Nguyên tố “bị lãng quên”

Lâu nay, silic - nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái đất, thường bị lãng quên trong lĩnh vực nông nghiệp bởi người ta không coi nó là chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. “Khi nhắc đến dinh dưỡng cho cây trồng, người ta chỉ nghĩ đến các nguyên tố đa lượng như đạm, lân, kali, hoặc các nguyên tố trung lượng như canxi, magie, nhưng gần như không bao giờ nhắc đến silic. Điều này rất không công bằng cho nguyên tố này”, TS. Phan Thị Công, Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Tư vấn nông nghiệp nhiệt đới, nhận xét trong hội thảo do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN (CESTI), thuộc Sở KH&CN TP.HCM tổ chức vào ngày 27/10 vừa qua.

Sở dĩ như vậy là vì silic có tính chất khá “dị thường”. “Nó không cần thiết cho các chức năng của thực vật, có cũng được, không có cũng được. Nhưng thiếu silic, dù cây không chết nhưng năng suất sẽ suy giảm rất nhiều”, TS. Phan Thị Công cho biết. “Khi thiếu silic sẽ làm giảm quang hợp ở thực vật, tăng quá trình peroxy màng lipid, mất cân bằng dinh dưỡng và dẫn đến tăng sự rụng lá, làm giảm khả năng hút nước, ảnh hưởng đến sự phát triển bộ rễ. Vì vậy, dù silic là nguyên tố vô danh trong nông nghiệp, không được nói đến nhiều, nhưng thực chất nó có những tác dụng rất quan trọng”.

Silic có vị trí rất đặc biệt với những quốc gia xuất khẩu lúa gạo hàng đầu thế giới như Việt Nam. Bởi lẽ, “cây lúa nước cần rất nhiều oxy, nếu không có silic tạo mạch dẫn oxy cho cây thì cây lúa không thể nào chịu được điều kiện sống úng ngập dưới nước”, TS. Phan Thị Công nói. Do vậy, cây lúa thường hấp thụ rất nhiều silic, thậm chí gấp bốn lần so với nguyên tố đa lượng thiết yếu nitơ. Để có một tấn thóc, cây lúa cần khoảng 20 kg nitơ nhưng hấp thụ hơn 80 kg silic. Ngoài việc giúp cây cứng cáp, ít đổ ngã, silic còn giúp tăng khả năng chịu hạn, chịu phèn, chịu mặn và giảm thiểu quá trình già hóa của lá lúa. Theo một bài viết của GS. Nguyễn Bảo Vệ trên trang web của Trường Nông nghiệp (Đại học Cần Thơ), ở đất phèn, silic có thể giúp cây lúa ngăn ngừa ngộ độc mangan và sắt bằng cách mở rộng đường vận chuyển oxy từ lá xuống rễ, giúp rễ nhận được nhiều oxy hơn để oxy hóa sắt và mangan, khiến các chất này không còn hòa tan trong dung dịch đất, hạn chế sự hấp thụ các độc chất này.

Silic cũng có mối liên hệ mật thiết với khả năng kháng sâu bệnh của cây trồng. Silic thường tích tụ trong lớp tế bào biểu bì trên bề mặt lá, làm tế bào biểu bì của lá dày hơn, mức độ hóa gỗ của các mô mạnh hơn, tạo rào cản vật lý ngăn chặn sự xâm nhập của bệnh đạo ôn - một trong những bệnh nguy hiểm nhất trên cây lúa. Một cơ chế khác giúp cây lúa chống giúp chống lại sự xâm nhiễm của sâu bệnh và nấm trên cây lúa là sự hình thành hợp chất silic hữu cơ, giúp ổn định vách tế bào, chống lại sự suy thoái của vách tế bào biểu bì lá dưới sự tán công của các men do nấm bệnh tiết ra. Nhờ đó, “silic làm giảm bệnh đốm nâu trên lúa, đạo ôn cổ bông, khô vằn, lem lép hạt do nhiều loại nấm gây ra, cháy bìa lá cũng như tuyến trùng rễ”, TS. Phan Thị Công cho biết.

Một điều thú vị là silic còn tăng cường tác dụng của thuốc trừ nấm. Việc kết hợp bón silic với phun thuốc trừ nấm sẽ nâng cao hiệu quả của các loại thuốc trừ nấm phổ biến như Benomyl, Mancozeb, Edifenfos, từ đó giúp gia tăng năng suất lúa. Silic còn giúp giảm số lần sử dụng thuốc hoặc giảm nồng độ thuốc sử dụng, góp phần tiết kiệm chi phí và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Ứng dụng công nghệ nano

Dù hàm lượng silic trên Trái đất chỉ đứng sau oxy song thực tế, cây trồng không dễ dàng hấp thụ nguyên tố này trong tự nhiên. Silic thường liên kết với các nguyên tố khác, tồn tại dưới dạng hợp chất như cát (SiO2), các khoáng vật silicat và aluminosilicat, hầu hết ở dạng khó hòa tan, không hữu dụng cho cây trồng. Do vậy, hầu hết đất trồng lúa ở Việt Nam đều thiếu silic dễ tiêu, ngoại trừ một số loại đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, cá pha.

Trong quá trình đi tìm lời giải cho bài toán cung cấp silic dễ hấp thụ hơn cho cây trồng, các nhà nghiên cứu đã chú ý đến công nghệ nano. “Cây khó hấp thụ silic phân tử, nhưng ở kích thước nhỏ cỡ nano, nó có thể dễ dàng hấp thụ vào trong cây. Do vậy, hiện nay nhiều nơi trên thế giới và ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ nano để sản xuất các loại phân bón kích cỡ nhỏ có thể dễ dàng vào trong các cơ quan của cây, giúp nó hoạt hóa và phát huy tác dụng tốt hơn”, TS. Phan Thị Công cho biết.

Về bản chất, công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thao tác và sử dụng vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và siêu nguyên tử (kích thước từ 1 đến 100 nanomet). Nhiều vật liệu khi được thu nhỏ kích thước xuống dưới 100 nanomet sẽ thể hiện các tính chất độc đáo trên cơ sở tuân theo luật của các lực cơ lượng tử mà lực này chỉ xuất hiện ở mức độ nguyên tử (khác lực Van der Waals). Những thiết bị chế tạo bằng công nghệ nano có các đặc tính siêu việt như nhỏ hơn, nhanh hơn, bền hơn hoặc thêm nhiều đặc tính hoàn toàn mới so với các thiết bị được chế tạo trên nền tảng công nghệ thông thường. TS. Phan Thị Công giải thích: “Khi phân chia một vật thể thành nhiều vật thể nhỏ hơn, diện tích bề mặt của nó sẽ lớn hơn. Đó là cơ sở giúp công nghệ nano đạt được những biến đổi về lý tính, quang tính, từ tính, hoặc đặc tính nhiệt học của các vật chất mà người ta muốn nghiên cứu”. Đơn cử silic ở dạng nano sẽ dễ hấp thu hơn vì diện tích bề mặt riêng lớn, phần lớn các nguyên tử tập trung tại bề mặt hạt nano silic, dẫn đến năng lượng bề mặt thấp. Do vậy, các nguyên tử bề mặt dễ tách ra, khiến nó trở nên linh động hơn, từ đó tăng hiệu suất hấp thụ silic qua lá.

Bên cạnh những ứng dụng trong các ngành công nghiệp, việc áp dụng công nghệ nano để sản xuất phân bón chứa silic đã phổ biến trên thế giới từ lâu. “Đây không phải là vấn đề mới lạ, các quốc gia phát triển trên thế giới như Đức, Thụy Sĩ, Nhật Bản, Hoa Kỳ… đã dùng từ lâu, với quy trình công nghệ sản xuất ra những loại phân bón có kích cỡ hạt rất nhỏ từ 10-500 nanomet, thể hiện nhiều tính năng vượt trội”, TS. Phan Thị Công cho biết. So với thế giới, Việt Nam đang bước chậm hơn trong lĩnh vực này. “Hiện nay, công nghệ nano sản xuất phân bón của Việt Nam mới dừng lại ở một số loại phân bón vi lượng và một số chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hoạt tính sinh học cao như rong biển hoặc chitosan”. Trên thị trường cũng có một số loại phân bón có chứa silic, song phần lớn là dạng phân bón qua rễ, các loại phân bón silic qua lá còn ít vì khó sản xuất và chi phí cao hơn.

Nanofarm là một trong số ít các đơn vị ở Việt Nam thành công trong sản xuất phân bón lá nano silic hữu cơ. Dưới sự hỗ trợ của các nhà khoa học Slovakia, nhóm nghiên cứu đã phối hợp tìm ra quy trình sản xuất tối ưu, vừa đảm bảo hiệu quả lại tiết kiệm chi phí. Một điểm đáng chú ý là họ đã tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, vốn được coi là phụ phẩm chiếm phần đáng kể trong quá trình sản xuất lúa gạo: vỏ trấu. Người ta ước tính sau khi đốt cháy, tro của trấu chứa khoảng hơn 80% là oxit silic (SiO2, còn gọi là silica). Đây cũng là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất phân bón nano silic là xử lý vỏ trấu ở nhiệt độ cao để khử carbon và thu về SiO2 (đạt hàm lượng 92-94% silica). Sau đó, họ chuyển qua thủy phân ở buồng phản ứng thứ nhất để tạo dung dịch silica, tiếp đó đưa vào buồng phản ứng thứ hai để xử lý xung điện với tần số cao, đi kèm chất xúc tác đặc biệt nhằm tạo ra nano silic. Cuối cùng, dung dịch nano silic sẽ được phối trộn với axit humic, axit fulvic và các axit amin khác để tạo thành sản phẩm phân bón hữu cơ.

Là đơn vị đã phối hợp với Nanofarm trong triển khai ứng dụng và tập huấn ở nhiều nơi, các nhà nghiên cứu ở Trung tâm Nghiên cứu và Tư vấn nông nghiệp nhiệt đới nắm rõ hơn ai hết về hiệu quả của loại phân bón này. “Chúng tôi đã ứng dụng trên một số loại cây trồng và thấy rằng sản phẩm có khả năng bảo vệ cây trồng chống chịu được bệnh đạo ôn, bệnh đốm nâu trên cây lúa và các loại côn trùng chích hút và một số nấm bệnh cho một số cây trồng như hoa ly, dưa lưới, ớt và cà chua”, TS. Phan Thị Công nhận xét.Nhờ đó, phân bón nano silic của Nanofarm đã có những bước đi đầu tiên thành công trên hành trình thương mại hóa. “Loại phân bón này giúp cây hấp thụ tốt, phát triển khỏe, màu hoa đẹp, mầm mọc nhiều, và nụ hoa ra tua tủa”, một khách hàng phản hồi trên trang facebook của Nanofarm. Một số cơ sở sản xuất lớn như Đà Lạt Hasfarm đã sử dụng sản phẩm này cho hoa hồng và dâu tây đều phản hồi tích cực: lá dày và xanh hơn, cây chắc khỏe, cánh hoa dày, màu tươi tắn, còn ở quả dâu tây thì tỉ lệ đậu trái cao, tròn đều, giòn ngọt hơn. Hiện nay, các loại phân bón này đều đã vượt qua khảo nghiệm và được công bố trong danh mục lưu hành của Bộ NN&PTNT, sẵn sàng cung cấp cho thị trường.