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

3. Lợi ích của phân bón chậm tan có kiểm soát (CRF)

- Tối ưu quá trình phát triển của cây trồng, góp phần tăng năng suất cây trồng: Các chất dinh dưỡng được cung cấp một cách chính xác theo từng loại cây và nhu cầu dinh dưỡng của cây ở từng giai đoạn phát triển, giúp cây trồng phát triển tối ưu nhất. Việc sử dụng phân CRF có thể đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cây một cách rất dễ dàng nhờ việc trộn lẫn với nhau các loại phân có thời gian phân rã khác nhau nên sẽ cung cấp nhu cầu dinh dưỡng của cây đúng cách, đúng lục, đúng loại. Vì dụ: Cây trồng cần đạm trong 2-3 tháng đầu; cần lân 5-6 tháng giữa và cần kali vào giai đoạn cuối (tháng 8-9); phân được sử dụng sẽ là hỗn hợp của urea có thời gian phân giải tối đa 3 tháng, phân DAP có thời gian phân giải 6 tháng và Kali Sulfat có thời gian phân giải 9 tháng. Nhờ đó chỉ cần bón 1 lần và cây phát triển tốtn (Hình 6).

Hình 5. So sánh giữa bón phân thong thường (3 lần bón) với bón phân CRF (chỉ 1 lần bón)

- Bón phân chỉ một lần mỗi mùa vụ:

+ Tiết kiệm chi phí lao động: công lao động cho việc bón phân và chăm sóc mỗi lần bón phân sẽ giảm.

+ Tiết kiệm chi phí bón phân: lượng phân bón sử dụng sẽ giảm (theo tính toán lượng phân bón sử dụng chỉ còn 40-60% so với thông thường).

+ Giảm bớt sự tác động cơ học đến đất do việc sử dụng người hoặc máy móc mỗi lần bón thân, gây nén chặt đất.

- Giảm đến mức tối thiểu lượng phân bón bị mất mát do sự xói mòn đất, sự bay hơi hay do sự kết dính chặt vào trong đất:

+ Sự sẵn sàng của các chất dinh dưỡng suốt vòng đời phát triển của cây trồng được bảo đảm, theo từng giai đoạn phát triển của cây, nhu cầu đạm-lân-kali ở từng thời điểm được cung cấp đúng lúc, đúng liều và đúng cách. Đồng thời giúp rễ cây phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề kháng của cây.

+ Tối ưu hóa việc sử dụng phân bón, hạn chế sự hao phí phân bón 

+ Không yêu cầu phải bón thúc phân bón giữa vụ mùa – góp phần giảm số lần bón phân mỗi vụ mùa. 

+ Có ưu thế rất cao khi đánh giá tác động về mặt sinh thái học, môi trường (không gây ô nhiễm mạch nước ngầm, không khí và không gây thoái hóa đất), đối với cây chiết hoặc ghép rất quan trọng vì việc bón quá nhiều phân sẽ đầu độc cây trong giai đoạn đầu phát triển của cây trồng. Bó CRF không làm tăng độ dẫn điện (EC) trong đất nên không làm chết các vi sinh vật đất và rò rỉ phân vào nguồn nước.

 
Hình 6. hạt phân CRF trong đất

- Việc bón phân hoàn toàn không phụ thuộc vào việc tưới tiêu, quá trình phân giải của phân vẫn tiếp diễn ngay cả khi không cung cấp nước:

+ Không cần sử dụng các trang thiết bị phun và trộn phức tạp.

+ Trong mùa mưa không cần phải có kĩ thuật tưới tiêu đặc biệt, vì hat phân vẫn tồn tại trong cả môi trường ngập nước. 

+ Không xảy ra việc thất thoát của phân bón trong quá trình tưới tiêu để ngăn chặn việctăng độ mặn trong đất.

4. Nhược điểm của phân bón chậm tan có kiểm soát (CRF)

- Nhược điểm lớn nhất của loại phân bón chậm tan có kiểm soát hiện nay là giá thành sản xuất và giá bán vẫn còn khá cao, nhất là trên thị trường Việt Nam, do hiện nay ở Việt Nam phân bón này mới chỉ được sử dụng hạn chế cho một số sản phẩm ở qui mô khá nhỏ, vì vậy các công ty chỉ nhập khẩu lượng nhỏ để bán cho người trồng cây cảnh là chính. Nếu ứng dụng ở qui mô lớn thì giá thành của sản phẩm này sẽ khá cạnh tranh.

- Chưa được sử dụng phổ biến vì người tiêu dùng chưa được biết nhiều về loại sản phẩm này cũng như các nhà sản xuất chưa chú trọng cho việc phát triển và ứng dụng sản phẩm.

- Chủng loại chưa đa dạng là do đặc thù của sản phẩm yêu cầu phải xây dựng một hệ thống chuẩn các sản phẩm để ứng dụng cho từng loại cây trồng vì mỗi cây trồng có thời gian phát triển khác nhau, nhu cầu khác nhau. Hiện tại với khả năng kĩ thuật và kinh tế vẫn chưa có nhiều công ty dám mạnh tay đầu tư cho việc này.

- Quy trình bón phân phức tạp vì phân bón 1 lần nên phải tích toán mật độ rải phân, vị trí bón phân, lượng phân cần dùng, độ sâu bón cho từng loại cây cụ thể. Do vậy đòi hỏi người sử dụng phải có một ít kiến thức cơ bản về cách sử dụng loại phân này.

Tuy nhiên khi tính toán về giảm lượng phân sử dụng cũng như giảm chi phí lao động, việc sử dụng phân bón chậm tan có kiểm soát  CRF thật sự mang lại rất nhiều lợi thế vì tăng năng suất, chất lượng sản phẩm cây trồng và tổng chi phí sẽ giảm xuống.

5. Sản phẩm thương mại

Hiện AnBIO.vn đang phân phối một số dòng CRF như Hi-Control 14-13-13 của Nhật, các dòng Polycote của Growmore nhập khẩu từ Maylaysia...