1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đất chua chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng diện tích đất canh tác trên thế giới. Quá trình axit hóa đất là một trong những yếu tố chính hạn chế sản xuất nông nghiệp. Mặc dù các biện pháp cải tạo truyền thống, chẳng hạn như bón vôi, có hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao pH đất, nhưng hiệu quả cải tạo thường không bền vững trong thời gian dài. Vì vậy, việc tìm kiếm các giải pháp cải tạo đất chua mang tính bền vững, hiệu quả lâu dài và thân thiện với môi trường là hết sức cần thiết.
Trong bối cảnh tìm kiếm các giải pháp bền vững và thân thiện với môi trường, than sinh học ngày càng nhận được sự quan tâm rộng rãi nhờ tiềm năng ứng dụng như một vật liệu cải tạo đất. Nguyên liệu sản xuất than sinh học rất đa dạng, bao gồm rơm rạ, trấu, lõi ngô, bã mía, vỏ cà phê, phân gia súc, gia cầm và nhiều loại phụ phẩm nông nghiệp, chăn nuôi khác. Việc chuyển hóa các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp này thành than sinh học không chỉ góp phần giải quyết vấn đề xử lý chất thải, mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cho nông nghiệp và môi trường.
Nghiên cứu này nhằm chế tạo than sinh học từ lá mía, đồng thời phân tích sâu sự biến động của pH đất và các ion kiềm trong đất chua sau khi bổ sung than sinh học lá mía. Trên cơ sở kết hợp đánh giá khả năng hấp phụ và sự thay đổi cấu trúc của than sinh học, nghiên cứu hướng đến làm rõ cơ chế cải tạo đất chua của vật liệu này, từ đó cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học cho việc ứng dụng than sinh học trong giảm độ chua đất.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thí nghiệm sử dụng lá mía, than sinh học lá mía làm vật liệu nghiên cứu. Lượng hoàn nguyên lá mía được xác định trên cơ sở lượng sinh khối trung bình hiện nay, tương ứng tỷ lệ lá mía:đất là 0,51%. Đây được xem là mức hoàn trả toàn bộ sinh khối vào đất. Trên cơ sở đó, thí nghiệm bổ sung thêm 5 mức bón khác nhau theo tỷ lệ khối lượng vật liệu:đất, gồm 1,6%; 3,2%; 8%; 16% và 32%. Lượng hoàn trả than sinh học lá mía được quy đổi tương ứng dựa trên hiệu suất tạo than của sinh khối, với tỷ lệ 32%. Như vậy, thí nghiệm gồm tổng cộng 13 công thức xử lý, được trình bày tại Bảng 2.1.
Bảng 2. 1. Bố trí các công thức xử lý trong thí nghiệm
|
Ký hiệu |
Vật liệu bổ sung |
Tỷ lệ bón (%) |
Số lần lặp |
|
CK |
Không bổ sung |
Không bổ sung |
3 |
|
Lá mía |
0.51 |
3 |
|
|
B2 |
Lá mía |
1.6 |
3 |
|
B3 |
Lá mía |
3.2 |
3 |
|
B4 |
Lá mía |
8 |
3 |
|
B5 |
Lá mía |
16 |
3 |
|
B6 |
Lá mía |
32 |
3 |
|
Than sinh học lá mía |
0.16 |
3 |
|
|
B8 |
Than sinh học lá mía |
0.5 |
3 |
|
B9 |
Than sinh học lá mía |
1 |
3 |
|
B10 |
Than sinh học lá mía |
2.5 |
3 |
|
B11 |
Than sinh học lá mía |
5 |
3 |
|
B12 |
Than sinh học lá mía |
10 |
3 |
2.2.1. Chế tạo than sinh học
Lá mía sau khi phơi khô được cắt thành các đoạn nhỏ có chiều dài khoảng 5–10 cm. Mẫu vật liệu sau đó được cho vào hộp nung bằng thép không gỉ chịu nhiệt, nén chặt và đậy kín, rồi đặt trong lò nung. Quá trình nhiệt phân được thực hiện ở điều kiện hạn chế oxy, nhiệt độ 450°C trong thời gian 2 giờ. Sau khi kết thúc quá trình nhiệt phân, mẫu được để nguội tự nhiên đến nhiệt độ phòng, sau đó lấy ra, nghiền nhỏ và bảo quản kín để sử dụng cho các phân tích tiếp theo.
2.2.2. Thí nghiệm ủ đất
Mẫu đất được thu thập tại tầng đất 0–20 cm của ruộng mía bị chua hóa thuộc vùng sản xuất mía chủ yếu. Sau khi loại bỏ sỏi đá kích thước lớn, mẫu đất được phơi khô trong điều kiện râm mát, nghiền nhỏ và rây qua rây 2 mm.
Cân 100 g đất, sau đó bổ sung rơm rạ, lá mía, than sinh học rơm rạ, than sinh học lá mía theo tỷ lệ bón đã trình bày tại Bảng 2.1. Sau khi trộn đều, mẫu được đặt trong tủ ủ ở nhiệt độ 28°C. Trong quá trình ủ, độ ẩm đất được theo dõi định kỳ và duy trì ở mức 60–70% độ ẩm đồng ruộng.
2.3. Phương pháp xác định các chỉ tiêu
2.3.1. Than sinh học
Sau 30 và 90 ngày ủ, mẫu than sinh học trong đất được thu hồi bằng phương pháp nhặt thủ công kết hợp với sàng tách. Các chỉ tiêu xác định đặc trưng lý hóa, cấu trúc của than sinh học và phương pháp phân tích cụ thể được trình bày tại Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Phương pháp xác định tính chất lý hóa và đặc trưng cấu trúc của mẫu than sinh học
|
Phương pháp phân tích |
|
|
Nhóm chức bề mặt |
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, FT-IR |
|
Cấu trúc tinh thể |
Nhiễu xạ tia X, XRD |
|
Thành phần nguyên tố hóa học |
Phổ tán xạ năng lượng tia X, EDX |
|
Hình thái bề mặt |
Kính hiển vi điện tử quét, SEM |
|
Diện tích bề mặt riêng |
Phân tích diện tích bề mặt riêng, BET |
2.3.2. Đất
Vào các thời điểm 15, 30, 60 và 180 ngày sau xử lý, mẫu đất ở từng công thức được thu thập để phân tích. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích cụ thể được trình bày tại Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích đất
|
STT |
Chỉ tiêu phân tích |
Phương pháp phân tích đề xuất |
|---|---|---|
|
1 |
Khả năng đệm pH của đất |
Phương pháp chuẩn độ axit – bazơ bằng dung dịch HCl và NaOH |
|
2 |
pH đất |
Đo bằng máy pH meter |
|
3 |
CEC |
Phương pháp chiết bằng amoni axetat CH₃COONH₄ 1 M, pH 7,0 |
|
4 |
Độ chua trao đổi |
Chiết bằng KCl 1 M, chuẩn độ dịch chiết |
|
5 |
Al trao đổi |
Chiết bằng KCl 1 M, chuẩn độ dịch chiết |
|
6 |
Ca²⁺ trao đổi |
Đo bằng AAS |
|
7 |
Mg²⁺ trao đổi |
Đo bằng AAS |
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiệu quả cải tạo đất chua của than sinh học từ lá mía
3.1.1. pH
Kết quả nghiên cứu cho thấy đất đối chứng luôn duy trì trạng thái rất chua, pH giảm nhẹ từ 3,97 xuống 3,87 sau 180 ngày. So với đối chứng, pH của B1 và B7 lần lượt đạt 3,98 và 3,96, B2 và B8 đạt 4,24 và 4,19. Ở các liều lượng cao hơn, than sinh học bắt đầu thể hiện ưu thế rõ hơn, sau 180 ngày pH ở công thức B12 đạt 8,16, cao hơn pH ở công thức B6 là 5,67 (hình 3.1).

.jpg)
Hình 3.1. Ảnh hưởng của than sinh học lá mía đến pH đất
Xu hướng này cho thấy quá trình nhiệt phân lá mía đã làm cô đặc các thành phần kiềm trong vật liệu, giúp than sinh học có khả năng trung hòa độ chua mạnh hơn so với lá mía. Hu và cs ghi nhận biochar từ bã mía làm tăng pH đất trồng mía, trong đó mức tăng phụ thuộc vào loại đất và lượng biochar bổ sung (Hu L. , 2023). Geng cũng ghi nhận bón biochar làm tăng pH đất chua từ 8,48–79,25%, đồng thời giảm độ chua trao đổi, Al trao đổi và H trao đổi; hiệu quả phụ thuộc vào nguyên liệu và nhiệt độ nhiệt phân (Geng, 2022).
3.1.2. Độ chua trao đổi và nhôm trao đổi
Bảng 3. 1. Ảnh hưởng của than sinh học lá mía tới độ chua trao đổi và Al trao đổi sau 180 ngày
Đơn vị: cmol/kg
|
Công thức |
Vật liệu |
Tỷ lệ bón (%) |
Độ chua trao đổi |
Giảm so với CK |
Al trao đổi |
Giảm so với CK |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
CK |
Không |
0 |
3,670 ± 0,12 |
— |
3,424 ± 0,17 |
— |
|
B1 |
Lá mía |
0,51 |
3,617 ± 0,19 |
1,4% |
3,433 ± 0,14 |
-0,3% |
|
B2 |
Lá mía |
1,60 |
2,986 ± 0,04 |
18,6% |
2,845 ± 0,10 |
16,9% |
|
B3 |
Lá mía |
3,20 |
2,230 ± 0,09 |
39,2% |
2,092 ± 0,06 |
38,9% |
|
B4 |
Lá mía |
8,00 |
0,820 ± 0,06 |
77,7% |
0,741 ± 0,02 |
78,4% |
|
B5 |
Lá mía |
16,00 |
0,345 ± 0,07 |
90,6% |
0,277 ± 0,07 |
91,9% |
|
B6 |
Lá mía |
32,00 |
0,088 ± 0,04 |
97,6% |
0,077 ± 0,05 |
97,8% |
|
B7 |
TSH lá mía |
0,16 |
3,483 ± 0,11 |
5,1% |
3,389 ± 0,16 |
1,0% |
|
B8 |
TSH lá mía |
0,50 |
2,038 ± 0,02 |
44,5% |
1,943 ± 0,04 |
43,3% |
|
B9 |
TSH lá mía |
1,00 |
0,735 ± 0,13 |
80,0% |
0,680 ± 0,11 |
80,1% |
|
B10 |
TSH lá mía |
2,50 |
0,014 ± 0,00 |
99,6% |
0,010 ± 0,01 |
99,7% |
|
B11 |
TSH lá mía |
5,00 |
0,000 ± 0,00 |
100,0% |
0,000 ± 0,00 |
100,0% |
|
B12 |
TSH lá mía |
10,00 |
0,000 ± 0,00 |
100,0% |
0,000 ± 0,00 |
100,0% |
|
ANOVA |
|
|
p < 0,001 |
|
p < 0,001 |
|
So với đối chứng, hiệu quả xử lý độ chua trao đổi và nhôm trao đổi của A1 và A7 không có sự thay đổi rõ rệt. B8 đã giảm độ chua trao đổi xuống 2,038 cmol/kg và Al trao đổi xuống 1,943 ± 0,04 cmol/kg. Từ B9 trở đi, hiệu quả xử lý rõ ràng hơn, B10 gần như triệt tiêu độ chua trao đổi và Al trao đổi, còn B11–B12 đưa cả hai chỉ tiêu về 0,000 cmol/kg.
Đối với lá mía ban đầu B1–B6, độ chua trao đổi và Al trao đổi cũng giảm theo tỷ lệ bổ sung. Sau 180 ngày, B1 gần như không cải thiện so với CK, ở các nghiệm thức cao hơn thì hiệu quả xử lý cũng tốt hơn, như B5 còn độ chua trao đổi 0,345 cmol/kg và Al trao đổi 0,277 cmol/kg, trong khi B6 gần như triệt tiêu hai chỉ tiêu này.
Nhiều nghiên cứu cho rằng than sinh học được xem là vật liệu có tiềm năng “bón vôi sinh học”; hiệu quả cải tạo đất chua chủ yếu đến từ sự hòa tan của carbonate và oxide/hydroxide trong phần tro khoáng, cùng với sự tham gia của vi sinh vật và bề mặt biochar (Bolan, 2023; Chintala, 2013; Shetty, 2020).
3.2. Cơ chế cải tạo đất chua của than sinh học lá mía
3.2.1. Sự biến đổi canxi trao đổi, magie trao đổi của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
|
|
|
|
a. Mg trao đổi |
b. Ca trao đổi |
Hình 3.2. Hàm lượng Ca trao đổi và Mg trao đổi trong đất có bổ sung than sinh học lá mía và lá mía theo thời gian
Kết quả cho thấy than sinh học lá mía làm tăng Ca trao đổi, Mg trao đổi rõ rệt so với đối chứng. Sau 180 ngày, Mg trao đổi tăng từ 0,07 ở CK lên 0,83 ở B10 và 1,73 cmol(½Mg²⁺)/kg ở B12, Ca trao đổi tăng từ 0,83 ở B7 lên 13,04 cmol(½Ca²⁺)/kg ở B12. Như vậy, than sinh học lá mía là nguồn bổ sung Ca, Mg đáng kể cho đất chua.
Mg²⁺ , Ca²⁺ là các cation bazơ quan trọng, có thể thay thế H⁺ và Al³⁺ trên phức hệ hấp phụ đất, từ đó làm giảm độ chua trao đổi và tăng độ bão hòa bazơ. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu về biochar từ sinh khối mía, khi Aluthge et al. ghi nhận biochar nguồn gốc mía cải thiện pH, cation bazơ trao đổi và CEC của đất chua (Aluthge, 2025). Các nghiên cứu về đặc tính biochar thực vật cũng cho thấy quá trình nhiệt phân ở khoảng nhiệt độ trung bình có thể làm tăng hàm lượng kim loại kiềm và kiềm thổ như Mg và Ca, là các yếu tố quan trọng trong cải tạo đất chua (Ngo, 2023).
3.2.2. Sự biến đổi dung tích trao đổi cation CEC của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
.jpg)
Hình 3.3. Ảnh hưởng của than sinh học lá mía tới CEC của đất theo thời gian
So với đối chứng, các công thức B7–B9 có CEC thấp, không có sự khác biệt rõ ràng. Tuy nhiên, tại B10, B11 và B12 lần lượt đạt 10,65 ; 12,87 và 15,81 cmol(+)/kg, cho thấy hiệu quả rõ rệt của than sinh học lá mía khi bổ sung ở liều lượng cao.
Khi so sánh với nhóm lá mía B1–B6, CEC của than sinh học (công thức A7-A10) thấp hơn hoặc gần tương đương vật liệu gốc. Ở mức bổ sung cao (B11 và B12), CEC của TSH lá mía thể hiện ưu thế rõ hơn, điều này cho thấy quá trình nhiệt phân lá mía có thể tạo vật liệu có khả năng cải thiện CEC khi lượng bón đủ lớn.
Than sinh học lá mía có tác động tích cực đến CEC của đất chua, sự gia tăng CEC góp phần cải thiện khả năng giữ cation bazơ, hỗ trợ nâng pH, giảm độ chua trao đổi và giảm độc Al trong đất chua.
3.2.3. Sự biến đổi carbon hữu cơ của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của than sinh học lá mía đến sự tích lũy carbon hữu cơ trong đất
Đơn vị: g/kg
|
Công thức |
Vật liệu |
Tỷ lệ (%) |
15 ngày |
30 ngày |
60 ngày |
180 ngày |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
CK |
Không |
0 |
6,19 ± 0,24f |
5,97 ± 1,27h |
5,87 ± 1,09g |
5,86 ± 0,54g |
|
B7 |
TSH rơm rạ |
0,16 |
7,35 ± 0,08f |
7,85 ± 0,47h |
7,27 ± 0,54f |
7,37 ± 0,06g |
|
B8 |
TSH rơm rạ |
0,50 |
9,66 ± 0,16e |
10,16 ± 0,23h |
8,84 ± 0,13f |
8,76 ± 0,55g |
|
B9 |
TSH rơm rạ |
1,00 |
13,68 ± 0,45e |
13,52 ± 0,52g |
12,21 ± 0,68f |
12,07 ± 0,29f |
|
B10 |
TSH rơm rạ |
2,50 |
21,86 ± 0,73d |
21,35 ± 1,97f |
21,64 ± 1,30e |
20,51 ± 0,41e |
|
B11 |
TSH rơm rạ |
5,00 |
37,46 ± 1,10c |
35,79 ± 0,30d |
35,37 ± 0,59d |
35,40 ± 0,36c |
|
B12 |
TSH rơm rạ |
10,00 |
69,68 ± 4,00a |
67,56 ± 1,81a |
64,04 ± 7,33a |
62,89 ± 1,16a |
Lưu ý: Trong cùng một cột, các chữ cái khác nhau biểu thị sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức p < 0,05.
Sau 180 ngày, carbon hữu cơ ở B7 đạt 7,37 g/kg, trong khi B11 và B12 lần lượt đạt 35,40 và 62,89 g/kg. B12 là công thức có hàm lượng carbon hữu cơ cao nhất, cho thấy than lá mía có khả năng làm giàu carbon hữu cơ đất rất mạnh khi bón ở mức cao.
So với lá mía gốc, ở cặp B1–B7, than lá mía cao hơn lá mía ban đầu; ở cặp B6–B12, B12 đạt 62,89 g/kg, cao hơn B6 = 60,54 g/kg. Điều này cho thấy quá trình nhiệt phân không chỉ làm giảm khối lượng vật liệu mà còn làm giàu phần carbon bền, giúp vật liệu sau đốt có khả năng đóng góp carbon ổn định hơn vào đất.
Than lá mía khi bổ sung vào đất chua vừa cung cấp carbon bền, vừa bổ sung Ca²⁺ và Mg²⁺, đồng thời làm tăng CEC thông qua bề mặt xốp và các nhóm chức mang điện âm. Các cation bazơ này có thể cạnh tranh và thay thế H⁺/Al³⁺ trên phức hệ hấp phụ, góp phần giảm độ chua trao đổi và độc Al. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu về biochar nguồn gốc mía, trong đó biochar bã mía được ghi nhận có khả năng tăng OC, pH, CEC và các cation bazơ trong đất trồng mía (Hu L. , 2023; Ferreira, 2024).
3.2.4. Sự biến đổi khả năng đệm axit, bazơ của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
a. Sự biến đổi khả năng đệm axit của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
Khi bổ sung HCl 0,1M từ 0–6 mL, pH đất ở tất cả các công thức đều giảm, cho thấy đất chịu tác động axit hóa rõ rệt.

Hình 3.4. Khả năng đệm axit của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
So với đối chứng, công thức B1 và B7 có pH sau 6 mL HCl lần lượt là 2,08 và 2,10, gần tương đương với CK. Hiệu quả cải thiện rõ hơn ở các công thức có mức than sinh học cao hơn, đặc biệt ở công thức B12 vẫn duy trì ở mức 6,71. Điều này cho thấy than sinh học lá mía giúp đất chống chịu tốt hơn trước tác động axit hóa.
Về cơ chế, khả năng đệm axit tăng có thể liên quan đến tro kiềm, carbonate, oxide/hydroxide và các cation bazơ như Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ trong than sinh học. Các thành phần này có khả năng trung hòa H⁺, thay thế H⁺/Al³⁺ trên keo đất, làm tăng pH và giảm độc Al. Cơ chế này phù hợp với các nghiên cứu cho rằng biochar có thể cải thiện đất chua thông qua tăng pH, tăng khả năng đệm axit, tăng CEC và giảm Al trao đổi trong đất chua (Liu S. , 2025; Dvořáčková, 2022; Aluthge, 2025).
b. Sự biến đổi khả năng đệm bazơ của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
Khi bổ sung NaOH 0,1 M từ 0 đến 6 mL, pH đất ở tất cả các công thức đều tăng, phản ánh tác động kiềm hóa trực tiếp.

Hình 3.5. Khả năng đệm bazơ của đất dưới tác động của than sinh học lá mía
So với đối chứng, công thức B1 và B7 có mức tăng pH gần như tương đương lần lượt là +5,05 và +5,07. Khi mức bổ sung than sinh học tăng, biên độ tăng pH giảm rõ rệt, cụ thể: B9 tăng +4,67, B11 tăng +3,35, và B12 chỉ tăng +2,10 đơn vị pH. Công thức B11 và B12 thể hiện khả năng đệm bazơ tốt nhất, nhưng trong ứng dụng thực tế cần kiểm soát liều lượng để tránh nâng pH đất quá cao, ảnh hưởng tới cây trồng.
Than sinh học lá mía cải thiện khả năng đệm bazơ thông qua việc tăng CEC, bổ sung bề mặt hấp phụ, tăng nhóm chức chứa oxy và tăng khả năng điều hòa phản ứng proton hóa–khử proton trên bề mặt vật liệu. Các nhóm chức như –COOH, –OH phenolic và –COO⁻ có thể tham gia điều hòa H⁺/OH⁻, giúp đất ít biến động pH hơn khi chịu tác động của kiềm. Đồng thời, thành phần tro, carbonate, oxide/hydroxide và các cation bazơ như Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ trong biochar cũng góp phần làm tăng pH nền và khả năng đệm của đất chua (Liu S. , 2025; Arwenyo, 2023).
3.2.5. Sự thay đổi đặc tính lý hóa của than sinh học từ lá mía trước và sau khi bón vào đất
a. SEM
|
|
|
|
|
a. Trước bổ sung vào đất |
b. Sau bổ sung vào đất 30 ngày |
c. Sau bổ sung vào đất 90 ngày |
Hình 3.6. Ảnh SEM của than sinh học lá mía trước và sau khi bổ sung vào đất
Trước khi bổ sung vào đất, than sinh học lá mía vẫn giữ cấu trúc đặc trưng của mô thực vật sau nhiệt phân, gồm các mảnh dạng phiến, rãnh dọc và các lỗ rỗng lớn không đồng nhất.
Sau khi bón vào đất, TSH lá mía thể hiện rõ quá trình già hóa với sự xuất hiện của khe nứt, rãnh sâu, bong tách lớp và nhiều vùng lỗ dạng tổ ong. Đặc điểm này giống với nghiên cứu của Aluthge và công sự về biochar từ sinh khối mía, quá trình nhiệt phân giải phóng chất bay hơi do phân hủy cellulose, hemicellulose và lignin, từ đó tạo vết nứt và tăng độ xốp (Aluthge, 2025).
Sự phát triển của khe nứt, lỗ rỗng và bề mặt thô ráp ở của than sinh học lá mía sau khi bón vào đất có thể làm tăng khả năng tiếp xúc giữa than và dung dịch đất. Các bề mặt mới này có thể tham gia giữ H⁺, hấp phụ hoặc tạo phức với Al³⁺, đồng thời giữ các cation kiềm như Ca²⁺, Mg²⁺ và K⁺.
b. EDS
Bảng 3. 3. EDS thành phần nguyên tố trên bề mặt than sinh học lá mía
trước và sau khi bón vào đất
|
Chỉ tiêu |
Trước bón vào đất |
Sau bón vào đất 30 ngày |
Sau bón vào đất 90 ngày |
|---|---|---|---|
|
C (%) |
41,39 ± 18,91 |
60,79 ± 0,73 |
67,40 ± 4,31 |
|
O (%) |
32,79 ± 5,19 |
31,16 ± 2,84 |
27,97 ± 6,91 |
|
Mg (%) |
0,46 ± 0,16 |
0,40 ± 0,35 |
0,17 ± 0,04 |
|
Al (%) |
0,21 ± 0,37 |
KPH |
KPH |
|
Si (%) |
9,96 ± 16,39 |
3,62 ± 3,06 |
1,39 ± 1,44 |
|
S (%) |
0,24 ± 0,09 |
1,50 ± 0,41 |
0,92 ± 0,63 |
|
Cl (%) |
0,65 ± 0,36 |
0,15 ± 0,03 |
0,33 ± 0,42 |
|
K (%) |
7,10 ± 0,47 |
1,15 ± 1,29 |
0,60 ± 0,59 |
|
Ca (%) |
7,21 ± 12,48 |
1,23 ± 0,77 |
1,21 ± 0,98 |
Kết quả EDS cho thấy bề mặt than sinh học lá mía sau khi bổ sung vào đất có xu hướng giàu C hơn theo thời gian, tăng từ 41,39% ở lên 67,40%. Hàm lượng O vẫn duy trì ở mức khá cao 27,97–32,79%, cho thấy bề mặt than còn nhiều nhóm chức chứa oxy, có khả năng tham gia hấp phụ H⁺, Al³⁺ và tăng vị trí trao đổi cation trong đất chua. Nhiều nghiên cứu về EDS/EDX của than sinh học lá mía ghi nhận phổ EDX của biochar lá mía có sự hiện diện của các nguyên tố C, O, Mg, Si, K và Ca (SHI, 2019; Thangaraj, 2023).
Sau khi bón vào đất, hàm lượng các nguyên tố vi lượng có sự thay đổi lớn, cụ thể: K giảm mạnh từ 7,10% xuống 0,60%, trong khi Ca vẫn được phát hiện ở các giai đoạn sau bón. Điều này cho thấy một phần K⁺ có thể được giải phóng, trao đổi vào dung dịch đất, còn Ca²⁺ và Mg²⁺ có thể tham gia trung hòa H⁺, thay thế Al³⁺ trên keo đất và góp phần làm giảm độ chua trao đổi.
c. FIRT

Hình 3.7. Phổ FTIR của than sinh học lá mía trước và sau khi bón vào đất
Sau khi than sinh học từ lá mía bổ sung vào đất, đỉnh tại 3412,14 cm⁻¹ dịch xuống 3385,72 cm⁻¹, cho thấy sự thay đổi của nhóm –OH và liên kết hydro trên bề mặt than. Đỉnh 2924,13 cm⁻¹ đặc trưng cho dao động của liên kết C–H của nhóm hydrocarbon mạch không còn rõ ở than sinh học sau khi bón vào đất, cho thấy các thành phần này kém bền có thể bị phân hủy, rửa trôi hoặc oxy hóa trong quá trình ủ đất.
Sự xuất hiện của đỉnh 1694,54 cm⁻¹ ở than sau khi bón vào đất là dấu hiệu quan trọng cho thấy quá trình già hóa đã làm tăng các nhóm C=O/carboxyl trên bề mặt than. Cao et al. cũng ghi nhận quá trình già hóa làm thay đổi pH, thành phần nguyên tố, diện tích bề mặt, thể tích lỗ rỗng và nhóm chức bề mặt của biochar theo thời gian ủ (Cao, 2017).
Sự chuyển dịch các đỉnh thấp tại 614,05 và 466,79 cm⁻¹ gợi ý sự tương tác của than với khoáng đất, đặc biệt là các liên kết dạng Fe–O, Al–O hoặc Si–O–Al. Điều này phù hợp với bản chất của biochar sau khi đi vào đất, phần carbon thơm tương đối bền, trong khi các nhóm bề mặt và hợp phần aliphatic dễ biến đổi hơn. Nghiên cứu về biochar biến tính cũng gán các dải rộng dưới 700 cm⁻¹ cho dao động uốn Al–OH hoặc các liên kết khoáng kim loại–O (Kang, 2023).
Những biến đổi FTIR này cho thấy bề mặt than lá mía sau khi bổ sung vào đất đã bị già hóa theo hướng tăng tính oxy hóa và tăng số vị trí phản ứng. Kết quả FTIR góp phần củng cố nhận định rằng than lá mía không chỉ cải thiện độ chua đất nhờ thành phần kiềm ban đầu, mà còn thông qua quá trình biến đổi bề mặt trong đất.
d. BET
Bảng 3. 4. Đặc điểm BET của than sinh học lá mía trước và sau khi bón vào đất
|
Mẫu |
Diện tích bề mặt BET (m²/g) |
Tổng thể tích lỗ rỗng (cm³/g) |
Thể tích vi mao quản (cm³/g) |
Đường kính lỗ rỗng TB (nm) |
Loại lỗ xốp |
|---|---|---|---|---|---|
|
Trước bón vào đất |
1,7602 |
0,007743 |
0,000360 |
17,5946 |
Mao quản TB |
|
Bón vào đất sau 30 ngày |
2,5131 |
0,011422 |
0,000762 |
18,1792 |
Mao quản TB |
|
Bón vào đất sau 30 ngày |
2,6949 |
0,011883 |
0,000799 |
17,6382 |
Mao quản TB |
Kết quả BET cho thấy than sinh học lá mía có diện tích bề mặt riêng thấp, tăng từ 1,7602 m²/g lên 2,6949 m²/g sau khi bón vào đất. Tổng thể tích lỗ rỗng tăng từ 0,007743 lên 0,011883 cm³/g cho thấy quá trình bón vào đất có thể làm bộc lộ thêm một phần lỗ xốp hoặc làm sạch các thành phần dễ hòa tan trên bề mặt than.
Thể tích vi mao quản tăng từ 0,000360 cm³/g lên 0,000799 cm³/g, điều này cho thấy hệ lỗ nhỏ có xu hướng phát triển rõ hơn sau quá trình già hóa trong đất. Dong và cộng sự ghi nhận biochar sau 5 năm già hóa ngoài đồng ruộng có diện tích bề mặt riêng tăng khoảng 98–114,3% so với TSH ban đầu, trong khi đường kính lỗ xốp trung bình giảm, phản ánh sự hình thành thêm các lỗ nhỏ trong quá trình già hóa (Dong X. , 2017).
So với các nghiên cứu khác, BET của than lá mía trong đề tài thấp hơn đáng kể. Kumar et al. (2022) ghi nhận than sinh học từ lá mía có BET đạt 235,17 m²/g, trong khi Kaewyai et al. (2023) cho thấy BET của than bã mía tăng từ 3,16 lên 587,47 m²/g khi nhiệt độ carbon hóa tăng từ 300 lên 800°C (Kumar, 2022; Kaewyai, 2023).
Nhìn chung, kết quả BET cho thấy than sinh học lá mía có cấu trúc chủ yếu là mao quản trung bình, với diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp tăng sau khi bổ sung vào đất. Sự phát triển này làm tăng khả năng tiếp xúc giữa biochar và dung dịch đất, qua đó hỗ trợ hấp phụ H⁺, giảm độc Al³⁺, giữ cation dinh dưỡng và góp phần cải thiện độ chua đất.
4. KẾT LUẬN
Than sinh học từ lá mía có đặc trưng lý hóa phù hợp để cải tạo đất chua, thể hiện qua cấu trúc carbon ổn định, bề mặt xốp, sự hiện diện của các nhóm chức chứa oxy và thành phần khoáng có khả năng tham gia vào quá trình trung hòa axit, trao đổi cation và cố định nhôm trong đất.
Than sinh học lá mía thể hiện hiệu quả cải thiện độ chua đất mạnh, pH đất ở nghiệm thức B11 đạt khoảng 6,84 và B12 đạt 8,17. Than sinh học lá mía cải tạo đất chua thông qua cơ chế tổng hợp gồm trung hòa H⁺, bổ sung các ion kiềm như Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, làm tăng pH đất, giảm độ chua trao đổi và hạn chế độc tính Al³⁺. Đồng thời, cấu trúc xốp, diện tích bề mặt và các nhóm chức bề mặt của than sinh học giúp hấp phụ, cố định Al³⁺, tăng dung tích trao đổi cation và cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng của đất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Aluthge, M. D. (2025). Sugarcane biomass-derived biochar for soil quality enhancement in sugarcane-growing soil. Carbon Research, 4:9
Arwenyo, B. (2023). Contribution of modified P-enriched biochar on pH buffering capacity of acidic soil. Journal of Environmental Management, 339: 117863.
Bin, S. (2024). Guangxi cultivated land. Guangxi : Guangxi Science & Technology Press.
Bolan, N. (2023). Soil acidification and the liming potential of biochar. Environmental Pollution, 317:12036.
Cao, T. (2017). Surface characterization of aged biochar incubated in different types of soil. BioResources, 12(3): 6366–6377.
Chintala. (2013). Effect of biochar on chemical properties of acidic soil. Archives of Agronomy and Soil Science, 60 (3).
Dong, X. (2017). Quantity and quality changes of biochar aged for 5 years in soil under field conditions. CATENA, 136-143.
Dvořáčková, H. (2022). Effect of different soil amendments on soil buffering capacity. PLoS One, 17(2):e0263456.
Ferreira. (2024). Biochar enhances soil interactions and the initial development of sugarcane. Sci Rep, 14: 27610.
Geng. (2022). Biochar mitigation of soil acidification and carbon sequestration is influenced by materials and temperature. Ecotoxicology and Environmental Safety, 232: 113241.
Hu, L. (2023). Effects of bagasse biochar application on soil organic carbon fixation in manganese-contaminated sugarcane fields. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 10 (46).
Kaewyai, J. (2023). Influence of biochar derived from sugarcane bagasse at different carbonization temperatures on anammox granular formation. International Biodeterioration & Biodegradation, Volume 185.
Kang, J.-K. (2023). Optimization of the Preparation Conditions of Aluminum-Impregnated Food Waste Biochar Using RSM with an MLP and Its Application in Phosphate Removal. Water, 15(16), 2997.
Kumar, M. (2022). Pyrolysis of Sugarcane (Saccharum officinarum L.) Leaves and Characterization of Products. ACS Omeg, 7(32):28052–28064.
Liu, S. (2025). The key role of biochar in amending acidic soil: reducing soil acidity and improving soil acid buffering capacity. Biochar, Volume 7, article number 52, (2025).
Ngo, D. N. (2023). Compositional characterization of nine agricultural waste biochars: The relations between alkaline metals and cation exchange capacity with ammonium adsorption capability. Journal of Environmental Chemical Engineering, 11 (3): 110003.
Shetty, R. (2020). Effect of different biochars on acid soil and growth parameters of rice plants under aluminium toxicity. Scientific Reports , 12249.
SHI, R.-y. (2019). Understanding the biochar's role in ameliorating soil acidity. Journal of Integrative Agriculture, 18 (7): 1508-1517.
Thangaraj, B. (2023). Synthesis of Graphene Oxide from Sugarcane Dry Leaves by Two-Stage Pyrolysis. Molecules , 28(8), 3329.
ThS. Dương Minh Ngọc

.jpg)
.jpg)


