Nano Silic (nano Silica - SiO2) và ứng dụng của nano silic trong trồng trọt

Silic tích tụ trong cây dưới lớp biểu bì và tạo thành một lớp kép, làm cho lá cây dày hơn. Việc chuyển đổi từ Si(OH)4 thành SiO2 ở trong các tế bào của lá làm hạn chế nấm tiếp cận và do đó bảo vệ cây trồng khỏi bị nhiễm nấm. Những nghiên cứu trên cây dưa chuột cho thấy Silic làm tăng hoạt tính của các enzym chitinase, polyphenol oxidase, và peroxidase qua đó làm giảm tình trạng nhiễm nấm Pythium. Trên cây lúa và nhóm cây họ hòa thảo nói chung, nếu được bón đầy đủ và cân đối Silic với các nguyên tố dinh dưỡng khác chúng tôi thấy rằng sự tấn công của nấm blumeria graminis và nấm Pyricularia oryzae giảm hẳn so với đối chứng. Ngoài ra Silic không chỉ tạo ra sức đề kháng chống lại bệnh nấm mà còn hạn chế sự tấn công của sâu hại như sâu đục thân và rầy (sâu đục thân, nhện lá, sâu xanh, sâu tơ…).

Theo nhiều nghiên cứu gần gây Silic khi được kết hợp với Ca, Mg và Bo ở thời kỳ phân hóa mầm hoa, đậu quả non bằng phương pháp phun qua lá chúng tôi nhận thấy rằng cấu trúc hoa to khỏe hơn, đồng đều, hoa nở tập trung, đặc biệt trong điều kiện tự nhiên bất lợi (mưa kéo dài, ẩm cao, nhiệt độ cao) sức sống của hạt phấn kéo dài, nâng cao tỷ lệ đậu quả. Điều này được thấy rõ ở các mô hình sử dụng đối chứng trên cây có múi (cam, bưởi), cây bơ và cây sầu riêng. Ngoài ra silic còn có tác động làm giảm các triệu chứng do ngộ độc kim loại nặng và tình trạng thiếu vi lượng trên cây trồng khi được phun qua lá và tưới gốc (theo Epstein và các cộng sự nghiên cứu 2009).

Silic là một nguyên tố dinh dưỡng “không dùng lại”, tức là nó không thể di chuyển linh động giữa các bộ phận của cây(tức là không di chuyển từ được từ các bộ phận già sang các bộ phận còn non). Mặt khác trên đất canh tác thường thiếu Silic hữu hiệu (dạng dễ hấp thu) cho nên cây trồng nói chung thường bị thiếu Silic.

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng cây dưa leo, dưa lưới được trồng thủy canh trong dung dịch không chứa Zn thường xuất hiện các vết hoại tử trên lá (đốm lá). Tuy nhiên khi được xử lý Silic (vừa qua gốc, vừa qua lá) các vết hoại tử trên lá giảm hẳn so với đối chứng, bộ lá phát triển cân đối, xanh dày hơn, tỷ lệ nấm phấn trắng cũng giảm đáng kể.

Với bộ rễ, nồng độ citrate trong rễ giảm do thiếu Zn tuy nhiên khi cây được bón Silic đã làm tăng nồng độ citrat ở các cây thiếu Zn. Tương tự như vậy, nồng độ fumarate và shikimate trong rễ giảm trong các cây thiếu vi chất dinh dưỡng, trong khi bổ sung Si làm tăng nồng độ fumarate trong các cây bị thiếu Zn….

Việc nghiên cứu điều chế nano silica tại Việt Nam đã có nhiều nhóm khoa học nghiên cứu, nhưng mục đích của các tác giả là nghiên cứu điều chế nano silica để ứng dụng trong các ngành công nghiệp sơn và cao su và mới đạt ở quy mô sản xuất nhỏ. Chưa có một nghiên cứu nào hướng tới tạo nano silica làm chất dinh dưỡng cho cây trồng. Hơn nữa, cây trồng chỉ hấp thụ silic ở hai dạng duy nhất axit silicic [Si(OH)4 / H4SiO4 ] hoặc dạng ion của nó Si(OH )3O-, có ưu thế ở pH> 9, dung dịch có chứa ion Kali). Còn các dạng silica nano khác thì cây trồng không thể hấp thụ.

Si(OH)4 là axit silicic (H4SiO4) còn có tên acid orthosilicic. Nó là các hạt cơ bản để tạo nên các silica và chính nó là silica đơn giản nhất.

Một lần nữa cần phải khẳng định rằng, cây không hấp thụ được nano silica (SiO2.nH2O) khi nano silica đã bị mất nước, do đó theo như sơ đồ hình 1 cần tìm một phương pháp để tổng hợp nano silica dưới dạng Oligomers.

Hiện nay trên thị trường có một số sản phẩm phân bón silic. Trong đó, phân bón lá silic được sản xuất bằng phương pháp trao đổi ion với nồng độ cỡ ppm, do đó hiệu quả chưa cao. Một số công ty phân bón đã sản xuất phân bón gốc đi từ nước thủy tinh trên thị trường (Na2SiO3) 10% trộn với đất sét sau đó sấy và đóng bao, phương pháp này tạo cho phân bón có độ kiềm cao và dư nhiều ion natri (Na+)có hại cho cây, vì vậy chưa được áp dụng rộng rãi.

 Do đó, để sản xuất nano silica số lượng lớn (hàng chục tấn), chất lượng sản phẩm ổn định sử dụng làm chất dinh dưỡng cho cây đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm được một phương pháp tổng hợp mới, năng suất cao và tạo ra đúng dạng sản phẩm nano silica mà cây có thể hấp thụ được. Qua nhiều năm nghiên cứu và tổng quan các tài liệu, chúng tôi đã lựa chọn được phương pháp phù hợp để tổng hợp nano silic ứng dụng làm phân bón silic cho cây trồng.

 

 

Lưu ý: Chúng ta đã biết SiO2 được tìm thấy trong các mô của cây (lá, quả, thân). Tuy nhiên cây không thể hấp thu Silic dạng SiO2 mà chỉ hấp thu dạng ion Si(OH)3O- hoặc dạng H4SiO4 .Sau đó từ 1 trong 2 dạng này theo cơ chế hấp thu dinh dưỡng chủ động của cây (tiêu tốn ATP- còn gọi là ative transport) ==> Silic được chuyển qua hệ thống mạch Symplast (bản chất của mạch này chính là các sợi Liên Bào kết nối tế bào chất của các tế bào với nhau), sau cùng Silic vượt qua được vành đai Caspa và đi qua các nhóm tế bào nhu mô trung trụ rồi đi vào mạch dẫn đi đến các cơ quan dự trữ(củ, quả), thân lá, tại đây Si mới chuyển thành SiO2. Về lý thuyết cơ bản SiO2 không bao giờ vượt qua được một hệ thống mạch, mạng lưới phức tạp trong cây. Do đó cây không thể hấp thu SiO2 được cho dù là dạng nano. Từ dạng nano SiO2.nH2O muốn cây hấp thu được cần phải tổng hợp nano Silic ở dạng đơn giản nhất (H4SiO4 chẳng hạn).

Ứng dụng cơ bản của các chế phẩm chứa nano silic:

+ Làm phân bón: nano silic được sản xuất làm phân bón gốc và lá cho cây

+ Hạn chế tác hại của kim loại nặng đối với cây trồng, tăng cường sức đề kháng cho cây.

+ Nano silic làm giảm bức xạ nhiệt của ánh sáng mặt trởi khi tiếp xúc lên cây trồng. Một số nghiên cứu đánh giá trên cây bưởi diễn cho thấy Nano silic kết hợp với nano vi lượng (Ca, Mg, Zn) và PVP giúp giảm tối đa tình trạng cháy nám vỏ quả bưởi (nghiên cứu trên cây có múi giai đoạn 2012 – 2016).

+ Ứng dụng của nano silic và một số phân bón nano vi lượng trong việc chăm sóc cây có múi: Chống rụng quả, hạn chế nứt quả trên cam canh và bưởi hoàng.

+ Nghiên cứu quy trình sử dụng chế phẩm nano silic trên cây họ bầu bí (dưa leo, dưa lưới, dưa hấu): hạn chế hiện tượng nứt thân chảy nhựa, giảm tỷ lệ bệnh héo xanh vi khuẩn, chống nứt quả.

TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO NANOTECH

Tư vấn kỹ thuật, ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp:

ThS Phạm Công Khải - Hotline: 0976 804 678 * 0835 99 85 99

Email: nanobacsuper@gmail.com