Phân bón chậm tan có kiểm soát (Controlled Release Fertilizer – CRF) là khái niệm vẫn còn mới tại thị trường Việt Nam dù gần đây cũng đã được một số doanh nghiệp nhập khẩu từ nước ngoài vào Việt Nam để thử nghiệm và phân phối. Trong khi đó khái niệm về phân bón chậm tan có kiểm soát này đã trở thành rất phổ biến tại các nước có nền nông nghiệp tiên tiến như Mỹ, Châu Ấu và ngay Châu Á đã được sử dụng rất nhiều tại Nhật, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan , Malaysia, Indonesia,…

Vậy câu hỏi đặt ra ở đây là: Tại sao phân bón chậm tan có kiểm soát (CRF) lại được sử dụng rộng rãi như vậy? Để trả lời được câu hỏi trên chúng ta bắt đầu từ những vấn đề sau:

1. Hiệu suất sử dụng phân bón thông thường như Urea, DAP, NPK hiện nay: 

   Như chúng ta đã biết, hiệu suất sử dụng phân bón tại Việt Nam hiện chỉ khoảng 35-40%, nghĩa là chỉ có khoảng 35-40% lượng phân bón bón cho cây trồng là hữu dụng/có ích còn lại 60-65% lượng phân bón vào đó là mất đi (chưa tính đến là có hại cho cuộc sống). Như vậy cứ tưởng tượng 1 năm Việt Nam mất đi bao nhiêu tiền cho lượng phân bón thất thoát đó (rất tiếc là chưa có con số chính thức). Như chúng ta biết, 60-65% lượng phân bị mất đi đó là do rửa trôi và Nitrate hóa/Bay hơi. Bài toán đặt ra là làm sao làm giảm đi sự rửa trôi và nitrate hóa của phân bón thì sẽ tăng hiệu suất sử dụng của phân bón lên rất nhiều lần. Do vậy phân bón chậm tan có kiểm soát là 1 trong những lời giải cho bài toán hiệu suất về sử dụng phân bón.

2. Thế nào là phân bón chậm tan có kiểm soát (Controlled Release Fertilizer – CRF): 

   Đây là một loại phân được sản xuất với công nghệ lý-hóa đặc biệt tạo ra những hạt phân chứa đầy đủ nhất các chất dinh dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng và hơn thế là tất cả các dinh dưỡng này điều được phân giải một cách từ từ, thật khoa học cho tất cả các cây trồng và thời gian phân giải hết một hạt phân từ 3 tháng, 6 tháng, 9 tháng, 12 tháng… cho tới 24 tháng/ 2 năm. Như vậy bài toán rửa trôi và bay hơi của phân bón hầu như đã được giải quyết tối ưu và triệt để bằng việc sử dụng phân bón chậm tan có kiểm soát.

Cấu tạo của một hạt phân bón chậm tan có kiểm soát bao gồm có 2 phần: Phần bao bọc bên ngoài là các lớp polymer, lớp này dày hay mỏng tùy theo yêu cầu về thời gian phân giải); phần nhân bên trong là các khoáng chất như N, P, K, Mn, Boron,… (Hình 1). Sau khi bón phân bón chậm tan có kiểm soát vào đất, nước sẽ thấm qua lớp bọc polymer đi vào bên trong hạt phân, các nguyên tố khoáng chất sẽ hòa tan vào nước ở bên trong lớp bọc polymer. Nước tiếp tục thẩm thấu qua lớp polymer đi vào bên trong hạt phân, trong thời gian đó các nguyên tố khoáng đã hòa tan sẽ khuyếch tán qua lớp polymer đi ra môi trường xung quanh, các nguyên tố khoáng này là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng (Hình 1). Quá trình phân giải của các phần tử khoáng hòa tan bên trong hạt phân tiếp tục cho đến khi các phần tử này khuyếch tán hết ra ngoài môi trường xung quanh 100%, khi đó chỉ còn lớp bọc polymer và nước. Sau một thời gian (1-2 năm), lớp bọc này sẽ tự phân hủy hữu cơ và không ảnh hưởng đến môi trường và nguồn đất (Hình 2 & 3).

Hình 1. Cấu tạo của hạt phân CRF

Hình 2. Cơ chế và quá trình phân giải của phân CRF

Chúng ta cũng cần phải phân biệt rõ giữa phân bón chậm tan có kiểm soát (CRF) với các loại phân phân giải chậm không vỏ bọc như SRF (Slow Release Fertilizer) hoặc phân chậm tạn như IBDU (IsoButylidene DiUrea) và phân bón phản ứng môi trường UF (UreaFormaldehyde); cũng như với phân bọc lưu huỳnh SCU (Sulfur Coated Urea).

• Phân SRF (Slow Release Fertilizer) là loại phân bón không có vỏ bọc có tính tan trong nước giới hạn, phần lớn được sản xuất dưới dạng các hạt kích thước nhỏ hơn hạt phân có bọc, có dạng đồng nhất (nghĩa là cấu tạo hoá học của chúng đồng đều cho tất cả các hạt), nhằm làm cho chúng dễ lựa chọn hơn khi sử dụng. Ngược lại, phân CRF có vỏ bọc thường có cấu tạo không đồng nhất vì tốc độ phân giải dưỡng chất của phân CRF phụ thuộc vào độ dày hay mỏng của lớp vỏ bọc, nếu các thiết bị canh tác vô tình làm vỡ  hạt phân CRF nó sẽ phóng thích dưỡng chất gần như tức thì. Ngược lại, đối với phân SRF không bọc, do mức độ phân giải không tùy thuộc vào vỏ bọc nên cho dù các thiết bị canh tác có phá hủy được các hạt phân loại này cũng không làm thay đổi tốc độ phân giải của chúng.

• Phân IBDU (IsoButylidene DiUrea): IBDU (Hình 3) là một tinh thể rắn màu trắng có sẵn loại mịn (0,5 -1,0 mm), thô (0,7 -2,5 mm) và mảnh dày (2,0 -3,0 mm). IBDU có thể chứa từ 30 – 90%N dưới dạng tan được trong nước (sản phẩm thương mại thường chỉ chứa khoảng 31%N).  Khi gặp nước, hợp chất IBDU sẽ bị bẻ gẫy thành urê và isobutyraldehyde. Mức độ khoáng hoá được gia tốc bởi độ pH thấp và nhiệt độ cao. Quá trình tan của IBDU chủ yếu dựa vào nước và tính tan chậm trong nước kiểm soát sự di chuyển của sản phẩm vào trong dung dịch đất.  Mức độ tan trong nước của IBDU bị ảnh hưởng bởi kích thước hạt phân và lượng nước có sẵn. Một khi ở trong đất mức độ thủy phân của IBDU bị ảnh hưởng bởi độ pH của đất và nhiệt độ. Dạng bột thường khoáng hoá nhanh hơn các hạt lớn trong cùng các điều kiện canh tác. Vì sự phóng thích 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 trong mùa lạnh. Những điều này kết hợp với sự lệ thuộc vào độ ẩm, là các đặc tính vượt trội của IBDU.

Hình 3. Phân IBDU

• Phân bón phản ứng môi trường UF (UreaFormaldehyde): Phân UF đại diện cho một trong những công nghệ sản xuất phân đạm phóng thích có kiểm soát, được giới thiệu lần đầu vào năm 1936 và được thương mại hóa vào năm 1955. Urê và formaldehyde được cho phản ứng với nhau theo nhiều mức độ để cho ra các chuỗi cao phân tử có chiều dài khác nhau. Sản phẩm càng phản ứng nhiều thì chuỗi phân tử có khuynh hướng dài hơn. Chiều dài mạch cao phân tử sẽ ảnh hưởng đến tính phóng thích dưỡng chất. UF là kiểu phân bón phản ứng cổ điển nhất. Nó tan ít trong nước, và có chứa ít nhất tổng số 35% đạm, với ít nhất 60 % của tổng đạm toàn phần dưới dạng N không tan trong nước lạnh (CWIN). UF được cấu tạo gồm nhiều cao phân tử UF dài. Hàm lượng không phản ứng (và, do vậy, phóng thích nhanh) urea N trong in UF thường chiếm ít hơn 15% tổng đạm toàn phần. Sự chuyển đổi trở ra thành chất đạm sẵn có cho cây trồng từ sản phẩm UF là một tiến trình bao gồm nhiều bước, trước tiên là sự hoà tan, và sau đó là quá trình phân giải bởi vi sinh vật. Một khi đã vào trong dung dịch đất, UF được chuyển ra thành đạm có sẵn cho cây trồng qua cả hai quá trình: phân giải bởi vi sinh vật hay thủy phân. Sự phân giải do vi sinh vật là cơ chế chính yếu của sự phóng thích N. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, pH và sự hiếu khí của đất tác động đến hoạt động của vi sinh vật và, do đó đến mức độ phóng thích N. Mức độ phóng thích N từ các sản phẩm UF bị tác động trực tiếp bởi chiều dài mắt xích của chất cao phân tử. Mạch cao phân tử càng dài thì phóng thích ra N sẵn có cần thời gian nhiều hơn.

• Phân bọc lưu huỳnh SCU (Sulfur-coated urea): Công nghệ sản xuất phân bọc lưu huỳnh được phát triển trong thập niên 1960 và 1970 bởi Trung Tâm Phát Triển Phân Bón Quốc Gia (Mỹ). Lưu huỳnh được chọn là vật liệu vỏ bọc chính vì nó có giá rẻ và có giá trị như một chất dinh dưỡng cấp 2 (trung lượng). Như tên gọi gợi ý, phân bọc lưu huỳnh (SCU) đơn giản là các hạt urê được bọc một lớp lưu huỳnh và thường là thêm một chất trám kín. SCU thường có màu nâu hoặc vàng hay màu trắng, tùy vào nguồn urê và loại chất trám kín được sử dụng. Chất trám kín mềm được dùng như là một lớp bọc thứ hai trên lớp bọc lưu huỳnh để điền đầy vào các khe nứt nhỏ của lớp vỏ bọc S để giúp duy trì lớp lưu huỳnh bị bể khi chuyên chỡ, bốc xếp. Hàm lượng N toàn phần của SCU thay đổi theo số lượng chất bọc. Nhiều loại thay đổi trong khoảng 30 – 40% N. Cơ chế phóng thích N của SCU nhờ vào nước thẩm thấu qua các khe nứt nhỏ của lớp bọc lưu huỳnh hay lỗ hổng do lớp bọc không hoàn hảo trong sản xuất. Sau đó là sự phóng thích nhanh chóng của urê bị hoà tan từ phần lõi của hạt phân. Trong trường hợp hạt phân được bọc thêm một lớp sáp, một cơ chế phóng thích N kép được tạo thành. Vi sinh vật trong môi trường đất phải tấn công vào lớp trám kín sáp để tìm đến được các chỗ nứt trên lớp bọc lưu huỳnh. Vì mức hoạt động của vi sinh vật thay đổi theo nhiệt độ, sự nhả dưỡng chất của loại phân bọc lưu huỳnh- sáp cũng bị lệ thuộc vào nhiệt độ. Dù cho urê của một hạt phân bọc lưu huỳnh riêng lẻ được phóng thích nhanh chóng ngay lớp bọc bị phá vỡ, SCU cung cấp được sự phóng thích N dần dần vì trong một lúc có vài hạt phân phóng thích thì các viên còn lại chưa bị vỡ lớp lưu huỳnh vân vân. Kết quả tổng quát là một sự phóng thích chậm N cho lớp đất mặt. Tốc độ nhả  N của một hạt phân bọc lưu huỳnh bị ảnh hưởng trực tiếp bởi độ dày và chất lượng của lớp bọc. Các hạt phân có lớp lưu huỳnh dày cho thấy có ít vết nứt trên bề mặt hơn là các viên được bọc mỏng hơn. Vì vậy lớp bọc dày hơn sẽ được chọn sử dụng hơn vì chúng có thể kéo dài thời hạn phóng thích chất đạm. Tuy nhiên, có một rủi ro, là các hạt phân có vỏ bọc lưu huỳnh quá dày sẽ cho thấy sự khóa chặt luôn, có nghĩa là chúng có thể không bao giờ ảnh hưởng đến tốc độ nhả N của chúng nữa. Tùy theo tỉ lệ trọng lượng của lớp vỏ bọc, mức độ bón N và các điều kiện của môi trường, phân bọc lưu huỳnh có thể cung cấp N trong khoảng từ 6 đến 16 tuần khi bón cho lớp đất mặt. Sự khác biệt trong mức độ phóng thích N gây ra do sự thiếu đồng đều của bề dày lớp bọc và ảnh hưởng của của nhiệt độ phóng thích N, sự lốm đốm nghiêm trọng đã được ghi nhận trên mặt cỏ, nhất là ở các thảm cỏ cắt sát, khi SCU được bón trong mùa lạnh.

Hình 4. Phân bọc lưu huỳnh SCU

(Nguồn – TS.Cao Anh Đương – Viện Mía Đường)