Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu vật liệu polyme tiên tiến thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây - Nguyễn Thị Thức

MỞ ĐẦU Ngày nay, nhựa polyetylen (PE) phế thải đã và đang đặt ra những vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và gây tổn thương đến hệ sinh thái. PE thường không phân hủy và do đó vẫn tồn tại dưới dạng chất thải trong môi trường với thời gian rất dài gây hại đối với sức khỏe con người. Do những ưu điểm về giá thành cũng như phương pháp gia công đơn giản, các loại màng chất dẻo chế tạo từ polyetylen (PE) đang được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như: bao gói, che phủ và dùng để chế tạo bầu ươm cây trong nông nghiệp. Ở Việt Nam, nhu cầu sản xuất cây giống trong bầu ươm cho cây ăn quả, cây nông lâm nghiệp ngày càng tăng, hầu hết các loại cây giống đều được trồng trong bầu.

Bầu ươm là môi trường trồng cây và chứa nguồn dinh dưỡng cẩn thiết để cung cấp cho cây trồng ở giai đoạn sinh trưởng và phát triển đầu tiên. Thành phần và đặc tính của bầu ươm đóng vai trò quyết định đến số lượng, chất lượng cây giống và thời gian cây lưu bầu. Túi bầu ươm cây tự hủy chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và phụ gia xúc tiến oxy hóa là một hướng nghiên cứu mới góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời việc sử dụng túi bầu ươm này đem lại ý nghĩa về mặt kinh tế cao, tiết kiệm được công xé bầu.

Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng một số vật liệu tiên tiến, thâm thiện với môi trường như: polyme siêu hấp thụ nước và polyme liên kết đất trong chế tạo ruột bầu cũng là một hướng đi mới nhằm cải thiện khả năng giữ nước, tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, giữ chất dinh dưỡng, ngăn quá trình rửa trôi chất dinh dưỡng trong đất và liên kết các hạt đất, giúp không làm vỡ bầu ươm khi vận chuyển đến nơi gieo trồng, cây trồng phát triển tốt, giảm số lần tưới, tiết kiệm được công lao động và nâng cao chất lượng cây giống. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận án tập trung vào “Nghiên cứu một số vật liệu polyme tiên tiến, thân thiện môi trường và ứng dụng trong chế tạo bầu ươm cây” với mục tiêu và nội dung nghiên cứu cụ thể như sau: 1 * Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu khả năng phân hủy của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và phụ gia xúc tiến oxy hóa từ đó chế tạo được túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau. - Nghiên cứu ảnh hưởng của hai loại vật liệu polyme siêu hấp thụ nước và polyacrylamit đến tính chất của tổ hợp vật liệu chế tạo ruột bầu. - Đánh giá được khả năng ứng dụng của bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho một số đối tượng cây trồng.

* Những nội dung nghiên cứu chính của luận án: - Nghiên cứu quá trình phân hủy giảm cấp và phân hủy trong điều kiện tự nhiên của màng chế tạo trên cơ sở polyetylen tái sinh và hỗn hợp phụ gia xúc tiến oxy hóa Mn(II) stearat, Fe(III) stearat, Co(II) stearat. Từ đó, chế tạo được túi bầu ươm có thời gian tự hủy khác nhau. - Nghiên cứu khả năng giữ ẩm của vật liệu polyme siêu hấp nước và khả năng làm bền cấu trúc của polyacrylamit. Kết hợp sử dụng tổ hợp hai loại vật liệu này để cải thiện một số tính năng của ruột bầu ươm.

- Thử nghiệm bầu ươm cây tiên tiến, thân thiện môi trường cho cây thông, cây keo và cây bạch đàn. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về bầu ươm cây Trồng cây bằng cây con là phương pháp phổ biến trên thế giới và chủ yếu ở nước ta hiện nay. Sử dụng bầu ươm để ươm cây giống là công tác quan trọng và phức tạp.

Chất lượng cây con tốt hay xấu ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả của cây trồng. Vai trò của bầu ươm cây là trên một đơn vị diện tích, với thời gian ngắn nhất sản xuất được số lượng cây con nhiều nhất, chất lượng tốt nhất, đồng thời giá thành hạ. Muốn đạt được mục tiêu đó phải giải quyết các khâu về đặc tính kỹ thuật của bầu ươm. Bầu gieo ươm có cấu tạo gồm 2 thành phần chính: Túi bầu và ruột bầu.

Túi bầu Ngày nay, túi bầu ươm đã thực sự trở nên phổ biến để ươm các loại cây giống khác nhau. Chúng thường được dùng để ươm cây ăn quả và cây nông, lâm nghiệp [1]. Túi bầu được định nghĩa là khuôn giữ cho ruột bầu định hình và ổn định [2]. Một số yêu cầu chung đối với túi bầu trong sản xuất cây giống như sau [3]: - Túi bầu không gây cản trở sự trao đổi nước và không khí với môi trường xung quanh.

- Không làm độc hại và mang sâu bệnh cho cây con. - Khi bứng và vận chuyển cây con không gây vỡ bầu. - Sau khi trồng túi bầu có khả năng tự hủy tốt trong đất. - Nguyên liệu chế tạo túi bầu rẻ tiền, tiện lợi và giúp cây giống trong bầu sinh trưởng phát triển tốt.

Túi bầu ươm cây có nhiều cỡ khác nhau, được sử dụng tùy thuộc tốc độ sinh trưởng của loài cây, thời gian nuôi cây ở vườn ươm. Túi bầu ươm cây thường được sử dụng hiện nay bao gồm: Bầu không có túi, bầu độc lập có vỏ cứng, bầu độc lập có túi mềm (polyetylen hoặc sợi xốp). Gần đây, một vài cơ sở ở Quảng Ninh đã sử dụng loại bầu vỏ cứng trong 3 khay bằng chất dẻo tổng hợp nhập từ Trung Quốc để sản xuất giống hoa, rau quả. Loại này đã được thử nghiệm ươm cây giống lâm nghiệp, song rất hạn chế vì giá cao và không thuận tiện khi vận chuyển lên đồi cao để trồng rừng [4].

Ở Trung Bộ, Nam Bộ và Tây Nguyên đang sử dụng loại bầu khay cứng bằng các tấm xốp có độ chặt cao được đúc thành khối với nhiều hốc hình nón cụt. Hỗn hợp ruột bầu được nạp đầy vào các hốc và nén bằng máy. Khay bầu được sử dụng gieo ươm cây giống rau quả. Loại túi bầu cứng độc lập từ chất dẻo tổng hợp với đường kính lớn cũng đã được đóng bầu bằng máy để ươm trồng hoa và rau quả.

Loại bầu khay này chưa áp dụng được cho cây giống vì khó vận chuyển lên đồi cao và dốc, dễ đổ vỡ bầu. Trong lâm nghiệp, hiện sử dụng loại túi bầu mềm độc lập từ màng PE khó phân hủy được làm thành dạng túi [5]. Loại túi bầu này rất dễ sản xuất tại các xưởng chế biến nhựa bao bì quy mô nhỏ. Đây là loại túi bầu hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến ở nhiều cơ sở sản xuất cây con trong cả nước bởi vì tính ưu việt của nó là: Bền, định hình được ruột bầu tốt, gọn, dễ vận chuyển [2].

Tuy nhiên, túi bầu PE này thường khó gỡ tách khỏi khối hỗn hợp ruột bầu, khó phân hủy trong đất, khó thu hồi và gây ô nhiễm môi trường đất. Khi trồng rừng, túi bầu thường bị chôn vùi vào trong đất, làm cản trở rễ cây phát triển, tăng tỷ lệ cây chết, làm giảm năng suất cây trồng và cản trở thấm nước vào trong đất [6]. Theo những nghiên cứu mới đây chỉ ra rằng khi sử dụng những túi bầu PE không tự phân hủy, cây giống được ươm trong túi bầu này có rễ cây phát triển theo xu hướng hình xoắn ốc sẽ hạn chế khả năng tăng trưởng của cây sau khi gieo trồng thậm chí là làm cho cây giống chết sớm. Bên cạnh đó, việc sử dụng túi bầu không có khả năng phân hủy sinh học đang phát sinh các vấn đề môi trường nghiêm trọng trên toàn thế giới [7].

Do đó, chế tạo túi bầu PE có khả năng tự hủy và nghiên cứu các môi trường nhân giống khác nhau để sản xuất các loại cây trồng hiện nay là rất cần thiết. Ruột bầu ươm Ruột bầu là môi trường trực tiếp nuôi cây [8]. Nó là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng cây con trong vườn ươm. 4 Hỗn hợp ruột bầu tốt phải đảm bảo những điều kiện lý tính và hóa tính giúp cây sinh trưởng khoẻ mạnh và nhanh.

Một hỗn hợp ruột bầu nhẹ, thoáng khí, khả năng giữ nước cao sẽ giúp cây phát triển tốt. Ngược lại, một hỗn hợp ruột bầu có cấu trúc đất nặng, khó thấm nước và thoát nước cũng ảnh hưởng xấu đến cây con [9]. Thành phần ruột bầu thường gồm đất và phân bón. Đất làm ruột bầu thường sử dụng loại đất có thành phần cơ giới nhẹ hoặc trung bình, phân bón là phân hữu cơ đã ủ hoài (phân chuồng, phân xanh), phân vi sinh và phân vô cơ.

Nguyên liệu làm ruột bầu ươm gồm nhiều loại, mỗi loại có đặc điểm và tính chất khác nhau. Một số loại nguyên liệu thường được sử dụng trong chế tạo ruột bầu ươm cây như: phế thải nguyên liệu nhà máy giấy, mùn xơ dừa và đất mặt. Trong đó đất mặt là nguyên liệu chủ yếu để chế tạo ruột bầu ươm hiện nay. Ngày nay, công nghệ sản xuất bầu ươm cây đã đạt đến trình độ cao.

Những yêu cầu của ruột bầu giâm hạt và giâm cành như sau: - Ruột bầu ươm phải có tính chất cơ lý đủ chắc, đặc để cành giâm và hạt phát triển, thể tích không được giảm đi nhiều sau khi làm khô vì sẽ không thích hợp cho cây. - Dễ dàng thấm nước, có khả năng giữ ẩm tốt. - Hàm lượng tổng muối vô cơ hòa tan không quá cao (không mặn). - Không chứa tác nhân gây hại cây (cỏ dại, tuyến trùng, vi sinh vật có hại).

- Phải có khả năng cung cấp đủ dinh dưỡng cần thiết cho cây. Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp và Hợp tác quốc tế của Pháp [10] khẳng định: Thành công trong một vườn ươm cây phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn môi trường ra rễ. Do đó, ruột bầu ươm cần thoả mãn các yêu cầu sau đây: (i) Tính chất vật lý và hoá học phải phù hợp với yêu cầu của từng loài cây trồng; (ii) Khối lượng và thể tích của bầu vừa phải giúp thao tác và vận chuyển dễ dàng mà vẫn đảm bảo cây phát triển tốt; (iii) Không có tuyến trùng và các tác nhân gây bệnh rễ khác; (iv) Nguồn nguyên liệu ổn định; (v) Giá cả nguyên liệu và thành phẩm hợp lý. Tính chất vật lý: Có 2 chỉ tiêu thiết yếu liên quan tới tính chất vật lý của bầu ươm là độ xốp và khả năng giữ nước (sức chứa ẩm).

Nguyên tắc chế tạo ruột bầu ươm là phải đảm bảo đủ lượng dinh dưỡng cho 5 cây trong suốt thời kỳ vườn ươm.