NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN BÓN 4. Thông qua phát triển nông nghiệp tuần hoàn

Nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón thông qua phát triển nông nghiệp tuần hoàn

PGS.TS. Nguyễn Văn Bộ - Nguyên Giám đốc Viện KHNN Việt Nam

Chuyên gia cao cấp của Hội Làm vườn Việt Nam 

Khái niệm về kinh tế tuần hoàn (Circular Economy) được nêu ra từ cuối những năm 1970s bởi Ellen MacArthur Foundation. Hiện có rất nhiều định nghĩa, tuy nhiên, định nghĩa dễ hiểu và cô đọng nhất là của Pearce và Turner (1990): Mô hình kinh tế (tuần hoàn) này dựa trên nguyên lý cơ bản “mọi thứ đều là đầu vào đối với thứ khác”.

Mục đích của kinh tế tuần hoàn là nhằm kéo dài thời gian sử dụng các sản phẩm, gia tăng giá trị. Nguyên tắc cơ bản của kinh tế tuần hoàn là: Tất cả các "phế thải" của quá trình sản xuất đều được coi như nguyên vật liệu của các quy trình sản xuất sản phẩm khác. Cách tiếp cận này là đối lập với kinh tế tuyến tính (linear economy), trong đó thâm canh (tăng đầu tư) là yếu tố quan trọng nhất và tài nguyên chỉ di chuyển một chiều, từ khai thác, sản xuất, sử dụng và loại bỏ sau đó như chất thải, dẫn đến việc lãng phí tài nguyên và tạo ra một lượng phế thải khổng lồ. Đây chính là phương thức sản xuất mà chúng ta đã và đang áp dụng. Trong Nông nghiệp, tuần hoàn (circular agriculture) là để hạn chế sử dụng tài nguyên và giảm phát thải nhà kính vào môi trường bằng việc tổ chức sản xuất theo vòng tuần hoàn khép kín.

Với khái niệm nêu trên có thể nói Nông nghiệp tuần hoàn đã tồn tại hàng ngàn năm ở Việt Nam trong các hệ thống canh tác: Vườn-Ao-Chuồng; xen canh, gối vụ. Các hợp phần cấu thành của vòng tròn sản xuất nông nghiệp tuần hoàn hiện nay đang được khai thác và ứng dụng, tuy nhiên chưa hiệu qủa như mong muốn, nên tiềm năng còn rất lớn. Trong lĩnh vực phân bón và dinh dưỡng cây trồng cần lưu ý các yếu tố trong hệ thống tuần hoàn sau:

Thứ nhất, tuần hoàn chất hữu cơ

Chất hữu cơ là yếu tố cấu thành quan trọng nhất của độ phì nhiêu đất. Không có chất hữu cơ, không thể gọi là đất. Chất hữu cơ cũng là nguồn các bon để cây trồng quang hợp, tạo năng suất, do vậy cân bằng hữu cơ có vai trò đặc biệt.

Chất hữu cơ trong đất bao gồm các sản phẩm phân giải ở mức độ khác nhau của các vật liệu hữu cơ từ cây trồng, vật nuôi, vi sinh vật. Chất hữu cơ luôn luôn chịu tác động của hai quá trình xảy ra đồng thời là quá trình mùn hóa (tạo nên các hợp chất mùn cao phân tử) và quá trình khoáng hóa. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm như ở Việt Nam (nhiệt độ cao và lượng mưa lớn) thì quá trình khoáng hóa là chủ đạo, chiếm ưu thế, trong khi ở vùng ôn đới (nhiệt độ và độ ẩm thấp) thì quá trình mùn hóa lại chiếm ưu thế. Do vậy, việc ổn định được hàm lượng chất hữu cơ trong đất là nhiệm vụ hàng đầu của các nhà thổ nhưỡng

Chất hữu cơ đất quan trọng, bởi nhờ có chúng mà độ phì nhiêu đất được hình thành. Vai trò của chất hữu cơ trong đất thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Cải thiện tính chất vật lý-nước của đất, tăng khả năng giữ nước cho cây trồng, đồng thời, cấu trúc của đất cũng được cải thiện (Bảng 7).

2. Cải thiện dung tích hấp thu của đất (CEC) nên chất dinh dưỡng bón vào không bị rửa trôi, hạn chế mất dinh dưỡng từ phân bón.

3. Chất hữu cơ chứa khá nhiều chất dinh dưỡng như đạm, lân, kali, các nguyên tố trung và vi lượng nên khi bị khoáng hóa, sẽ giải phóng các nguyên tố trên cho cây trồng, do vậy có thể nói chất hữu cơ là kho dự trữ dinh dưỡng quan trọng của cây trồng.

4. Tạo thâm canh, nâng cao hiệu quả sử dụng phân vô cơ.

5. Tạo môi trường thuận lợi cho hệ vi sinh vật và động vật đất phát triển tạo thành hệ sinh thái đất hoàn thiện, cải thiện độ phì nhiêu của đất và hạn chế bệnh từ đất.

6. Hạn chế mức độ độc hại của Al³⁺, Fe²⁺ thông qua quá trình tạo phức với các ion kim loại trên.

Tuy nhiên, cùng với ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, quá trình thâm canh cao, tăng vụ, sử dụng giống mới, lạm dụng phân hóa học… đã dẫn đến suy thoái chất hữu cơ trong đất cả về số lượng và chất lượng. Việc bổ sung chất hữu cơ từ các nguồn phân hữu cơ ngày càng hạn chế. Những cánh đồng lúa, trang trại cà phê, cây công nghiệp, cây ăn quả vốn được bón từ 10-30 tấn phân hữu cơ/năm đã được thay bằng nhiều tấn phân hóa học. Có thể lấy thực trạng bón phân cho cà phê là ví dụ. Lượng phân bón biến động rất lớn và thường cao hơn khuyến cáo. Lượng bón cũng phụ thuộc giá cà phê. Khi được giá, nông dân tăng bón phân để cải thiện năng suất. Theo điều tra của Viện KHKT Nông lâm nghiệp Tây Nguyên, với cà phê vối ở Đắc Lắc và Gia Lai, lượng đạm bón dao động từ 64 - 1.980 kg N/ha; trung bình  518 kg N/ha/năm, cao hơn khuyến cáo 100 - 150 kg N/ha. Lượng phân lân trung bình là 269 kg P₂O₅/ha/năm, cao hơn rất nhiều (> 300 %) so với nhu cầu và khuyến cáo.  Lượng kali bón biến động từ 48 - 1.900 kg K₂O/ha/năm; trung bình 425 kg K₂O/ha.

Với cà phê chè ở Lâm Đồng, lượng đạm bón từ 64-1.597 kg N/ha; trung bình 639 kg N, cao hơn khuyến cáo 150 - 200 kg N/ha. Với lân, lượng bón trung bình 489 kg P₂O₅/ha/năm, cao hơn so với khuyến cáo 500% (mức khuyến cáo từ 80 - 100 kg P₂O₅/ha/năm). Còn kali, biến động trong phạm vi từ 32 - 1.707 kg K₂O/ha; trung bình 414 kg K₂O/ha, cũng rất cao.

Do vậy, cân đối nguồn dinh dưỡng từ phân hữu cơ và phân bón vô cơ là hết sức quan trọng, Quá thiên lệch về hóa học hóa nông nghiệp còn làm sâu bệnh tăng thêm và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ngày một nhiều hơn, nguy cơ ô nhiễm môi trường và suy giảm chất lượng nông sản. Do vậy, việc ổn định chất hữu cơ trong đất đang là bài toán nan giải của sản xuất nông nghiệp bền vững.

Thứ hai, tuần hoàn chất dinh dưỡng

Có một định luật rất phổ biến trong Nông hóa là “Định luật trả lại”, do nhà hóa học Justus von Liebig (Đức) và Johsep Boussingaut (Pháp) nêu ra vào cuối thế kỷ 19 với nội dung cơ bản là: “Để cho đất khỏi bị kiệt màu, cần trả lại cho đất tất cả những nguyên tố mà cây trồng lấy đi theo sản phẩm thu hoạch”. Định luật này mở đường cho phát triển và sử dụng phân hóa học.

Chúng ta biết rằng, cây trồng cần 16 nguyên tố dinh dưỡng khoáng, trong đó có 3 nguyên tố đa lượng (N, P, K); 4 nguyên tố trung lượng (Ca, Mg, Si, S); 7 nguyên tố vi lượng (Fe, Mn,  Zn, Cu, B, Mo, Cl). Có 3 nguyên tố dinh dưỡng không phải khoáng là C, H, O được cây trồng lấy từ nước, không khí…Ngoài các nguyên tố dinh dưỡng trên, còn một số nguyên tố đôi khi cần như: Si, Na, Co, V, Ni và thậm chí đất hiếm (chủ yếu là La, Ce). Tuy nhiên, tùy vào loại cây trồng, loại đất mà nhu cầu trả lại các yếu tố dinh dưỡng có khác nhau.

Hiện tại, việc trả lại các chất dinh dưỡng chủ yếu từ phân bón hóa học. Tuy nhiên, loại phân bón này chỉ có thể cung cấp cho cây trồng chủ yếu là các yếu tố đa lượng, một phần trung lượng, còn hầu hết các yếu tố vi lượng đều không được trả lại. Như vậy, đất sẽ dần mất cân đối với nhiều yếu tố dinh dưỡng, làm chúng thoái hóa dần, Do vậy, việc trả lại tối đa phụ phẩm trồng trọt cho chính những mảnh ruộng gieo trồng chúng sẽ góp phần quan trọng trong việc cân đối dinh dưỡng trong hệ thống đât-cây.

Theo điều tra của Dự án “Hỗ trợ nông nghiệp cacbon thấp” (LCASP) tại 10 tỉnh vào năm 2013 thì có tới 62,1% lượng chất thải chăn nuôi bị bỏ đi/thải ra môi trường và chỉ có 10% được sử dụng để ủ phân compost. Điều này liên quan chủ yếu đến công nghệ chăn nuôi lợn thịt sử dụng quá nhiều nước (trung bình 35-45 lít/con/ngày) và khan hiếm lao động. Một phần nữa do người dân chưa ý thức được vai trò của phân hữu cơ cũng như quản lý chăn nuôi và chất thải chăn nuôi còn lỏng lẻo. Theo tính toán của chúng tôi, nếu toàn bộ chất thải chăn nuôi của cả nước được thu gom và chế biến thành phân hữu cơ thì chúng ta có thêm lượng dinh dưỡng bổ sung cho cây trồng là 369 ngàn tấn N (tương đương 802 ngàn tấn Urea); 82 ngàn tấn P₂0₅ (tương đương 497 ngàn tấn super lân) và 343 ngàn tấn K₂0 tấn (tương đương 569 ngàn tấn KCl).

Cùng với chất thải chăn nuôi bị bỏ phí, điều tra tại 10 tỉnh của dự án LCASP cho thấy có gần 50% rơm rạ bị đốt bỏ, 13,1% vứt bỏ tại ruộng, trong khi chỉ có 8,8%  được sử dụng để ủ phân bón. Với khối lượng rơm rạ này nếu được tái sử dụng thì ngoài chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng trung và vi lượng khác thì cây trồng còn có thể được cung cấp 315-350 ngàn tấn N (tương đương 685-760 ngàn tấn Urea), 100-115 ngàn tấn P₂0₅ (tương đương 610-700 ngàn tấn super lân), và 780-870 ngàn tấn  K₂0/năm (1,29-1,33 triệu tấn KCl). Ngoài ra, với hàm lượng các bon tổng số 55% và các bon hữu cơ khoảng 23% trong rơm rạ và cây trồng khác, thì hàng năm phụ phẩm trồng trọt cũng có thể cung cấp cho đất khoảng 30-35 triệu tấn các bon tổng số và 11-12 triệu tấn các bon hữu cơ. Đó là chưa kể khi hạn chế đốt rơm rạ, chúng ta còn góp phần giảm thiểu phát thải CO₂ gây hiệu ứng nhà kính.

Như vậy, khối lượng chất dinh dưỡng có trong rơm rạ và chất thải chăn nuôi nếu được tái sử dụng cho tuần hoàn chất dinh dưỡng thì hàng năm có thể giảm được 1,5 triệu tấn urea; 1,1 triệu tấn super lân và khoảng 1,8 triệu tấn KCl, chưa kể khối lượng lớn chất hữu cơ và các nguyên tố trung, vi lượng hữu ích cho cây trồng. Số lượng này thật có ý nghĩa nếu xem xét đến lượng phân hóa học dùng cho ngành trồng trọt năm 2021 (bảng 2). Thêm nữa, một lượng lớn chất thải sinh hoạt, phân bồn cầu…nếu được tận dụng cũng là nguồn hữu cơ và dinh dưỡng rất lớn.

Trong hệ thống tuần hoàn trồng trọt – chăn nuôi còn có thể thấy công nghệ khí sinh học (biogas) xứ lý chất thải chăn nuôi vừa làm khí đốt cho sinh hoạt, thắp sáng và phát điện; hay công nghệ đệm lót sinh học, trồng nấm trên nền chất thải trồng trọt, nuôi giun quế trên nền chất thải chăn nuôi…cũng rất hiệu quả và phổ biến

Trong hệ canh tác tuần hoàn cũng có thể thấy mô hình Vườn – Ao – Chuồng và Vườn – Ao – Chuồng - Rừng, trong đó, chất thải của chăn nuôi phục vụ trồng trọt, phụ phẩm trồng trọt được sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản,vòng tròn cứ như vậy khép kín năm này qua năm khác. Một số năm gần đây, hệ canh tác lúa – cá, lúa – tôm và tôm – rừng phát triển rộng rãi, quy mô gần hai trăm ngàn hecta tại bán đảo Cà Mau. Các hệ canh tác này vừa tuần hoàn xét về mặt dinh dưỡng, lại vừa thích ứng với biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Các hệ thống canh tác nêu trên rất phù hợp cho sản xuất nông nghiệp hữu cơ. Ngoài ra, hiện nay có mô hình canh tác trồng trọt-nuôi trồng thủy sản cũng rất hiệu quả, gọi là Aquaponics, rất nên được khuyến khích mở rộng.

Ngoài việc sử dụng phế thải chăn nuôi và phụ phẩm trồng trọt làm phân compost, còn nhiều công nghệ chuyển hóa chất thải chăn nuôi rất hiệu quả như: Khí sinh học, đệm lót sinh học, nuôi giun quế…Còn trong xử lý phụ phẩm trồng trọt có các công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu, than sinh học, tủ gốc…thậm chí vùi ngay tại ruộng với bổ sung chế phâm vi sinh vật. Tất cả các quá trình trên đều hỗ trợ chuyển hóa chất hữu cơ phù hợp hơn để bón cho cây trồng.