Gắn sản xuất phân bón lá sinh học với kinh tế nông nghiệp tuần hoàn

Các chế phẩm phân bón lá sinh học được điều chế từ các quy trình chiết xuất quy mô công nghiệp sử dụng enzym sinh học thân thiện với môi trường, khả năng tận thu các chất cao, qua đó còn hạn chế được nguồn phế phẩm nông nghiệp như vỏ trứng và vỏ đầu tôm xả thải ra môi trường.

Đối với ngành sản xuất sản phẩm nông nghiệp hiện nay, nguồn rác thải như vỏ trứng gia cầm (gà, vịt) và vỏ đầu tôm bị thải bỏ với số lượng rất lớn, cũng như chi phí xử lý khá tốn kém. Với thành phần chính là muối canxi, vỏ trứng là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời cho cây trồng, nhưng trước nay chỉ thường được sử dụng ở dạng nghiền vỏ trứng thành bột để bón cho cây trồng nên hiệu quả kinh tế sử dụng còn rất thấp. Trong khi đó, canxi (Ca) là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu của cây trồng, về mặt sinh lý dinh dưỡng canxi tham gia chủ yếu vào cấu tạo tế bào, làm tăng tính chịu độc nhôm, mangan và natri của cây (canxi kết tủa pectic tạo thành pectat canxi, thành phần quan trọng của vách tế bào, giữ cho thành tế bào được vững chắc). Canxi duy trì cân bằng anion-cation trong tế bào, do vậy, canxi được xem là yếu tố chống độc cho cây. Cây trồng hấp thu Ca được nhanh và hiệu quả là ở dạng ion Ca2+. Vì thế canxi chiết xuất từ vỏ trứng là rất phù hợp cho sự hấp thu của cây trồng.

Mặt khác, ở một hướng tiếp cận khác, ngành chế biến tôm (để xuất khẩu hay phục vụ các nhà hàng, quán ăn…) tạo ra một lượng lớn chất thải như vỏ đầu tôm, cũng đòi hỏi phải được xử lý tốt để tránh gây ô nhiễm môi trường. Điều quan trọng là thành phần vỏ đầu tôm chứa khoảng 25-35% protein, 30% chitin, có nhiều tiềm năng để tận thu.

Rõ ràng, vỏ trứng và vỏ đầu tôm được xem là phế phẩm nông nghiệp, nên việc tận dụng nguồn phế phẩm này không chỉ là vấn đề quan trọng trong bảo vệ môi trường, mà còn gắn chặt phát triển kinh tế nông nghiệp tuần hoàn, nâng cao chuỗi giá trị của sản xuất nông nghiệp. Đây là hướng đi phù hợp với định hướng phát triển rau an toàn, rau hữu cơ trong giai đoạn hiện nay, góp phần nâng cao sức khỏe cho người dân và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Vì vậy, nhóm các nhà khoa học đang công tác tại Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa) đã triển khai nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu quy trình chiết xuất canxi từ vỏ trứng; oligochitosan, axit amin từ vỏ đầu tôm, phối chế làm phân bón lá sinh học” nhằm tạo ra chế phẩm sinh học sử dụng trong canh tác nông nghiệp.

Các chế phẩm phân bón lá sinh học

Theo lời TS. Lâm Văn Hà (chủ nhiệm nhiệm vụ), canxi được chiết xuất từ vỏ trứng ở dạng lỏng (ion Ca) có thể dùng để phối chế với một số hợp chất sinh học khác như chitosan, axit amin để tạo ra các phức chất sinh học nhằm tăng cường vai trò của các đơn chất trong tổ hợp phức chất để ứng dụng trong canh tác nông nghiệp, đặc biệt là trong công tác phòng trừ dịch hại cũng như cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, vì nguyên tố canxi vừa là chất dinh dưỡng đồng thời vừa có chức năng làm tăng tính chống chịu của cây trồng. Nhóm thực hiện cũng ứng dụng phương pháp thuỷ phân protein và khử chitin thu hồi axit amin và chitosan từ vỏ đầu tôm để ứng dụng vào làm phân bón.

Chitosan được sử dụng như chất kích thích tăng trưởng đồng thời có tác dụng như một hoạt chất bảo vệ thực vật. Oligochitosan có thể đi qua màng tế bào và phá vỡ tế bào vi sinh vật, từ đó hạn chế ảnh hưởng của mầm bệnh cũng như giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật. Axit amin là thành phần cấu trúc nên tế bào, cơ thể, tham gia tạo nên kháng thể chống lại tác nhân gây bệnh. Phối hợp chitosan và axit amin có thể tác động đến quá trình sinh trưởng, phát triển của cây, tăng sức đề kháng, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là trên các loại rau ăn lá như rau cải ngọt, cải thìa và một số loại hoa kiểng thường dùng để chưng trong nhà như hoa lan.

Báo cáo nghiệm thu tại Sở KHCN TP.HCM

Theo đó, nhóm thực hiện đã triển khai tiến hành những nội dung như chiết xuất Ca2+ (ion Ca) từ vỏ trứng gia cầm, chiết xuất chitosan và thu hồi axit amin từ vỏ đầu tôm thông qua gia nhiệt cùng với xúc tác enzym sinh học và thực hiện điều chế Oligochitosan. Từ đó, nhóm thực hiện phối chế dịch chiết xuất canxi từ vỏ trứng gia cầm với Oligochitosan và axit amin từ vỏ đầu tôm, tạo ra được 2 chế phẩm phân bón lá sinh học có chất lượng cao chuyên dùng cho cây rau và hoa kiểng.

Cụ thể, nhóm thực hiện đã hoàn thiện quy trình chiết xuất canxi từ vỏ trứng gia cầm, từ 1kg vỏ trứng thu hồi được 2.000-3.000 ml dịch (Ca dao động từ 12-13%). Cùng với đó là quy trình chiết xuất axit amin từ vỏ đầu tôm, từ 1kg vỏ đầu tôm chiết xuất được 825,83 ml dịch với nồng độ axit amin là 8,77%. Hiệu quả thu hồi chitosan từ chitin của vỏ đầu tôm đạt 7,63% (1kg vỏ đầu tôm thu 76,3g chitosan). Nhóm cũng hoàn thiện quy trình điều chế Oligochitosan từ bột chitosan với kích thước hạt đồng nhất 20nm.

Chiết xuất canxi từ vỏ trứng gia cầm

Chiết xuất axit amin từ vỏ đầu tôm

Dựa trên đặc điểm về yếu tố giống của đa số các loại rau ăn lá là có thời gian sinh trưởng ngắn, hấp thu nhiều dinh dưỡng (đặc biệt là dinh dưỡng đạm), nhóm triển khai nhiệm vụ đã phối chế công thức phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE chuyên dùng cho cây rau ăn lá, chứa các đa trung vi lượng ở dạng sinh học được chiết xuất từ vỏ trứng gia cầm và vỏ đầu tôm giàu axit amin, canxi và các chất vi lượng ở dạng dễ tiêu, nhằm cung cấp cân đối dinh dưỡng cho cây. Qua đó, bổ sung đạm từ nguồn sinh học giúp cây hấp thu ngay và chuyển hóa nhanh, giúp cây rau sinh trưởng khỏe mạnh, phát triển tốt, đối kháng tốt với những điều kiện bất lợi của môi trường và cho năng suất chất lượng sản phẩm tốt; đồng thời hạn chế tình trạng tồn dư Nitrat (do sử dụng đạm hóa học như NH4+ hay NO3- trong thời gian sinh trưởng ngắn) ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, đồng thời không cần sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (vốn sẽ phải có thời gian cách ly dài - khiến rau già).

Mô hình sử dụng phân Ca-Oligochitosan-Amin-TE trên rau cải ngọt và cải thìa

Kết quả thử nghiệm phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE chuyên dùng cho cây rau ăn lá trên cây cải ngọt và cải thìa (trồng tại huyện Củ Chi - TP.HCM và tỉnh Bình Dương): đối với cây cải ngọt liều lượng phun 2 ml/lít nước, phun 400 lít nước phân đã pha/ha, định kỳ 7 ngày phun 1 lần và phun 3 lần/vụ đã thu được năng suất cao nhất (41,8 tấn/ha) tăng 29,01% so với nghiệm thức đối chứng (32,4 tấn/ha). Đối với cây cải thìa, liều phun là 2,5 ml/lít nước đạt 44,7 tấn/ha (19,2%) so với đối chứng 38,6 tấn/ha, đồng thời thể hiện rõ giúp gia tăng chiều cao cây, số lá, tăng năng suất, giảm sự gây hại của bệnh thối nhũn, nâng cao chất lượng cảm quan cho rau cải thìa.

Chiều dài lá cải ngọt ở các nghiệm thức sử dụng phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE chuyên dùng cho cây rau ăn lá

Dựa trên đặc điểm về yếu tố giống của đa số các loại hoa lan có thời gian sinh trưởng dài ngày nên dễ bị dịch bệnh từ các khuẩn và vi nấm tấn công, nhóm thực hiện đã điều chế phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE để bổ sung đạm từ nguồn sinh học, tăng cường canxi và các chất đối kháng sinh học như chitosan để cây khỏe mạnh, có thể đối kháng với nấm bệnh và tăng chất lượng hoa.
Loại phân bón này đã được thử nghiệm trên cây hoa lan Dendrobium pink happy 5 tháng tuổi (trồng tại huyện Củ Chi - TP.HCM) với liều lượng phun 1/500 (1 lít phân pha cho 500 lít nước) và 1ha phun với lượng 400 lít phân đã pha, thời gian 7 ngày phun 1 lần, có tác dụng tốt đến sự phát sinh số giả hành trên chậu, số lá trên giả hành, đường kính cũng như chiều dài giả hành.
Còn trên cây hoa lan Dendrobium pink happy 10 tháng tuổi, kết quả thử nghiệm cho thấy phân bón tác dụng tốt đến sự phát sinh số giả hành trên chậu, số lá/giả hành, đường kính cũng như chiều dài giả hành, số phát hoa, chiều dài phát hoa, số hoa, đường kính hoa và độ bền của hoa. Đối với chỉ số bệnh và tỷ lệ bệnh đốm lá trên cây thì khi phun phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE với liều lượng 1/400 (1 lít phân pha cho 400 lít nước) thì đều giảm được bệnh đốm lá trên cây hoa lan Dendrobium pink happy 5 và 10 tháng tuổi.

TS. Lâm Văn Hà cho biết thêm, quy trình chiết xuất canxi từ vỏ trứng gia cầm quy mô công nghiệp có thể thu hồi được trên 60% lượng canxi cacbonat trong vỏ trứng gia cầm. Hơn thế, quy trình chiết xuất axit amin từ vỏ đầu tôm bằng công nghệ dùng enzym sinh học từ vỏ dứa (là quy trình chiết xuất xanh sử dụng dung môi thân thiện với môi trường), thu hồi được khoảng 95% lượng protein dư thừa trong quá trình chế biến tôm. Nhờ vậy, các quy trình giúp tận thu rất nhiều vỏ trứng gia cầm và vỏ đầu tôm, qua đó hạn chế được nguồn phế phẩm nông nghiệp xả thải ra môi trường.
Từ việc tái sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trứng gia cầm và vỏ đầu tôm) trong chế biến thực phẩm, nhóm thực hiện đã tạo ra các sản phẩm thứ cấp là các chế phẩm phân bón lá phục vụ ngành trồng trọt, vừa giúp tăng sản lượng cây trồng vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế và thu nhập cho người nông dân.
Nhóm thực hiện cũng chủ động kiến nghị Sở KH&CN TP.HCM tiếp tục hỗ trợ nghiên cứu để tận dụng nguồn Ca2+ chiết xuất được trong việc sử dụng làm phân bón cho cây trồng, tiếp tục thử nghiệm phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE trên những đối tượng cây trồng khác, đồng thời xem xét phổ biến quy trình sử dụng phân bón lá sinh học Ca-Oligochitosan-Amin-TE chuyên dùng cho cây hoa kiểng và rau ăn lá trên địa bàn TP.HCM và một số vùng, địa phương phụ cận.
Tựu trung, kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ mà TS. Lâm Văn Hà và Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa) vừa đạt được đã mở ra hướng tiếp cận mới nhiều tiềm năng để tận dụng phế phẩm sẵn có trong sản xuất nông nghiệp cũng như chế biến thủy sản, từ đó tạo ra phân bón sinh học có hiệu quả cao cho một số loại cây trồng, thúc đẩy nền sản xuất nông nghiệp tuần hoàn và kinh tế nông nghiệp hiện đại, gắn liền với bảo vệ môi trường và sức khỏe cho cộng đồng.