Tiến sĩ chế tạo cảm biến đo ô nhiễm trong đất nông nghiệp

Cảm biến chỉ cần cắm vào đất, đo độ dẫn điện có thể xác định hàm lượng ion trong đất, từ đó xác định đất có bị "ngộ độc" hay không để có phương án cải tạo.

Hệ thống sensor điện hóa đo độ dẫn điện xác định ô nhiễm của đất nông nghiệp do dư lượng phân bón do PGS.TS Phạm Hồng Phong, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa chế tạo thành công.

TS Phong cho biết, hệ đo gồm 12 điện cực ở các độ sâu khác nhau, mỗi sensor có bốn điện cực. Các điện cực được thiết kế gắn với sensor đặt ở ba độ sâu khác nhau (sát mặt đất, vùng rễ cây và vùng dưới rễ). Mục đích xác định sự dịch chuyển của phân bón từ lúc được đưa xuống đất cho đến lúc rửa trôi.

Các cảm biến có thể xác định được khoảng thời gian nào phân bón sẽ xuống đến rễ, thời điểm nào cây sẽ hấp thu lượng phân bón, hấp thu bao nhiêu, còn lại bao nhiêu bị rửa trôi.

Để xác định được các thông số, chỉ cần cắm các sensor xuống đất xung quanh cây trồng. Độ sâu của sensor tùy thuộc vào mục đích đo. Mỗi sensor chỉ đo được tại vị trí đặt, đối với diện tích rộng lớn, sẽ cần đến nhiều sensor.

Thử nghiệm trên ruộng lúa tại Đông Anh, Hà Nội. Ảnh: NVCC

Theo TS Phong, hiện người nông dân sử dụng phân bón cho cây trồng theo kinh nghiệm mà không theo công thức chuẩn. Do đó tình trạng lạm dụng phân bón diễn ra ở nhiều nơi. Họ không biết rằng trên thực tế, cây chỉ hấp thụ khoảng 10-15% lượng phân bón, số còn lại 70-79% bị rửa trôi. Lượng phân bón dư thừa sẽ gây ô nhiễm nước mặt, nước ngầm. Đạm dư thừa trong đất sẽ chuyển thành dạng nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-), là những dạng gây độc trực tiếp cho động vật thủy sinh và gây hại cho sức khỏe con người thông qua việc sử dụng nguồn nước hay các sản phẩm trồng trọt.

Thiết bị của nhóm nghiên cứu không chỉ giúp việc xác định độ dẫn điện của đất diễn ra ở nhiều tầng sâu khác nhau và các điểm bón phân khác nhau. "Đây là một kỹ thuật đo mới. Trên thị trường chưa có thiết bị đo độ dẫn điện nào có khả năng đo đồng thời độ dẫn điện của đất", TS Phong nói và cho biết, từ việc đánh giá mức độ dư thừa của phân bón trong đất, có thể dự báo được khả năng sử dụng hiệu quả phân bón đối với các loại đất và cây trồng khác nhau.

Hình ảnh sensor đo đạc tại Đông Anh, Hà Nội. Ảnh: NVCC

Thiết bi đã được thử nghiệm tại vùng trồng lúa ở Đông Anh (Hà Nội), Hải Dương và vườn cây trong khuôn viên Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả cho thấy, sensor đọc chính xác các thông số đặt ra theo yêu cầu trước và sau khi bón phân cho cây lúa. Từ thử nghiệm này, nhóm thấy rằng quá trình chuyển hóa của phân bón ở các loại đất là khác nhau. Điều này đồng nghĩa, khả năng hấp thụ phân bón của cây cũng khác nhau theo loại đất, loại cây trồng, thời tiết mùa vụ...

Thử nghiệm đo chất lượng đất vườn cây ăn quả tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Ảnh: NVCC

Ông Phong cho biết, từ nghiên cứu này, có thể tính ra những công thức tối ưu trong sử dụng phân bón cho từng vùng, từng cây trồng. Không chỉ ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, các sensor này còn có thể sử dụng để đo hệ nước, kiểm soát các chỉ số xâm nhập mặn của Đồng bằng sông Cửu Long, đánh giá các vùng hoàn nguyên trong khai khoáng mỏ... Thời gian tới, nhóm tiếp tục hoàn thiện sản phẩm như có thể đo ở nhiều loại đất khác nhau (kể cả đất cứng, đất vùng đối núi...) và phát triển nhiều kênh hơn để đo trên diện tích rộng hơn.

TS Lê Tất Khương, nguyên Viện trưởng Viện Nghiên cứu và phát triển vùng, Bộ Khoa học và Công nghệ cho biết, hiện nay để xác định các thành tố có trong đất, phải lấy mẫu đưa vào phòng thí nghiệm, sử dụng các thiết bị chuyên dụng để phân tích.

Ở những vùng canh tác nông nghiệp sau một thời gian nhất định (có thể một hoặc hai, ba năm) phải đánh giá chất lượng đất. Mục đích để xác định các khả năng ngộ độc của đất do sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật, xem tồn dư kim loại nặng là bao nhiêu, các cảnh báo nào cần đưa ra.

Theo TS Khương, việc sáng tạo ra sensor đo ô nhiễm trong đất nông nghiệp đáp ứng nhu cầu hiện nay. Đây là một phương pháp mới tại Việt Nam. Khi đưa sensor xuống đất có thể biết ngay các chỉ số mà không cần phải quy trình lấy mẫu về phòng thí nghiệm. Đây là một cải tiến rất hữu ích, tiết kiệm rất nhiều so với phương pháp cũ, không tốn nhân lực, phòng thí nghiệm, hóa chất... để phân tích. "Hy vọng nhóm sẽ có những đánh giá cụ thể để triển khai rộng rãi", ông Khương nói.

Tô Hội