Chất hữu cơ tự nhiên

Trang này chỉ bàn về chất hữu cơ, các thuật ngữ về phân bón xem tại phân bón (định hướng)

Chất hữu cơ là hợp chất hữu cơ được sử dụng trong nông nghiệp, được hình thành từ phân người, phân động vật, lá và cành cây, than bùn, hoặc các chất hữu cơ khác được loại bỏ từ nhà bếp. Chất hữu cơ đóng góp vào độ phì nhiêu của đất bằng cách cung cấp chất hữu cơ và dinh dưỡng như nitơ cho vi khuẩn, nấm và các sinh vật khác trong đất. Sau đó, các sinh vật cao cấp hơn ăn các loài nấm và vi khuẩn này trong chuỗi thức ăn, tạo thành mạng lưới thức ăn trong đất.

Lịch sử

Theo truyền thống của người Byzantine, phân lợn thường không được sử dụng làm phân bón, ngoại trừ cho cây hạnh nhân. Quan điểm này cũng được Columella, một nhà nông học La Mã, ghi lại. Tuy nhiên, nhà văn Andalusia thời Trung cổ Ibn Bassal và một số nhà văn sau này từ Yemen cũng ghi lại tác động tiêu cực của phân lợn đối với cây trồng, bao gồm 'đốt cháy' cây.

Ibn Bassal đã miêu tả một loại phân chuồng hỗn hợp với rơm hoặc với những gì được dọn dẹp thành 'mudaf'. Ông cho rằng loại phân này không chỉ được tạo ra từ phân chuồng mà còn từ phân từ các bồn tắm nóng, bao gồm cả nước tiểu và chất thải của con người, mà Ibn Bassal miêu tả là khô và mặn, không phù hợp để sử dụng làm phân bón trừ khi trộn với phân chuồng.

Ibn Bassal cũng đưa ra hai công thức cho việc ủ phân từ phân bón chim bồ câu ('hamam') và có thể là phân lừa ('himar'). Ông cho rằng nhiệt độ và độ ẩm quá mức của phân chim bồ câu làm cho nó phù hợp với những cây yếu hơn và ít cứng cáp hơn, đặc biệt là những cây bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ lạnh.

Các loại

Vào thế kỷ 21, có ba loại phân bón chính được sử dụng trong quản lý đất:

Phân động vật

Hầu hết phân động vật bao gồm phân. Các loại phân động vật phổ biến bao gồm phân chuồng (FYM) hoặc phân hầm (phân lỏng). Phân chuồng (FYM) cũng chứa vật liệu thực vật (thường là rơm rạ), được sử dụng làm chất độn chuồng cho vật nuôi và đã hấp thụ phân và nước tiểu. Phân nông nghiệp ở dạng lỏng, được gọi là phân hầm, được sản xuất bởi các hệ thống chăn nuôi thâm canh hơn, nơi sử dụng bê tông hoặc thanh slats thay vì chất độn chuồng bằng rơm rạ. Phân từ các loài động vật khác nhau có chất lượng khác nhau và yêu cầu tỷ lệ bón khác nhau khi sử dụng làm phân bón. Ví dụ, phân ngựa, phân bò, phân lợn, phân cừu, phân gà, phân gà tây, phân thỏ và phân guano từ chim biển và dơi đều có đặc tính khác nhau. Ví dụ, phân cừu giàu nitơ và kali, trong khi phân lợn tương đối thấp cả hai. Ngựa chủ yếu ăn cỏ và một số loại cỏ dại nên phân ngựa có thể chứa hạt cỏ và cỏ dại, vì ngựa không tiêu hóa hạt giống theo cách mà gia súc làm. Phân bò là một nguồn nitơ và carbon hữu cơ tốt. Phân gà, đến từ một con chim, rất giàu nitơ và phốt pho và được đánh giá cao vì cả hai đặc tính này.

Phân động vật có thể bị pha tạp hoặc nhiễm bẩn với các sản phẩm động vật khác, chẳng hạn như len (shoddy và các loại lông khác), lông vũ, máu và xương. Thức ăn chăn nuôi có thể bị trộn lẫn với phân do bị đổ. Ví dụ, gà thường được cho ăn bột thịt và xương, một sản phẩm động vật, có thể bị trộn lẫn với phân gà.

Phân compost

Phân compost là sản phẩm phân hủy của vật liệu hữu cơ. Thường là từ nguồn gốc thực vật nhưng có thể có phần phân động vật hoặc chất độn chuồng.

Lợi ích của phân compost bao gồm cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng dưới dạng phân bón, cân bằng pH đất, tăng hàm lượng mùn hoặc axit humic trong đất và thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật có lợi giúp giảm nguy cơ bệnh tật do đất gây ra.

Ở mức đơn giản nhất, quá trình ủ phân compost yêu cầu thu thập hỗn hợp các 'chất xanh' (rác thực vật) và 'chất nâu' (rác gỗ). Chất xanh là các vật liệu giàu nitơ như lá cây, cỏ và rác thực phẩm. Chất nâu là các vật liệu giàu carbon như thân cây, giấy và vụn gỗ. Các vật liệu này được phân hủy thành mùn trong quá trình kéo dài nhiều tháng. Quá trình ủ compost có thể được thực hiện qua nhiều bước, với các điều kiện về nước, không khí, carbon và nitơ được kiểm soát chặt chẽ. Việc cắt nhỏ vật liệu thực vật, cung cấp nước và bảo đảm thông khí thích hợp bằng cách lật định kỳ hỗn hợp trong đống mở hoặc 'windrows' giúp hỗ trợ quá trình phân hủy. Vi khuẩn, nấm và sinh vật ăn thối phân tiếp tục phân hủy vật liệu hữu cơ, đảm bảo quá trình hóa học liên tục.

Quá trình ủ phân là một phần quan trọng trong việc quản lý chất thải, vì thực phẩm và các vật liệu ủ phân khác chiếm khoảng 20% lượng chất thải trong bãi rác, và do điều kiện thiếu khí, những vật liệu này mất nhiều thời gian hơn để phân hủy sinh học trong bãi rác. Ủ phân là một giải pháp thân thiện với môi trường hơn so với việc đưa vật liệu hữu cơ vào bãi rác vì nó giảm thiểu phát thải methane do điều kiện thiếu khí và mang lại lợi ích kinh tế và môi trường. Ví dụ, phân ủ có thể được sử dụng để cải tạo đất và khôi phục vùng đất ngập nước, và phủ bãi rác.

Phân người, được gọi là 'humanure' trong ngữ cảnh ủ phân, có thể được thêm vào như một nguồn tài nguyên cho quá trình ủ phân vì nó là một vật liệu hữu cơ giàu dinh dưỡng. Nitơ, đóng vai trò như một phần quan trọng trong việc tạo ra axit amin thực vật, được tìm thấy trong chất thải rắn của con người. Phốt pho, giúp cây chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng dưới dạng ATP, cũng có thể được tìm thấy trong chất thải lỏng của con người.

Chất thải rắn từ con người có thể được thu thập trực tiếp từ hệ thống nhà vệ sinh ủ phân hoặc gián tiếp dưới dạng bùn thải sau khi qua xử lý tại nhà máy xử lý nước thải. Cả hai quy trình đều đòi hỏi thiết kế vững chắc để quản lý rủi ro sức khỏe. Đối với việc ủ phân tại gia đình, nhiều loài vi sinh vật như vi khuẩn, vi rút và giun ký sinh có thể có mặt trong phân và sự xử lý không đúng cách có thể gây nguy hại cho sức khỏe. Đối với các cơ sở xử lý nước thải quy mô lớn, thu thập nước thải từ nhiều nguồn, cả thương mại và công nghiệp, có nhiều yếu tố phải cân nhắc. Bùn thải lắng sau khi qua xử lý, gọi là biosolids, có thể bị nhiễm bẩn bởi nhiều kim loại và hợp chất dược phẩm. Việc xử lý biosolids không đúng cũng có thể dẫn đến các vấn đề khi sử dụng vật liệu này làm phân bón.

Nước tiểu có thể được thêm vào trong quá trình ủ phân hoặc sử dụng trực tiếp làm phân bón. Thêm nước tiểu vào đống phân ủ có thể tăng nhiệt độ, giúp tiêu diệt mầm bệnh và hạt giống không mong muốn. Không giống như phân bón, nước tiểu không thu hút ruồi truyền bệnh (như ruồi nhà hoặc ruồi xanh), và nó không chứa các mầm bệnh cứng cáp như trứng giun ký sinh.

Phân xanh là một loại phân bón được sản xuất từ các cây trồng được trồng với mục đích chính là làm giàu đất, thường thông qua việc cung cấp chất dinh dưỡng và chất hữu cơ. Các cây họ đậu như cỏ ba lá thường được sử dụng, vì chúng có khả năng cố định nitơ bằng vi khuẩn Rhizobia ở cấu trúc rễ.

Vật liệu thực vật được sử dụng để sản xuất phân xanh bao gồm nội dung của dạ cỏ từ các động vật nhai lại bị giết mổ, ngũ cốc đã qua sử dụng (còn sót lại từ việc ủ bia) và tảo biển.

Quản lý phân xanh không đúng cách hoặc thiếu đầu vào hóa học bổ sung có thể giới hạn sản lượng cây trồng. Trộn phân xanh vào đất mà không có đủ thời gian trước khi trồng cây có thể ngăn chặn dòng chảy nitơ (khử nitơ). Khi nitơ bị khóa, sẽ không đủ chất dinh dưỡng cho vụ trồng cây tiếp theo.

Các hệ thống canh tác có thời gian sinh trưởng ngắn cho phân xanh thường không hiệu quả. Nông dân cần cân nhắc chi phí của phân xanh so với năng suất để xác định tính phù hợp.

Việc sử dụng phân xanh trong canh tác yêu cầu tính toán kỹ lưỡng về chi phí và hiệu quả để đảm bảo tối đa hóa lợi ích cho cây trồng.

Công dụng

Phân động vật

Phân chuồng động vật, ví dụ như phân gà và phân bò, đã được sử dụng hàng thế kỷ làm phân bón cho nông nghiệp. Nó có thể cải thiện cấu trúc đất (kết tụ) để đất giữ được nhiều chất dinh dưỡng và nước hơn, do đó đất trở nên màu mỡ hơn. Phân chuồng động vật cũng khuyến khích hoạt động của vi sinh vật trong đất, giúp thúc đẩy cung cấp vi lượng khoáng cho đất, cải thiện dinh dưỡng cho cây trồng. Nó cũng chứa một số nitơ và các chất dinh dưỡng khác giúp cây trồng phát triển.

Mùi hôi là một vấn đề rõ ràng và quan trọng đối với phân chuồng động vật. Các thành phần trong phân lợn bao gồm các axit carboxylic có trọng lượng phân tử thấp như axit acetic, propionic, butyric và valeric. Các thành phần khác bao gồm skatole và trimethylamine.

Phân chuồng động vật có mùi khá khó chịu (như phân lợn từ chăn nuôi thâm canh) thường được tiêm trực tiếp vào đất để giảm mùi hôi phát ra. Phân lợn và bò thường được rải trên cánh đồng bằng máy rải phân chuồng. Do hàm lượng protein trong chất hữu cơ tương đối thấp, phân động vật ăn cỏ có mùi nhẹ hơn phân của động vật ăn thịt hoặc động vật ăn tạp. Tuy nhiên, phân loãng động vật ăn cỏ đã trải qua quá trình lên men kỵ khí có thể phát triển mùi khó chịu hơn và đây có thể là vấn đề ở một số vùng nông nghiệp. Phân gia cầm có hại cho cây trồng khi còn tươi, nhưng sau một thời gian ủ phân thì sẽ là loại phân bón có giá trị.

Phân chuồng cũng được ủ và đóng gói thương mại và được bán như một chất cải thiện đất.

Vào năm 2018, các nhà khoa học Áo đã đưa ra một phương pháp sản xuất giấy từ phân voi và phân bò.

Phân động vật khô được sử dụng làm nhiên liệu ở nhiều quốc gia trên thế giới. Phân động vật khô đã được sử dụng từ thời tiền sử, bao gồm ở Ba Tư cổ đại và Anh Quốc đầu thời hiện đại. Ở Guinea Xích đạo, bằng chứng khảo cổ đã được tìm thấy về việc sử dụng phân động vật và phân người làm nhiên liệu, và các ghi chép trong Kinh thánh cũng chỉ ra rằng phân động vật và phân người đã được sử dụng làm nhiên liệu.

Vấn đề

Bất kỳ lượng phân chuồng động vật nào cũng có thể là nguồn gây bệnh hoặc vi sinh vật làm hỏng thực phẩm, có thể được mang theo bởi ruồi, gặm nhấm hoặc một loạt các sinh vật trung gian khác và gây bệnh hoặc làm nguy hiểm an toàn thực phẩm.

Trong sử dụng đất nông nghiệp thâm canh, phân chuồng động vật thường không được sử dụng có mục tiêu như phân bón khoáng, do đó, hiệu quả sử dụng nitơ thấp. Phân chuồng động vật có thể trở thành vấn đề về việc sử dụng quá mức ở các khu vực nông nghiệp thâm canh với số lượng gia súc cao và quá ít đất nông nghiệp sẵn có.

Khí nitrous oxide có thể được phát ra từ nhà kính và góp phần vào biến đổi khí hậu.

Thuốc kháng sinh trong chăn nuôi

Vào năm 2007, một nghiên cứu của Đại học Minnesota chỉ ra rằng các loại thực phẩm như ngô, rau diếp và khoai tây đã được phát hiện tích tụ kháng sinh từ đất được rải phân chuồng động vật có chứa các loại thuốc này.

Thực phẩm hữu cơ có thể có nhiều hoặc ít khả năng chứa kháng sinh hơn, tùy thuộc vào nguồn gốc và cách xử lý phân bón. Ví dụ, theo Tiêu chuẩn 4.7.38 của Soil Association, hầu hết nông dân trồng trọt hữu cơ đều có nguồn phân bón của riêng họ (do đó, thường không chứa dư lượng thuốc), hoặc sử dụng cây phân xanh để tăng độ phì nhiêu cho đất (nếu nông dân hữu cơ sử dụng bất kỳ loại phân bón không hữu cơ nào, thì thường phải ủ hoặc ủ phân để phân hủy bất kỳ dư lượng thuốc nào và loại bỏ bất kỳ vi khuẩn gây bệnh nào - Tiêu chuẩn 4.7.38, tiêu chuẩn canh tác hữu cơ của Soil Association). Mặt khác, như được phát hiện trong nghiên cứu của Đại học Minnesota, việc không sử dụng phân bón nhân tạo và do đó sử dụng phân bón độc quyền làm phân bón của nông dân hữu cơ có thể dẫn đến tích tụ kháng sinh đáng kể hơn trong thực phẩm hữu cơ.

Thu gom phân làm phân bón

Ở Việt Nam, việc thu gom phân làm phân bón đã có từ xa xưa, thời phong kiến vua Lê Thánh Tông đã ban cho câu đối ngày tết cho một người làm nghề thu gom phân:

Ý thơ cao cả, sự kiên định trong cuộc sống

Với ba chữ đạo, thành công trong mọi công việc.

Tạm dịch như sau:

Trang bị một bộ quần áo, đối mặt với những công việc khó khăn trong cuộc đời

Tìm kiếm ba thước kiếm, thu phục lòng tin của mọi người

Thời Pháp thuộc nhân viên Sở Thùng thường xuyên đi thu gom phân từng nhà (khu phố cổ Hà Nội vẫn còn hệ thống vệ sinh này), mang về sử dụng làm phân bón.