44
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ...................................................................................47
2.1. Nguyên liệu, hoá chất .............................................................................................. 47
2.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ...................................................................................47
2.3. Một số phương pháp phân tích phân bón ................................................................ 48

v


2.3.1. Xác định hàm lượng nitơ tổng số .........................................................................48
2.3.2. Xác định hàm lượng photpho tổng số ..................................................................49
2.3.3. Xác định hàm lượng kali tổng số .........................................................................49
2.3.4. Phương pháp xác định độ rã của lõi phân bón .....................................................49
2.3.5. Phương pháp xác định độ cứng của lõi phân .......................................................50
2.3.6. Phương pháp phân tích một số tính chất lý hóa của đất ......................................50
2.4. Phương pháp tiến hành ............................................................................................ 50
2.4.1. Nghiên cứu chế tạo lõi phân bón ..........................................................................50
2.4.2. Nghiên cứu chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm ............................................54
2.4.3. Xây dựng mô hình động học quá trình nhả chậm phân bón ................................ 56
2.4.4. Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng .......................58
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 65
3.1. Chế tạo lõi phân bón nhả chậm ...............................................................................65
3.1.1. Biến tính tinh bột ..................................................................................................65
3.1.2. Lựa chọn chất kết dính cho phân bón ure nhả chậm............................................68
3.1.3. Lựa chọn chất kết dính cho phân bón NPK nhả chậm .........................................70
3.2. Chế tạo vỏ bọc cho phân bón nhả chậm ..................................................................73
3.2.1. Đặc trưng vật liệu của lớp vỏ bọc ........................................................................73
3.3. Xây dựng mô hình động học quá trình nhả chậm phân bón ...................................78
3.3.1. Nghiên cứu quá trình nhả phân bón trong nước...................................................78
3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng nhả dinh dưỡng của phân bón................98

3.3.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng nhả dinh dưỡng của phân bón ......................100
3.3.4. Quá trình nhả phân bón trong đất ......................................................................101
3.3.5. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của lớp vỏ phân bón ............................103
3.4. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho một số cây trồng ............................................105
3.4.1. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho cây bí xanh .................................................106
3.4.2. Ứng dụng phân bón nhả chậm cho cây chè........................................................113
KẾT LUẬN ..................................................................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................121

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân ure nhả chậm (tính cho 100g) ........53
Bảng 2.2. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (16:16:16).......................53
Bảng 2.3. Thành phần nguyên liệu tổng hợp lõi phân bón NPK (30:10:10).......................54
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tới tính chất của tinh bột .............................. 65
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PU đến độ dày lớp vỏ và tỉ lệ bọc ...........................76
Bảng 3.3. Mô hình động học của phân ure nhả chậm với độ dày 25-30 µm ......................80
Bảng 3.4. Mô hình động học của phân ure nhả chậm với độ dày 40-50 µm ......................80
Bảng 3.5. Mô hình động học của phân ure nhả chậm với độ dày 70-80 µm ......................80
Bảng 3.6. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 25-30 µm ........................................................................85
Bảng 3.7. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 40-50 µm ........................................................................86
Bảng 3.8. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 70-80 µm ........................................................................86
Bảng 3.9. Các tham số động học và phương trình động học nhả P của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 25-30 µm ........................................................................88
Bảng 3.10. Các tham số động học và phương trình động học nhả P của phân NPK

(30:10:10) với độ dày 40-50 µm ........................................................................88
Bảng 3.11. Các tham số động học và phương trình động học nhả P của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 70-80 µm ........................................................................88
Bảng 3.12. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 25-30 µm ........................................................................90
Bảng 3.13. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 40-50 µm ........................................................................90
Bảng 3.14. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(30:10:10) với độ dày 70-80 µm ........................................................................91
Bảng 3.15. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 25-30 µm ........................................................................92
Bảng 3.16. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 40-50 µm ........................................................................93

vi


Bảng 3.17. Các tham số động học và phương trình động học nhả N của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 70-80 µm ........................................................................93
Bảng 3.18. Các tham số động học và phương trình động học nhả P của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 25-30 µm ........................................................................95
Bảng 3.19. Các tham số động học và phương trình động học nhả P của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 40-50 µm ........................................................................95
Bảng 3.21. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 25-30 µm ........................................................................97
Bảng 3.22. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 40-50 µm ........................................................................97
Bảng 3.23. Các tham số động học và phương trình động học nhả K của phân NPK
(16:16:16) với độ dày 70-80 µm ........................................................................98
Bảng 3.24. Ảnh hưởng của phân bón ure nhả chậm đến thời gian sinh trưởng ................106

Bảng 3.25. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến sinh trưởng và phát triển của
cây bí xanh ........................................................................................................107
Bảng 3.26. Ảnh hưởng của lượng phân bón nhả chậm đến hình thái cấu trúc quả
bí xanh ...............................................................................................................108
Bảng 3.27. Ảnh hưởng của phân bón ure nhả chậm đến năng suất và các yếu tố cấu
thành năng suất ..................................................................................................109
Bảng 3.28. Hiệu quả kinh tế thu được của mô hình ứng dụng phân bón nhả
chậmcho cây bí xanh.........................................................................................110
Bảng 3.30. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến các yếu tố cấu thành năng suất
chè (tính trung bình 7 lứa hái) ..........................................................................113
Bảng 3.31. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến năng suất chè (tính trung
bình 7 lứa hái) ...................................................................................................114
Bảng 3.32. Hiệu quả kinh tế thu được của mô hình ứng dụng phân bón nhả chậm
cho cây chè (tính trong 7 lứa hái) .....................................................................115
Bảng 3.33. Ảnh hưởng của phân bón nhả chậm đến tính chất lý – hóa của đất ...............116

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. So sánh giữa bón phân thông thường (3 lần bón) với bón phân nhả chậm (chỉ
1 lần bón) .......................................................................................................9
Hình 1.2. Cấu tạo hạt phân nhả chậm bọc polyme.........................................................15
Hình 1.3. Quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm ......................26
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của amylozơ (a) và amylopectin (b) ...................................33
Hình 1.5. Cấu trúc phân tử của Polyurethan ..................................................................34
Hình 1.6. Cấu trúc phân tử của Polyvinyl ancol ............................................................ 35
Hình 1.7. Cấu trúc phân tử Polyvinyl axetat ..................................................................36
Hình 1.8.Cấu trúc tinh thể 2:1 của Montmorillonit ........................................................37
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo lõi phân bón nhả chậm............................................................. 52

Hình 2.2. Sơ đồ chế tạo vỏ phân bón nhả chậm ............................................................. 55
Hình 2.3. Ống PVC chứa đất, nước và phân nhả chậm .................................................58
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tinh bột đến độ rã ...................................66
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian biến tính tinh bột đến độ cứng .............................. 66
Hình 3.3. Phổ IR của tinh bột .........................................................................................67
Hình 3.4. Phổ IR của tinh bột biến tính ..........................................................................67
Hình 3.5. Ảnh hưởng của loại chất kết dính đến độ rã lõi phân bón ure .......................69
Hình 3.6. Ảnh hưởng của loại chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón ure ..................69
Hình 3.7. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ rã lõi phân bón NPK (16:16:16) .........71
Hình 3.8. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK (16:16:16) ....71
Hình 3.9. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ rã lõi phân bón NPK (30:10:10) .........71
Hình 3.10. Ảnh hưởng của chất kết dính đến độ cứng lõi phân bón NPK (30:10:10) ..72
Hình 3.11. Phổ IR của lớp vỏ PU ...................................................................................73
Hình 3.12. Giản đồ TGA của lớp vỏ PU ........................................................................74
Hình 3.13. Ảnh SEM của lớp vỏ PU ..............................................................................75
Hình 3.14. Ảnh hưởng của sáp parafin đến đặc tính nhả N của phân ure nhả chậm ....75
Hình 3.15. Ảnh SEM của lớp vỏ với các độ dày khác nhau ..........................................77
Hình 3.16. Đặc tính nhả N của các mẫu phân ure nhả chậm trong nước ......................78

vii


Hình 3.17. Mô tả sự nhả N của phân ure bằng dạng tuyến tính của phương trình biểu
kiến bậc 0 .....................................................................................................79
Hình 3.18. Mô tả sự nhả N của phân ure bằng dạng tuyến tính của phương trình biểu
kiến bậc 1 .....................................................................................................79
Hình 3.19. Mô tả sự nhả N của phân ure bằng dạng tuyến tính.....................................80
của phương trình biểu kiến bậc 2 ...................................................................................80
Hình 3.20. Đặc tính nhả N của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm trong nước .81
Hình 3.21. Đặc tính nhả P của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm trong nước ..81

Hình 3.22. Đặc tính nhả K của các mẫu phân NPK (30:10:10) nhả chậm trong nước .82
Hình 3.23. Đặc tính nhả N của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm ...........................83
Hình 3.24. Đặc tính nhả P của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm ............................ 83
Hình 3.25. Đặc tính nhả K của phân bón NPK (16:16:16) nhả chậm ...........................83
Hình 3.26. Mô tả sự nhả N của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của
phương trình biểu kiến bậc 0 .......................................................................84
Hình 3.27. Mô tả sự nhả N của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của
phương trình biểu kiến bậc 1 .......................................................................85
Hình 3.28. Mô tả sự nhả N của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................85
Hình 3.29. Mô tả sự nhả P của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 0 ....................................................................................87
Hình 3.30. Mô tả sự nhả P của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 1 ....................................................................................87
Hình 3.31. Mô tả sự nhả P của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................87
Hình 3.32. Mô tả sự nhả K của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 0 ....................................................................................89
Hình 3.33. Mô tả sự nhả K của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 1 ....................................................................................89
Hình 3.34. Mô tả sự nhả K của phân NPK (30:10:10) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................90

viii


Hình 3.35. Mô tả sự nhả N của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 0 ....................................................................................91
Hình 3.36. Mô tả sự nhả N của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 1 ....................................................................................92

Hình 3.37. Mô tả sự nhả N của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................92
Hình 3.38. Mô tả sự nhả P của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 0 ....................................................................................94
Hình 3.39. Mô tả sự nhả P của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 1 ....................................................................................94
Hình 3.40. Mô tả sự nhả P của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................94
Hình 3.41. Mô tả sự nhả K của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 0 ....................................................................................96
Hình 3.42. Mô tả sự nhả K của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 1 ....................................................................................96
Hình 3.43. Mô tả sự nhả K của phân NPK (16:16:16) bằng dạng tuyến tính của phương
trình biểu kiến bậc 2 ....................................................................................97
Hình 3.44. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả N của phân ure nhả chậm ........98
Hình 3.45. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả N của phân NPK (16:16:16)nhả
chậm .............................................................................................................99
Hình 3.46. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả P của phân NPK (16:16:16) nhả
chậm .............................................................................................................99
Hình 3.47. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả K của phân NPK (16:16:16) nhả
chậm .............................................................................................................99
Hình 3.48. Ảnh hưởng của pH đến quá trình nhả N của phân ure nhả chậm ..............100
Hình 3.49. Ảnh hưởng của pH đến quá trình nhả dinh dưỡng của phân NPK (16:16:16)
nhả chậm ....................................................................................................100
Hình 3.50. Đặc tính nhả N của các mẫu phân ure nhả chậm trong đất .......................101
Hình 3.51. Đặc tính nhả N của phân bón NPK nhả chậm trong đất ............................102

ix



Hình 3.52. Đặc tính nhả P của phân bón NPK nhả chậm trong đất.............................102
Hình 3.53. Đặc tính nhả dinh K phân bón NPK nhả châm trong đất ..........................102
Hình 3.54. Độ giảm khối lượng vỏ phân nhả chậm trong đất......................................103
Hình 3.56. Ảnh SEM bề mặt vỏ viên phân có độ dày 50µm chôn trong đất ..............104
Hình 3.57. Ảnh SEM bề mặt vỏ viên phân có độ dày 70µm chôn trong đất ..............105
Hình 3.58. Một số hình ảnh ứng dụng phân nhả chậm cho cây bí xanh, cây chè.....112

x


MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ dân số hiện nay đã dẫn đến những vấn đề bức xúc về lương thực
thực phẩm. Sản xuất nông nghiệp từ chỗ dựa vào đất, phân chuồng, phân lá và các sản
phẩm sinh vật khác..., hiện nay phải dựa vào phân bón hóa học. Theo Tổ chức lương
thực và nông nghiệp liên hợp quốc (FAO) phân bón làm tăng năng suất cây trồng từ
35-45%, cho nên việc sử dụng phân bón trên thế giới cũng như ở Việt Nam là một tất
yếu [7].
Hiện nay, hiệu quả sử dụng phân bón ở Việt Nam và các nước trên thế giới là
rất thấp. Ở Việt Nam hiệu quả sử dụng phân urê đạt 30%-50%, phân lân 40%-45%,
kali 40%-50%, phần còn lại bị mất mát do nhiều nguyên nhân như do sự bay hơi của
amoniac, quá trình rửa trôi, xói mòn v.v... Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả
kinh tế và gây ô nhiễm cho môi trường, đất, nước và không khí [7]. Vì vậy, việc
nghiên cứu chế tạo ra các loại phân bón vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây trồng
trong một thời gian dài, chống bị rửa trôi, vừa thân thiện với môi trường đang là mối
quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học [121].
Để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, hiệu quả kinh tế và hạn chế ô nhiễm
môi trường, góp phần phát triển nền nông nghiệp xanh, sạch và bền vững, trong những
năm gần đây trên thế giới cũng như ở Việt Nam có xu hướng áp dụng công nghệ mới
vào lĩnh vực sản xuất phân bón. Một trong những hướng quan trọng nhất, có nhiều
triển vọng là nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhả chậm. Kỹ thuật này tạo ra các loại

phân bón có khả năng tăng cường sự phát triển của cây khi các chất dinh dưỡng được
đưa vào nền polyme hoặc bọc trong vỏ polyme. Chất dinh dưỡng được nhả dần cho
cây hấp thụ, do đó tránh được hiện tượng rửa trôi phân bón, tiết kiệm sức lao động và
chi phí sản xuất cũng như giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường. Các polyme được
sử dụng có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường, không ảnh
hưởng xấu đến chất lượng đất, chất lượng nông sản [121].
Việt Nam là nước nông nghiệp, do đó nhu cầu sử dụng phân bón trong sản xuất
nông nghiệp hàng năm là rất lớn đặc biệt là phân bón nhả chậm. Tuy nhiên, việc
nghiên cứu về phân bón nhả chậm hiện nay ở Việt Nam còn rất mới, hơn nữa việc sử
dụng phân bón nhả chậm trong sản xuất nông nghiệp còn rất hạn chế do giá thành của
1


phân bón nhả chậm nhập khẩu còn cao, gây chi phí lớn trong sản xuất. Vì vậy, luận
án“ Chế tạo và nghiên cứu động học quá trình nhả chất dinh dưỡng của một số loại
phân bón nhả chậm” và ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là vấn đề
cấp bách, giải quyết những bức xúc trong sản xuất thực tế đặt ra.
 Mục tiêu của luận án:
- Chế tạo một số loại phân bón nhả chậm với vỏ bọc polyurethan và nghiên cứu
động học quá trình nhả chất dinh dưỡng một số loại phân bón nhả chậm
- Ứng dụng phân bón nhả chậm cho một số cây trồng (cây bí xanh, cây chè)
 Nội dung luận án:
- Nghiên cứu chế tạo một số loại phân bón nhả chậm (Ure, NPK) với vỏ bọc
polyurethan.
- Xây dựng mô hình động học quá trình nhả chậm phân bón.
- Nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm cho một số cây trồng
(cây bí xanh, cây chè).

2



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lƣơng thực, tác động của việc sử dụng
phân bón tới môi trƣờng, sinh thái và sức khoẻ.
1.1.1. Vai trò của phân bón đối với sản xuất lương thực.
Phân bón là các chất hữu cơ hoặc vô cơ chứa các nguyên tố dinh dưỡng cần
thiết cho cây trồng nhằm giúp chúng sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao,
được bón vào đất hay hòa vào nước phun, xử lí hạt giống, rễ và cây con [7].
Hiện nay khoa học đã xác định được 92 nguyên tố hóa học có trong cây, trong
đó có 13 nguyên tố được coi là thiết yếu, cần được cung cấp qua phân bón. Dựa vào
lượng chất cây cần sử dụng, người ta chia các chất dinh dưỡng thiết yếu thành 3 nhóm
là các chất đa lượng, chất trung lượng và chất vi lượng:
- Nhóm dinh dưỡng đa lượng (NPK): là những chất cây cần với số lượng nhiều
gồm 3 chất là đạm (N), lân (P) và kali (K).
- Nhóm dinh dưỡng trung lượng (Ca; Mg; S): là những chất cây cần với số
lượng trung bình, gồm 3 chất là Canxi (Ca), Magie (Mg), Silic (Si)
- Nhóm dinh dưỡng vi lượng (Fe; Zn ; Mn; Cu ; B ; Mo; Cl): là những chất cây
cần với lượng ít, gồm 7 chất là Sắt (Fe), Kẽm (Zn), Mangan (Mn), Đồng (Cu), Bo (B),
Molypden (Mo) và Clo (Cl).
Các chất dinh dưỡng thiết yếu được cây hút ở dạng ion hòa tan chủ yếu từ đất
và phân bón. Đối với cây trồng, nguồn dinh dưỡng cung cấp từ đất không đáng kể so
với yêu cầu của cây nên phải bổ sung qua phân bón [7].
Theo tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc (FAO) phân bón làm
tăng năng suất cây trồng từ 35-45% và đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây
trồng. Cứ ba người sống trên hành tinh này thì có một người sống nhờ tăng năng suất
cây trồng [7].
Ngành công nghiệp sản xuất phân bón ra đời vào cuối thế kỷ 18, nhưng chỉ phát
triển mạnh vào những năm 60 của thế kỷ 20. Trong giai đoạn từ 1961 đến 2011, khi
dân số tăng từ 3 tỷ người lên gần 7 tỷ người thì sản lượng ngũ cốc tăng từ 0,9 tỷ tấn
lên trên 2,5 tỷ tấn và sản lượng tiêu thụ phân bón cũng tăng từ 30 triệu tấn dinh dưỡng

N-P2O5-K2O lên 176 triệu tấn. Qua đó cho thấy, sự gia tăng dân số và sản lượng ngũ

3


cốc là tương đương nhau trong khi sản lượng tiêu thụ phân bón có tỷ lệ tăng gấp đôi so
với dân số và sản lượng ngũ cốc [18].
Dự báo đến năm 2020, hơn 70% sản lượng ngũ cốc sẽ phải phụ thuộc vào phân
bón. Nhu cầu các chất dinh dưỡng tăng liên tục với tốc độ tăng trưởng dân số, đặc biệt
là ở các nước đang phát triển [36]. Với diện tích đất trồng trọt 1,6 tỷ ha, và chỉ có thể
bổ sung thêm 70 triệu ha vào năm 2050 để sản xuất lương thực cho dân số có thể đạt
13,4 tỷ người vào năm 2050 thì đòi hỏi một lượng dinh dưỡng rất lớn từ phân bón và
phân bón tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an ninh lương thực thế
giới [18].
Đối với Việt Nam, trên 30 năm qua, phân bón đã góp phần quan trọng trong sự
phát triển của ngành nông nghiệp Việt Nam. Từ một nước thiếu lương thực, nước ta đã
trở thành cường quốc xuất khẩu gạo và các nông sản khác như cà phê, hồ tiêu,
chè...[3].
1.1.2. Tác động của việc sử dụng phân bón tới môi trường, sinh thái và sức khoẻ
Dân số thế giới và nhu cầu về lương thực, thực phẩm của con người ngày càng
tăng dẫn đến việc sử dụng phân bón hóa học ngày càng lớn. Tuy nhiên, hiệu quả sử
dụng phân bón của cây trồng hiện nay là rất thấp. Trung bình có khoảng 50-60% phân
đạm, lân, kali khi bón vào đất sẽ không được cây trồng sử dụng mà thải ra ngoài môi
trường. Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gây hiệu ứng nhà kính, ô
nhiễm môi trường đất, nước và không khí [21],[121].
Sự ảnh hưởng của việc thất thoát phân bón đối với môi trường đã được nhiều
nhà khoa học chỉ ra từ lâu. Trong số phân bón chưa được cây trồng sử dụng, một phần
còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi theo nước mặt do mưa, theo các công trình
thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Một phần bị rửa trôi
theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ

hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí. Sự thất thoát nitơ ra ngoài không
khí là nguyên nhân chính làm giàu lượng nitơ trong bầu khí quyển. Tại nhiều khu vực
trên thế giới, nitơ và cả photpho xảy ra tình trạng tích tụ thành một lượng quá lớn cho
phép gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, sức khỏe và hệ sinh thái [36].
Khi lượng phân bón dư thừa đi vào nguồn nước mặt đã làm tăng nồng độ chất
dinh dưỡng trong nước và gây ra hiện tượng phú dưỡng và tảo nở hoa gây hại. Mặt

4


khác, khi tảo và thực vật bậc thấp bị chết, xác của chúng bị phân hủy yếm khí, tạo nên
các chất độc hại, có mùi hôi, gây ô nhiễm nguồn nước [84].
Ở hầu hết các vùng canh tác, nitơ bị oxy hóa tạo thành nitrat dưới tác dụng của
vi khuẩn hoạt động có thể bị thấm hoặc bị tách khỏi rễ đi vào nước ngầm, nước mặt.
Nồng độ nitrat trong nước cao (do phân đạm chứa nitrat) làm ảnh hưởng đến sức khỏe
con người, động vật. Trong đường ruột, các nitrat bị khử thành nitrit, các nitrit được
tạo ra được hấp thụ vào máu kết hợp với hemoglobin làm khả năng chuyên chở oxy
của máu bị giảm. Nitrit còn là nguyên nhân gây ung thư dạ dày và nhiều căn bệnh
khác như bướu cổ, dị tật bẩm sinh, bệnh tim mạch [36].
Trong quá trình sử dụng phân bón nitơ, sự bay hơi của amoniac là tương đối
lớn, đặc biệt là khi sử dụng chúng trong môi trường đất có tính kiềm. Sự giải phóng
amoniac khi sử dụng phân bón có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong hệ sinh thái,
là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật. Một lượng NH3 có thể bị oxi hóa và
được chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từ nguồn khí thải công nghiệp)
tạo thành mưa axit. Mưa axit là nguyên nhân phá hủy mùa màng hoặc axit hóa các hồ
chứa nước, gây ra tình trạng ngộ độc nhôm trong cá và thực vật [36].
Hiện nay, sự biến đổi khí hậu, thời tiết khắc nhiệt cũng là nguyên nhân chủ yếu
gây thất thoát phân bón. Ngoài việc phân bón bị mất mát do nước mưa dư chảy tràn thì
hiện tượng lũ lụt, làm xói mòn đất, phá vỡ cấu trúc của đất làm tăng nhanh lượng phân
bón bị rửa trôi. Sự nóng dần lên của trái đất đã làm tăng tốc độ hoà tan của phân bón

trong nước, tăng sự bay hơi amoniac [36].
Nguồn nguyên liệu và quá trình sản xuất phân hoá học có khi chứa các loại kim
loại nặng, các kim loại này được cây trồng hấp thụ và tích lũy trong sản phẩm. Người
và gia súc dùng sản phẩm chứa các kim loại này lâu ngày sẽ bị nhiễm độc, ảnh hưởng
trực tiếp đến sức khoẻ. Ví dụ: các nguyên tố như Cd, Cr, Pb, Ur hay Ra có chứa trong
phân lân có thể tích tụ trong đất trong thời gian dài và gây hậu quả nghiêm trọng [36].
Trong sản xuất nông nghiệp, ở các nước đang phát triển nông dân thường lạm
dụng phân bón, có nơi người nông dân bón phân gấp 2-3 lần so với nhu cầu đã làm
thất thoát lượng lớn phân bón, gây mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm môi trường, đặc
biệt là nguồn nước ngầm, gây mưa axit, góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính, làm
giảm độ phì nhiêu đất, tích luỹ dư lượng trong nông sản [7].

5


Việc thất thoát phân bón vào môi trường đất đã ảnh hưởng đến các tính chất lí
hoá học và sinh học của đất, phá vỡ cấu trúc của đất, giảm tỉ lệ thông khí trong đất. Ví
dụ khi thất thoát (NH4)2SO4 sẽ làm dư thừa ion SO42- làm đất bị chua, pH của đất giảm,
một số vi sinh vật bị chết, tăng hàm lượng các ion kim loại hoà tan của Al, Mn, Fe...
gây ô nhiễm đất và độc hại với cây trồng. Khi phân bón vi lượng thất thoát sẽ làm tăng
hàm lượng kim loại nặng như Cu, Zn, Mn...trong đất làm cho thực vật sinh trưởng trên
đất bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ tích lũy kim loại nặng trong cơ thể và theo chuỗi thức
ăn đi vào cơ thểcon người và động vật. Ngoài ra, khi sử dụng phân bón không đúng sẽ
làm tăng dịch bệnh, dẫn tới phải sử dụng nhiều thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi
trường [36].
Theo FAV, nhu cầu phân bón hóa học cho sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
năm 2014 khoảng 11 triệu tấn phân bón các loại, nếu hiệu suất sử dụng các loại phân
bón trung bình khoảng 45-50%, thì mỗi năm ngành nông nghiệp đã lãng phí khoảng
40-44 nghìn tỷ đồng. Việc thất thoát phân bón là nguyên nhân chính làm tăng chi phí
đầu vào cho sản xuất nông nghiệp. Ở Việt nam, ước tính chi phí cho phân bón và

thuốc bảo vệ thực vật chiếm khoảng 50% giá thành sản xuất lúa hiện nay [5],[21].
1.2. Giới thiệu chung về phân bón nhả chậm
1.2.1. Khái niệm, phân loại và những ưu điểm của phân bón nhả chậm
1.2.1.1. Khái niệm về phân bón nhả chậm
Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khó tháo gỡ,
đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón. Bởi vậy, việc rất cần thiết là phát
triển một loại phân bón mới. Bằng sự nỗ lực không ngừng, các nhà khoa học đã chế
tạo thành công loại phân bón mới, đáp ứng được những yêu cầu đặt ra, đó chính là
phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer -SRFs) và phân bón nhả có kiểm soát
(Controlled Release Fertilizer-CRFs) [121].
Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứa dinh dưỡng
cho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn cho cây hấp thu và sử dụng sau khi
đưa vào, hoặc là b) dạng có sẵn cho cây trong thời gian dài hơn rất nhiều so với “phân
bón có sẵn dinh dưỡng” như amoni nitrat hay ure, amoni photphat, kali clorua. Không
có sự khác biệt chính thức nào giữa phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát nên thường
được gọi chung là phân nhả chậm. Tuy nhiên, các sản phẩm N bị phân hủy bởi vi khuẩn

6


như UF (Ure-Formaldehit), trong thương mại thường được gọi là phân nhả chậm và các
sản phẩm dạng viên hoặc bọc được gọi là phân bón nhả có kiểm soát.
Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đưa ra một số đề xuất về phân bón nhả chậm
trong đất như sau:một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinh dưỡng
hoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới những điều kiện nhất định như
ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn sau:
+ Nhả không quá 15% trong 24h.
+ Nhả không quá 75% trong 28 ngày.
+ Nhả ít nhất 75% trong khoảng thời gian đã định [121].
1.2.1.2. Phân loại phân bón nhả chậm

Phân nhả chậm được phân loại theo nhiều cách khác nhau theo các tiêu chí
khác nhau.
*Dựa vào các đặc điểm về cấu trúc hóa học, về tính chất vật lí như: độ chậm tan,
khả năng nhả các chất dinh dưỡng, phân nhả chậm được chia thành hai loại: là phân
không bọc (SRF) và phân có vỏ bọc (CRF).
- Phân không bọc nhả chậm (SRFs): là phân bón trong đó bằng cách thuỷ phân
hoặc phân huỷ sinh học hoặc bằng sự tan hạn chế, các chất dinh dưỡng được nhả dần
trong thời gian dài hơn so với phân bón hoà tan trong nước thông thường như amoni
sunfat, amoni nitrat và urê [66].
- Phân bọc nhả chậm (CRFs): là phân bón trong đó chất dinh dưỡng được kiểm
soát, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng trong một thời gian ở nhiệt độ xác định [66].
Tuy nhiên, Trenkel [121] và Shaviv [36] đã xác định sự khác biệt giữa hai loại
phân này. Trong trường hợp của SRF, mô hình nhả chất dinh dưỡng gần như là không
thể đoán trước, có thể thay đổi theo điều kiện khí hậu, loại đất. Ngược lại với CRFs,
mô hình nhả chất dinh dưỡng, số lượng và thời gian nhả chất dinh dưỡng có thể dự
đoán được và trong giới hạn nhất định.
*Theo Trenkel [121] và Shaviv [36] phân bón nhả chậm có thể được phân thành
3 loại sau:
- Các hợp chất hữu cơ có độ hoà tan thấp
Các hợp chất này thường là các sản phẩm ngưng tụ từ ure. Các hợp chất này
được chia nhỏ thành các chất phân huỷ sinh học như urea-formaldehyde (UF),
isobutylidene diurea (IBDU) hoặc urê acetaldehyde/cyclo diurea (CDU). Cơ chế nhả
7


chậm của phân không bọc dựa trên sự thủy phân từ từ trong nước và tác động của các
vi khuẩn trong đất.
-Phân bón bọc (kiểm soát việc nhả dinh dưỡng bằng lớp phủ)
Nhóm này gồm những phân bón mà tính tan của nó được điều khiển bởi tính
chất vật lí. Các loại phân bón có lõi hoặc hạt được phủ bằng vật liệu polyme hay như

là một chất nền làm giảm khả năng nhả chất dinh dưỡng. Các loại phân bón phủ được
chia thành phân phủ bằng vật liệu polyme hữu cơ hoặc nhựa nhiệt dẻo và phân bón
bọc bằng vật liệu vô cơ như lưu huỳnh hoặc chất khoáng ít tan. Các vật liệu polyme
hữu cơ bọc có thểlà polyme kị nước như polyolefin, cao su...hoặc polyme ưa nước
trong tự nhiên như ‟‟hydrogel‟‟làm chậm quá trình hoà tan phân bón do khả năng giữ
nước cao. Các loại ‟‟hydrogel‟‟ trên ít phổ biến hơn so với các loại phân bón phủ và
vẫn đang được phát triển.
-Các hợp chất vô cơ có độ hòa tan thấp
Các hợp chất vô cơ có độ hoà tan thấp như muối amoni photphat của kim loại
có công thức tổng quát là MeNH4PO4 xH2O (với Me là Mg, Fe, Zn, Mg hay K), ví dụ
KNH4PO4 và MgNH4PO4.
1.2.1.3. Ưu điểm của phân bón nhả chậm
- Giảm tối thiểu sự mất mát phân bón do xói mòn đất, sự bay hơi hay do kết
dính chặt vào đất và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón. Việc sử dụng phân bón nhả
chậm có thể giảm từ 20-30% (hoặc lớn hơn) lượng phân bón so với phân bón thông
thường mà vẫn cho năng suất như nhau. Các chất dinh dưỡng được cung cấp suốt vòng
đời phát triển của cây, theo từng giai đoạn phát triển của cây, nhu cầu dinh dưỡng ở
từng thời điểm được cung cấp đúng lúc, đúng liều và đúng cách. Đồng thời giúp rễ cây
phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề kháng của cây [121].
- Phân bón nhả chậm giúp cải thiện sự hấp thu các chất dinh dưỡng của thực vật
thông qua việc nhả chất dinh dưỡng đầy đủ theo thời gian, làm giảm đáng kể lượng
hao hụt chất dinh dưỡng, đặc biệt là mất nitơ, nitrat qua việc rửa trôi NO3- và bay hơi
của NH3. Góp phần làm giảm thiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính như N2O và
nguy cơ ô nhiễm mạch nước ngầm, không khí [121].

8


- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính đối với cây trồng (đặc biệt là cây trồng
từ hạt) và hàm lượng muối của chất nền, bắt nguồn từ nồng độ ion cao trong đất, do

quá trình hòa tan nhanh của phân bón truyền thống, vì thế góp phần cải thiện tính an
toàn trong nông nghiệp. Không gây chết cây do sốc dinh dưỡng khi mới bón, không
gây thoái hoá và làm chết các vi sinh vật đất, giảm thiểu rủi ro mà phân bón gây ra đối
với cây trồng và môi trường như cháy lá, ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng phú
dưỡng. Ngoài ra phân bón nhả chậm còn cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảy mầm
cây [40].
- Giảm số lần bón phân trong một vụ, chỉ cần bón 1 lần duy nhất cho cả vụ nên
tiết kiệm thời gian, công lao động và kinh tế cũng như chi phí trong sản xuất, giảm bớt
sự tác động cơ học đến đất do sử dụng nhân công hoặc máy móc mỗi lần bón phân gây
nén chặt đất [71],[121].

Hình 1.1. So sánh giữa bón phân thông thường (3 lần bón) với bón phân nhả chậm
(chỉ 1 lần bón) [4]
- Việc sử dụng phân bón nhả chậm đóng góp vào chương trình quản lí phân bón
tiên tiến và sáng tạo, hệ thống canh tác công nghệ cao. Việc dự đoán tốt việc nhả chất
dinh dưỡng lâu dài của một số loại phân nhả chậm cho phép phát triển các phần mềm
bón phân sử dụng trên các loại cây trồng khác nhau, vùng đất khác nhau. Trong sản
xuất rau chuyên canh, phân bón nhả chậm được sử dụng một lần cho nhiều loại cây
trồng, ví dụ rau diếp, cải thảo, đậu tằm, bông cải xanh...giúp nâng cao chất lượng và an
toàn của rau quả và nông sản [121].
- Giảm độ pH trong đất có môi trường kiềm. Sử dụng phân bón ure bọc lưu
huỳnh làm tăng độ axit vì cả lưu huỳnh và ure đều góp phần làm đất chua (pH đất

9


giảm). Tuy nhiên, quá trình axit hóa có thể có lợi cho sự hấp thu phốt pho và sắt (Fe).
Ngoài ra, lưu huỳnh là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất cả các loại cây trồng [121].
1.2.2. Công nghệ phân bón nhả chậm
1.2.2.1. Phân không bọc nhả chậm

Phân không bọc nhả chậm thường là các loại phân chứa ure. Loại phân này là
sản phẩm ngưng tụ trong điều kiện thích hợp của ure với các chất hữu cơ như
formaldehit (phân ure-formaldehit: UF), isobutyraldehit (phân ure-isobutyraldehit:
IBDU), crotonaldehit (Ure-crotonaldehit: CDU). Cơ chế nhả chậm của phân không
bọc dựa trên sự thủy phân từ từ trong nước và tác động của các vi khuẩn trong đất.
Tốc độ nhả chậm phân bón được kéo dài nhờ kiểm soát chiều dài mạch ngưng
tụ, kích thước hạt phân bón, lượng nước sẵn có...Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới
hoạt tính vi khuẩn (như nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ thông thoáng khí của đất...) cũng có
ảnh hưởng đến tốc độ nhả phân bón.Trong số các loại phân không bọc nhả chậm được
sản xuất thì phân nhả chậm trên cơ sở UF đóng góp thị phần lớn nhất trên thế giới còn
phân IBDU và CDU có mức độ sử dụng thấp hơn do giá thành của chúng cao hơn so
với phân UF.
Ngoài ra các loại phân không bọc còn được tạo ra bằng nhiều cách khác như
trộn các chất dinh dưỡng với vật liệu nền hay tạo hợp chất ít tan, sử dụng các vật liệu
có khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng nhằm hạn chế khả năng nhả dinh dưỡng của phân
bón... Đã có nhiều vật liệu khác nhau được sử dụng làm chất nền như: cao su, vật liệu
kết dính, polyme, zeolit, zeolit biến tính, khoáng sét...[36],[57],[86],[102].
* Phân ure-formaldehit (UF) -38%N
Ure-formaldehit được tạo thành nhờ phản ứng của formaldehit với ure dư trong
các điều kiện được kiểm soát (pH, nhiệt độ, phần mol, thời gian phản ứng…), kết quả
là thu được hỗn hợp metylen ure với chiều dài mạch khác nhau.
Nói chung phân ure-formaldehit có tốc độ giải phóng nitơ chậm và phù hợp với
hầu hết các loại cây trồng. Do độ tan thấp nên chúng sẽ không làm cháy thảm thực vật
cũng như không gây cản trở quá trình nảy mầm. Do có hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao
nên chúng được sử dụng phổ biến hơn tại các vùng có khí hậu ấm áp [36],[121].
* Phân ure-isobutyraldehit/isobutylidene diurea (IBDU) – 32% N

10



Ure-isobutyraldehit là một sản phẩm ngưng tụ từ phản ứng của isobutyraldehit
(dạng lỏng) với ure. Sản phẩm của phản ứng ngưng tụ của ure với isobutyraldehit là
các oligome đơn. Để thu được tỷ lệ IBDU tối ưu thì điều quan trọng là phải dừng phản
ứng bằng cách trung hòa tại điểm mà hầu hết sản phẩm là IBDU.
Hàm lượng nitơ theo lý thuyết của loại phân này là 32,18%, trong khi lượng
nitơ cần thiết tối thiểu được xác định là 30%. Cơ chế nhả chậm của loại phân này dựa
trên sự thủy phân từ từ của IBDU tan chậm trong nước và tạo thành ure, nó được
chuyển thành ion amoni và sau đó là nitrat nhờ vi khuẩn trong đất. Tốc độ giải phóng
nitơ là một hàm của kích thước hạt, độ ẩm, nhiệt độ và pH.
IBDU là một tinh thể rắn màu trắng, chứa từ 30% N đến 90% N dưới dạng tan
được trong nước. Mức độ tan trong nước của IBDU bị ảnh hưởng bởi kích thước viên
và lượng nước có sẵn. Vì sự giải phóng đạm của IBDU không lệ thuộc vào vi sinh vật
nên nó xảy ra đều đặn tại nhiệt độ tương đối thấp. Do vậy, đây là một sản phẩm được
ưa chuộng để bón cho cây trồng trong mùa lạnh [36],[121].
* Phân Ure-crotonaldehit/Crotonylidene diurea (CDU) - 32,5% N
Ure-crotonaldehit là sản phẩm ngưng tụ của phản ứng giữa ure với andehit
axetic có xúc tác axit. Khi hòa tan vào nước, nó sẽ phân rã từ từ thành ure và
crotonaldehit. Như trường hợp IBUD, với CDU thì kích thước hạt cũng ảnh hưởng lớn
đến tốc độ nhả nitơ (thường nhả rất chậm với hạt có kích thước lớn).
CDU bị phân rã bởi cả con đường thủy phân và vi khuẩn trong đất. Nhiệt độ, độ
ẩm, những hoạt động sinh học có ảnh hưởng lớn đến tốc độ nhả nitơ. Mặc dù vậy,
trong đất có môi trường axit, CDU phân hủy chậm hơn so với IBDU. Các quá trình
nông hóa của CDU trong đất là tương tự như IBDU. Tại Nhật Bản và Châu Âu, CDU
được sử dụng chủ yếu trong nông nghiệp đặc biệt [36],[121].
* Ure-Triazon
Ure-Triazon là sản phẩm của phản ứng của ure amoniac-formaldehit. Thành
phần chính trong phân bón này là triazon, đây là chất có vòng sáu cạnh với 6 nguyên
tử, ba trong số đó là nguyên tử N. Loại phân này chứa khoảng 28% N và được giới
thiệu là loại phân bón lỏng dùng chủ yếu cho cỏ [36].
*Phân trên cơ sở chất nền


11


Loại phân nhả chậm này thường là viên nén hay dạng bánh, trong đó các chất
dinh dưỡng thường được trộn với chất kết dính hay sử dụng các vật liệu có khả năng
lưu giữ và giải phóng chậm chất dinh dưỡng. Trong nhiều trường hợp, UF hoặc IBDU
được thêm vào hỗn hợp. Bản chất của các sản phẩm này, trong nhiều trường hợp tương
tự SRF khác, khả năng nhả của nó chủ yếu dựa trên bề mặt với tỉ lệ khối lượng các sản
phẩm (tức là kích thước lớn sẽ nhả chậm hơn). SRF dựa trên chất nền được sử dụng
trong thời gian hạn chế, chủ yếu cho vườn nhà [36].
Zeolit tự nhiên có nhiều tiềm năng làm phân bón nhả chậm, bởi chúng có khả
năng lưu giữ NH4NO3 và KNO3 khi các chất này được phủ lên tinh thể zeolit
[102],[117]. Nghiên cứu về khả năng nhả P và K từ hai loại phân bón zeolit và
KH2PO4 cho thấy phân bón từ zeolit vẫn nhả P sau hơn 70 ngày ngâm, trong khi P từ
KH2PO4 đã nhả hết sau 50 ngày. Ngoài ra khả năng hấp phụ và giải phóng lưu huỳnh
cũng đã được tìm thấy ở Nano-zeolit có bổ sung nguồn lưu huỳnh. Loại phân bón nano
này có khả năng nhả các chất dinh dưỡng trong 1000-1200 giờ, trong khi thời gian nhả
của phân bón thông thường chỉ lên đến 300-350 giờ [113]. Để cải thiện hiệu quả sử
dụng N của phân đạm, zeolit tự nhiên mao quản (Z) và zeolit mao quản nano(NZ)
được sử dụng là chất nền trong quá trình điều chế phân bón. Phân bón urê thương mại
và các chất hấp phụ được trộn với tỷ lệ khối lượng từ 1: 1 đến 1:10. Các hỗn hợp với tỉ
lệ 1: 1 của zeolite tự nhiên: urê và NZ: urê có hàm lượng N tổng tương ứng là 18,5 và
28%, có khả năng nhả N tương ứng là 34 và 48 ngày trong đất, trong khi với ure thông
thường việc nhả N không quá 4 ngày ở điều kiện thường [38].
Một loại zeolit tự nhiên kiểuclinoptilolit trơ, không độc hại có cấu trúc lí tưởng
cho quá trình trao đổi và hấp phụ ion có thể được sử dụng như một chất nền cho phân
bón nhả chậm hay phụ gia cho thức ăn gia súc, cải thiện tính chất lí hóa của đất [99].
Khi biến tính zeolit bởi hexadecyltrimethylammonium tạo ra zeolit biến tính
(SMZ) có khả năng hấp thụ tốt anion (NO3-, PO43-) và giải phóng chậm các anion này

nên SMS có tiềm năng lớn để chế tạo phân bón nhả chậm, kiểm soát việc giải phóng
NO3-, PO43- và các anion khác. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ P của SMZ tăng
gấp 4,9 lần so với zeolit chưa biến tính (zeolit-A). P từ SMZ vẫn còn khả năng giải
phóng sau 1080 giờ ngâm, trong khi P từ KH2PO4 đã hết sau 264 giờ [41],[133].

12


Elaine I và cộng sự [57] đã để điều chế phân ure nhả chậm nanocomposit dựa
trên sự xen lớp của ure vào khoáng sét montmorillonit với các tỉ lệ khác nhau. Các vật
liệu được tổng hợp theo ba bước: trộn, đùn và sấy khô. Khoáng sét montmorillonit và
urê được cân riêng và trộn sẵn, sau đó bổ sung một lượng nước thích hợp ở 250C để
thu được hỗn hợp dẻo. Hỗn hợp được cho vào máy ép đùn trục vít để đùn thành viên
hình trụ có đường kính 3mm và dài 5 mm, sau đó sấy khô ở nhiệt độ phòng trong 48
giờ. Phân bón ure – nanocomposites đã được sản xuất thành công với hàm lượng ure
từ 50-80%. Kết quả phân tích cho thấy, ure nhả nhanh và hoàn tất trong thời gian <1
giờ, còn ure – nanocomposites với tỉ lệ khối lượng montmorillonit/ure là 1:1 nhả chậm
hơn, chỉ hoàn thành nhả sau 8-10 giờ ngâm trong nước ở nhiệt độ phòng.
Ni Xiaoyu, Wu Yuejin và cộng sự [100] đã giới thiệu một phương pháp mới sản
xuất ure nhả chậm (S-ure), khi sử dụng bentonit và một polymer hữu cơ (OP) để tạo
thành một cấu trúc mạng tinh thể ba chiều. Mẫu B-ure được chuẩn bị bằng cách
trộnbentonit (5%) vớiurê. Sử dụng một lượng OP (0,15%) để thay thế bentonit để được
sản phẩm (P-urê). Sản phẩm S-ure thu được bằng cách trộn OP với một tỷ lệ bentonit
(từ 1% đến 5%) và urê theo cùng một phương pháp. Các hỗn hợp B-ure, P-ure, S-ure
đều được cho vào khuôn hình trụ dài 100mm, với đường kính 10mm để tạo viên ở
nhiệt độ phòng, sau đó sấy khô ở 800C, trong thời gian 8 giờ trước khi sử dụng. Các
thử nghiệm nhả tĩnh trong 1 lít nước cho thấy 75% trong số 12gam mẫu S-urê nhả
trong khoảng 14 giờ, dài hơn nhiều so với ure thông thường (< 0,5giờ). Quá trình
khuếch tán N được kiểm soát bởi cấu trúc mạng tinh thể, quá trình này có thể được
tăng cường bằng cách tăng lượng bentonit.

Một loại phân bón nhả chậm dựa trên sự tương tác của nano chitosan với
phân bón NPK đã được tổng hợp bởi E. Corradini [58]. Trong nghiên cứu này, các hạt
nano chitosan dùng để kết hợp với các loại phân bón NPK thu được bằng cách trùng
hợp axit metacrylic. Kết quả phân tích đã chỉ ra sự tồn tại các tương tác tĩnh điện giữa
các hạt nano chitosan với các yếu tố N, P và K.
Tro bay là vật liệu tiềm năng để sản xuất phân bón nhả chậm.Yoo JG và cộng
sự [130] sử dụng tro bay từ than thải sản xuất phân bón K nhả chậm và cải tạo đất. Tro
bay được phản ứng với KOH để tạo thuận lợi cho việc ngâm tẩm K cũng như tăng
cường lực liên kết. Các loại phân bón sản xuất từ tro bay có khả năng hấp thụ nước, đã

13