Đạm là một trong 3 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng thiết yếu cho cây trồng. Để tìm hiểu có bao nhiêu đạm bài viết này sẽ khái quát các loại đạm được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới bao gồm:
- Đạm gốc Amonium,
- Đạm gốc nitrate và
- Đạm gốc ure
I. Đạm gốc Amonium
1. Ammonium nitrate (NH4NO3) Đạm 2 lá
Hình 1. Đạm 2 lá NH4NO3
Phân NH4NO3 chứa 30 – 40 % N và là loại phân bón được sử dụng phổ biến ở châu Âu, chiếm 11 % tổng lượng đạm (N) được sản xuất trên thế giới. Thành phần NO3– trong phân NH4NO3 dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng, và kết quả là phân này được sử dụng rộng rãi trong các tình huống nơi mà cây trồng cần bón thúc phân N để tăng cường sự sinh trưởng, được bón cho nhiều loại cây trên nhiều loại đất khác nhau, thích hợp cho cây trồng cạn như bông, thuốc lá, bắp mía và một số cây trồng khác, có thể pha thành dạng dung dịch dinh dưỡng để phun cho cây trong nhà kính hoặc nhà lưới đối với cây rau và cây ăn quả. Là tinh thể muối kết tinh màu vàng xám, dễ tan, dễ chảy nước, dễ vón cục nên khó bảo quản.
Phương pháp thông dụng sản xuất ammonium nitrate là tổng hợp từ ammoniac và acid nitric
NH3 + HNO3 --> NH4NO3
NH4NO3 có một số khuyết điểm sau:
- Hút nước khá mạnh và phải cẩn thận để chống sự đóng cục và sự thoái hóa về tính chất vật lý của phân khi tồn trữ và sử dụng.
- Có một số nguy cơ cháy hay nổ nên cần thực hiện đúng những khuyến cáo. Khi tiếp xúc với các chất có dạng C có thể oxid hóa như dầu hỏa, chúng sẽ hình thành một hỗn hợp nổ nên được sử dụng rộng rãi như là một loại thuốc nổ.
- Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4+.
- Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa mạnh hơn là các sản phẩm NH4+.
2. Ammonium Sulfate ( phân SA )
Hình 2. Đạm Ammonium Sulfate ( SA )
Chứa 21 % (NH4)2SO4 còn gọi là phân SA, chiếm khoảng 8 % tổng số phân đạm trên thế giới. Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua. Là loại phân được sản suất lâu đời nhất, chiếm đến 2,8.106 tấn phân N trên toàn thế giới.dạng hạt nhỏ được sản xuất bằng sự trung hòa acid nitric và acid sulfuric với NH3. Hỗn hợp Ammonium Nitrate – Sulfate ít hút nước hơn là từng thành phần riêng biệt. Có rất nhiều thành công trong việc sử dụng loại phân này để bón cho các loại cây ăn lá, cây lấy hạt, ngũ cốc.
Ngoài ra, (NH4)2SO4 còn được sản xuất bằng cách tận dụng khí trong các lò nung than cốc từ công nghiệp thép và chúng cũng là 1 sản phẩm trung gian từ công nghiệp luyện kim.
Các ưu điểm chính của (NH4)2SO4 là khả năng hút ẩm thấp, dễ tan trong nước, ít vón cục và ổn định về mặt hóa học. Là nguồn N và S tốt. Phản ứng hình thành tính chua cao của phân (NH4)2SO4 là một ưu điểm trên đất có pH cao và đối với các cây trồng có nhu cầu độ chua cao. Phân này có hiệu quả cho đất đồi, đất bạc màu và có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên các loại đất không bị chua phèn. Là loại phân có tác dụng tương đối nhanh nên thường được sử dụng để bón thúc. Là loại phân sinh lý chua vì vậy cần tránh bón phân này trên đất chua, phèn có thể làm tăng độ chua của đất. Sự sử dụng chúng trên đất chua đã được bón vôi có thể là một điểm không kinh tế.
Khuyết điểm chính của ammonium sulfate là chứa hàm lượng N tương đối thấp 19 – 21 % N : 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N. Tuy nhiên, phân này có thể là một loại phân có tính kinh tế do giá vận chuyển thấp, giá thành các nguyên liệu từ các sản phẩm trung gian rẻ và sử dụng cho các cây cần S. Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì phân SA có thể làm cây con bị cháy lá.
Các phương pháp phổ biến để sản xuất phân (NH4)2SO4
Phương pháp Fauser ( dung ammoniac cho phản ứng với acid sunfuric để tạo (NH4)2SO4
2 NH3 + H2SO4 à (NH4)2SO4 + 67,71 kcal/g/mol
Phương pháp Merseburg ( amon cacbonat và thạch cao) Ammoniac kết hợp với cacbonic tạo ra amon cacbonat
NH3 + H2O à NH4OH
2 NH4OH + CO2 à (NH4)2CO3 + H2O
Amon cacbonat tác dụng với thạch cao tạo ra (NH4)2SO4
(NH4)2CO3 +CaSO4.2H2O à (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2 H2O
3. Ammonium Phosphate
Hình 3. Phân Monoammonium Phosphate (MAP)
Monoammonium Phosphate còn gọi là MAP (NH4H2PO4) 12% N & 61% P2O5
Diammonium Phosphate còn gọi là DAP (NH4)2HPO4 18% N & 46% P2O5
Ngoài ra hiện nay còn có DAP 21% N & 53% P2O5
Ammonium phosphate (16% N & 20% P2O5 )
4. Ammonium chloride (NH4Cl)
Hình 4. Phân Ammonium chloride (NH4Cl)
Phân (NH4Cl) thường chứa 24 – 26 % N, dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà, dễ tan trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục. Khoảng 2/3 sản lượng phân này được sản xuất ở Nhật, 1/3 được sản xuất ở Ấn độ. Phần lớn chúng được sản xuất theo phương pháp sản xuất khác là sự trung hòa trực tiếp NH3 với HCl ( phương pháp Dow chemical)
Một số ưu điểm của phân này bao gồm nồng độ N cao hơn phân ammonium sulfate. Ammonium thường tốt hơn ammonium sulfate khi bón cho lúa nước, chúng cũng thích hợp cho 1 số loại cây trồng khác như lúa, bắp, cao lương, các cây lấy sợi, mía đường. (NH4Cl) là nguồn cung cấp tốt N và Cl– cho dừa, cọ dầu và quả Kiwi do yếu tố Cl–.
Là loại phân sinh lý chua, NH4Cl là loại phân hình thành acid như (NH4)2SO4 / đơn vị N, ảnh hưởng này gây bất lợi trên đất chua, đặc biệt những nơi giá vôi đắt. Một nhược điểm là hàm lượng N trong phân thấp so với NH4NO3 và hàm lượng Cl cao sẽ giới hạn sử dụng cho một số cây trồng, rất hạn chế dùng phân này bón cho chè, khoai, thuốc lá, khoai tây, hành tỏi, bắp cải, vừng… Các vùng đất khô hạn, đất mặn không nên bón phân này vì nó làm tích lũy Cl– dễ làm cây bị ngộ độc.
5. Ammonium bicarbonate (NH4HCO3)
Hình 5. Phân Ammonium bicarbonate (NH4HCO3)
Hiện nay loại phân có hàm lượng N thấp này 17,7 % N là là loại phân N chính được sản xuất ở TQ, chiếm hơn 50 % sản lượng 15.106 tấn trong 1 năm ở nước này. Phân có dạng bột trắng kết tinh, dễ chảy nước, có tính hút ẩm và không bền về mặt hóa học nên kết quả là hiệu quả sử dụng N của cây trồng thường thấp hơn 30 %.
II. Đạm gốc Urea
Urea (NH2)2CO: 46 % N
Hình 6. Phân Ure
Mặc dù urea được giữ một vị trí lịch sử trong hóa học hữu cơ, được tách ra từ urine vào năm 1773 nhưng chỉ trong vòng 50 năm qua urea mới nhận được sự chú ý như là một vật liệu phân bón. Vào năm 1828, Wohler, nhà hóa học Đức trình bày rằng urea có thể được hình thành bằng cách nung ammonium cyanate, một hợp chất được hình thành từ NH3 và CO2. Sự sản xuất urea được bắt đầu ở Đức vào năm 1922 và ở Mỹ năm1932.
Các phương pháp sản xuất urea
2 NH3 + CO2 <--> NH2CO2NH4
NH2CO2NH4 <--> CO(NH2)2 + H2O ( điều kiện: t từ 180 – 210 oC, áp suất từ 140 – 250 at, thời gian 20 -30 phút)
Hay:
7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2 —> 16 NH3 + 7 CO2
2NH3 + 2CNOH —> 2CO(NH2)2
Hay:
2CaCN2 + 3 H2O —> CO(NH2)2 +2 Ca(OH)2
Những nghi ngờ về tính thích hợp của urea trong nông học đã làm giới hạn phạm vi áp dụng của nó. Nhiều nhà Nông học đã rất bảo thủ trong việc sử dụng urea bởi vì các tiềm năng gây ra các vấn đề liên quan đến :
- Các ảnh hưởng có hại của biuret, một tạp chất thường ảnh hưởng đến sự nẩy mầm và sự sinh trưởng của cây con với 1 nồng độ thấp.
- Gây độc cho hạt giống và cây con do nồng độ NH3 cao được giải phóng trong thời gian thủy phân và sự tích lũy NO2– trong thời gian nitrae hóa.
- Sự mất NH3 của urea khi phân phơi bày trên mặt đất. Nhưng những kinh nghiệm thực tiễn đối với urea trong 30 năm qua cho thấy rằng urea là một loại phân bón tốt như bất cứ 1 loại phân bón nào nếu sử dụng thích hợp.
Các tính chất hoàn hảo về mặt vật lý (urea có dạng hạt) cộng với tính kinh tế thích hợp trong sản xuất, sử dụng, tồn trữ và vận chuyển làm cho urea trở nên là 1 loại phân N có tính cạnh tranh nhất định với các loại phân khác. Lượng urea sử dụng trên thế giới cao gấp 3 lần so với NH4NO3 vào năm 1990. Ngoài việc cải thiện đáng kể về kích thước, lực và mật độ của urea dạng hạt, phân này còn có một số tính chất có giá trị khác :
- Ít có xu hướng bị đóng cục như NH4NO3.
- Không mẫn cảm với cháy nổ.
- Ít ăn mòn tay và các thiết bị bón.
Nồng độ biuret. Nồng độ của biuret NH2-CO-NH-CO-NH2 là mối quan tâm đặc biệt đối với phân urea vì tính độc của chúng đối với thực vật. Mức độ 2% biuret có thể được chấp nhận trong hầu hết các chương trình về phân bón. Vì cam quýt và các loại cây trồng khác như dứa rất mẫn cảm với biuret trong việc bón urea bằng cách phun qua lá nên được khuyến cáo nên dùng sản phẩm có chứa < 1,5% biuret. Các dung dịch được hình thành từ urea có chứa 1,55 biuret được chấp nhận để phun lên lá cho bắp và đậu nành. Nên tránh việc bón phân urea có nồng độ biuret cao gần hay ngay trên các hàng gieo hạt.
Tính chất của urea trong đất. Khi được bón vào đất, urea sẽ bị thủy phân bởi enzyme urease thành NH4+. Tùy thuộc vào pH đất mà NH4+có thể hình thành NH3, NH3 này có thể bị bay hơi ở mặt đất theo phương trình sau :
(NH2)2CO + H+ + 2H2O —->2 NH4+ + HCO3–
Urease
NH4+ —> NH3 + H+
NH3 được giải phóng sẽ phản ứng trong đất tượng tự như là NH3 trong NH3 lỏng khan và NH3 lỏng. Có sự gia tăng pH đáng kể gần chung quanh hạt phân urea. Những sự thay đổi về các tính chất của đất này ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của N và sự phát triển của cây trồng ngay khi chúng hoạt động chung quanh vùng lưu giữ NH3 khan. Khi có đủ nước hay các chất cho H+ khác, NH4+ sẽ được giữ lại trong đất.
Sự thủy phân urea thực hiện nhanh khi các điều kiện của đất thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng. Trong các loại đất ẩm, ấm, hầu hết urea chuyển hóa thành NH4+ trong vài ngày.
Urease là chất xúc tác cho sự thủy phân urea có rất nhiều trong đất. Phần lớn vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong đất đều có chứa urease. Một nhóm nhỏ vi khuẩn, gọi là vi khuẩn urea, có khả năng ngoại lệ là phân hủy được urea. Hoạt động của urease gia tăng theo mật độ dân số vi sinh vật và hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Sự hiện diện nhiều dư thừa thực vật tươi thường cung cấp nhiều urea.
Hoạt động của urea cao nhất trong vùng rễ, nơi hoạt động vi sinh vật cao và nơi chúng có thể tích lũy từ rễ cây trồng. Hoạt động của urea vùng rễ khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng và mùa trong năm. Mặc dù nhiệt độ đến 370C thích hợp cho hoạt động men urease nhưng sự thủy phân của urea có thể xảy ra ở nhiệt độ xuống thấp đến 20C hay thấp hơn. Điều này cho thấy hoạt động của urease ở nhiệt độ thấp nên một phần urea được bón trong mùa thu hay đầu mùa xuân có thể bị biến đổi thành NH3 hay NH4+ trước mùa xuân.
Những ảnh hưởng của ẩm độ đất đến sự hoạt động của urease thường là nhỏ so với ảnh hưởng của nhiệt độ và pH. Tốc độ sự thủy phân có thể cao nhất ở độ ẩm tối hảo cho sự sinh trưởng của cây trồng. Độ ẩm đất trong khoảng 24 – 100 % có ảnh hưởng rất ít đến tốc độ thủy phân urea.
NH3 tự do ức chế hoạt động của enzyme urease. Vì một nồng độ đáng kể của NH3 có thể hiện diện ở pH > 7 nên một số ức chế tạm thời của urease do NH3 tự do xảy ra sau khi bón urea vì pH trong vùng sát quanh nguồn urea có thể đạt đến 9,0. Vì thế với liều lượng bón urea cao và bón tập trung theo hàng và những phương pháp bón tập trung khác có thể tạo điều kiện hạn chế sự hoạt động cửa enzyme urease.
Các loại phân có gốc urea
1.Urea Phosphate (NH2)2CO H3PO4
là sản phẩm có dạng tinh thể được hình thành do phản ứng của urea với acid orthophosphoric. Hàm lượng dinh dưỡng của phân này thường là 17 – 44 – 0 và được sử dụng chủ yếu là để sản xuất các loại phân bón khác có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn. Urea phosphate có tiêu chuẩn độ tinh khiết thấp có thể đủ để sản xuất các loại phân bón dạng huyền phù và cho phân bón sử dụng trong hệ thống tưới. Urea cũng có thể được kết hợp với phân (NH4)2HPO4 (DAP) thành phân dạng rắn 28 – 28 – 0.
2. Urea sulfate
Dạng hạt có hàm lượng dinh dưỡng từ 40-0-0-4 đến 30-0-0-13 đã được sản xuất. Tỉ lệ N/S trong sản phẩm này thay đổi từ 3 : 1 đến 7 : 1, vì vậy có thể đủ để hiệu chỉnh sự thiếu N và S trong hầu hết các loại đất.
III. Các loại đạm gốc Nitrate
Ngoài phân NH4NO3 có rất nhiều loại phân bón chứa NO3– như sodium nitrate NaNO3, potassium nitrate KNO3 và Ca nitrate Ca(NO3)2 có thể được nêu ra vì tầm quan trọng của chúng cho một số vùng nhất định. Các loại phân NO3– này khá hòa tan nên chúng rất di động trong dung dịch đất. Chúng hữu dụng nhanh chóng cho cây trồng và rất nhạy cảm với sự rửa trôi trong điều kiện mưa nhiều. Chúng cũng có thể bị hấp thu sinh học bởi các vi sinh vật đất trong sự phân giải tàn dư hữu cơ. Cũng như các loại phân NO3– khác, chúng cũng bị mất do phản N hóa.
Thông thường các muối NO3– của K+, Na+, và Ca2+ không hình thành acid như các loại phân NH4+. Bởi vì NO3– thường được cây trồng hấp thu nhanh hơn là các cation mang theo trong phân, HCO3– và các anions hữu cơ được tiết ra từ rễ cây nên làm cho pH dung dịch đất tăng nhẹ. Như sử dụng lâu dài NaNO3 sẽ duy trì hay thậm chí làm tăng pH nguyên thủy của đất.
1. Natri nitrate NaNO3– (16 % N)
Hình 7. Phân Natri nitrate (NaNO3)
Là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất acid nitric và phân N trong nhiều quốc gia. Phần lớn các phân này có nguồn gốc trong các mỏ lớn ở vùng ven biển Chile và sự sản xuất NO3– tiếp tục trở thành công nghiệp chính ở Chile. Số lượng lớn nhất của NaNO3 tổng hợp đã một lần được thực hiện ở châu Âu và Mỹ. Nhưng sự sản xuất và tiêu thụ chúng bị giảm từ năm 1950 và ngày nay chỉ còn một lượng rất nhỏ phân này được sản xuất từ các nguồn sản phẩm trung gian.
Phương pháp sản xuất
4 HNO3 + 3NaCl —> 3NaNO3 + Cl2 + 2 H2O + NOCl
2. Kali nitrate KNO3 (13 % N, 46% K2O)
Hình 8. Phân Kali Nitrate (KNO3)
Có chứa 2 nguyên tố chủ yếu và được sản xuất bởi phản ứng của acid Nitric HNO3 đậm đặc với KCl. Ngày nay phân này được sản xuất nhiều ở Chile, Israel, Mỹ và một số nước khác. KNO3 sử dụng lớn nhất cho các cây trồng thâm canh cao như cà chua, khoai tây, thuốc lá, rau ăn lá, cam quýt, đào và nhiều loại cây trồng khác. Các tính chất của KNO3 làm cho chúng hấp dẫn đối với cây trồng là có chỉ số muối trung bình, sự hấp thu NO3– nhanh, tỷ lệ N/ K2O thích hợp, hàm lượng Cl– không đáng kể và có phản ứng kiềm trong đất. Khả năng hút ẩm thấp nên thích hợp trong việc sử dụng bón trực tiếp và tạo các loại phân hỗn hợp.
3. Ca(NO3)2 (15.5 % N)
Hình 9. Phân Canxi Nitrate Ca(NO3)2
Có hàm lượng N: 15,5 %, Ca: 36,0 %, phát sinh chủ yếu từ Châu Âu, nơi mà chúng được sản xuất bằng cách xử lý CaCO3 với HNO3. Phân này rất hút ẩm, nên làm giảm giá trị sử dụng. Ngoại trừ các vùng khí hậu rất khô, Ca(NO3)2 thường có nguy cơ bị hóa lỏng, thường phải tồn trữ trong các bao chống ẩm. Cũng như các loại phân NO3 khác, rất nhạy cảm với CO32-.
Phương pháp sản xuất:
CaCO3 + 2 HNO3 —> Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
Do thành phần NO3– có tác động nhanh nên Ca(NO3 )2 là một loại phân bón hữu ích cho các loại rau cải. Đôi khi chúng được dùng để phun lên lá cho rau cần tây, cà chua, và táo. Trên các loại đất bị ảnh hưởng của Na, Ca(NO3)2 có thể được sử dụng như là 1 nguồn Ca2+ để thay thế Na+ trên CEC của đất.
