Cải tạo cát san hô ở các đảo xa bờ thành đất trồng rau

Ảnh minh hoạ

Một nhóm nhà nghiên cứu trong nước đã ứng dụng công nghệ sinh học để cải tạo cát san hô nghèo dinh dưỡng ở các đảo xa bờ thành nền đất trồng rau hiệu quả.

Khu vực biển đảo, đặc biệt là các đảo xa bờ, có điều kiện địa lý và khí hậu đặc thù, với nền đất chủ yếu là cát san hô. Đây là loại vật liệu có thành phần cơ học thô (80–85% là cát), độ xốp thấp (37–38%), pH cao (8–9), rất nghèo dinh dưỡng và khả năng giữ nước kém, với độ trữ ẩm đồng ruộng (lượng nước đất giữ lại cho cây sau khi thấm đẫm) chỉ đạt khoảng 16–17%. Những đặc tính này khiến cát san hô không đáp ứng các yêu cầu cơ bản của đất nông nghiệp, gây trở ngại lớn cho hoạt động trồng trọt, ổn định nguồn lương thực – thực phẩm và phát triển sinh kế bền vững cho cư dân trên đảo.

Trong bối cảnh nhu cầu tự chủ lương thực tại chỗ ngày càng cấp thiết, việc cải tạo cát san hô thành đất trồng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng không chỉ về mặt kinh tế và xã hội, mà còn gắn với yêu cầu đảm bảo quốc phòng – an ninh trên các vùng biển đảo.

Nhằm cải thiện tình trạng trên, nhóm nghiên cứu thuộc Phân viện Công nghệ sinh học – Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga, đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học để cải tạo cát san hô thành đất canh tác bằng màng sinh học polysaccharide, vật liệu kết dính bentonite và vi sinh vật hữu ích”.

Theo đó, quá trình cải tạo bắt đầu bằng việc phối trộn cát san hô với các chế phẩm vi sinh (gồm vi sinh vật tiết ra chất nhầy polysaccharide và vi sinh vật chịu mặn) cùng các chất độn hữu cơ như phân bò hoai, trấu hun, bã bùn mía. Hỗn hợp được ủ lên men hai giai đoạn để kích hoạt hệ vi sinh và tạo nền vật liệu ổn định.

Kết quả phân tích hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy cát cải tạo có bề mặt liên kết và xuất hiện hệ lỗ xốp rõ rệt, khác biệt hoàn toàn với cấu trúc rời rạc của cát nguyên trạng. Diện tích bề mặt riêng của cát cũng tăng hơn 3,6 lần (từ 1,42 lên 5,14 m²/g), giúp cải thiện khả năng giữ nước và trao đổi dinh dưỡng. Kích thước lỗ xốp tăng từ 2 nm lên 12 nm sau cải tạo, tạo điều kiện thuận lợi cho rễ phát triển và không khí lưu thông trong đất.

Khả năng giữ nước được đánh giá bằng phân tích nhiệt trọng (TGA) – phương pháp theo dõi sự thay đổi khối lượng mẫu khi nung nóng để đo lượng nước bị bay hơi. Kết quả cho thấy tỷ lệ mất nước (lượng nước bốc hơi hoặc thoát đi so với ban đầu) của cát cải tạo đạt 1,57%, trong khi cát gốc chỉ mức 0,64%. Tỷ lệ mất nước cao hơn phản ánh hàm lượng nước ban đầu trong cát cải tạo lớn hơn, nghĩa là vật liệu này giữ được nhiều ẩm hơn so với cát gốc.

Đồng thời, nhóm nghiên cứu sử dụng phổ tán xạ tia X năng lượng (EDX) để xác định thành phần nguyên tố trong cát. Cát sau cải tạo có bổ sung các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây như nhôm (Al), sắt (Fe), kali (K), magiê (Mg), đồng thời giảm hàm lượng canxi (Ca) và natri (Na) – hai ion làm tăng độ kiềm và gây khó hấp thu dinh dưỡng, môi trường đất trở nên trung tính hơn, hỗ trợ cây trồng hấp thụ tốt dưỡng chất.

Hiệu quả cải tạo còn được thể hiện qua các chỉ tiêu lý hóa khác như độ dẫn điện (EC) của đất – phản ánh mức độ dinh dưỡng hòa tan, tăng gần 5 lần so với trước cải tạo.

Nhóm đã trồng thực nghiệm hai loại rau ngắn ngày là cải bẹ xanh và mồng tơi trên nền cát san hô được cải tạo thành đất canh tác trong ba vụ liên tiếp tại Trạm thử nghiệm biển Đầm Báy (đào Hòn Tre, Nha Trang, Khánh Hoà) thuộc Chi nhánh Ven biển của Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga. Kết quả, năng suất rau cải trên đất cải tạo đạt 2,37–2,69 kg/m², cao gấp 3–6 lần so với cát nguyên trạng (0,35–1,1 kg/m²) và còn vượt năng suất trồng trên đất thường ở Đầm Báy (2,23–2,63 kg/m²). Với mồng tơi, cát cải tạo cũng cho năng suất 1,38–1,75 kg/m², cao hơn nhiều so với cát gốc và tương đương nền đất canh tác thông thường.

Theo nhóm nghiên cứu, vi sinh vật sinh màng giúp tạo lớp nhầy giữ nước và kết dính hạt cát, vi sinh vật hữu ích thúc đẩy chuyển hóa dinh dưỡng, trong khi chất hữu cơ và bentonite giúp duy trì độ ẩm, ổn định cấu trúc đất và bảo vệ hệ vi sinh. Sau ba vụ liên tiếp, nền đất cải tạo vẫn giữ được chất lượng và không có dấu hiệu suy thoái đáng kể.

Đề tài đã được Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga nghiệm thu, kết quả đạt loại xuất sắc.

Nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng trong thực tiễn, Hội đồng nghiệm thu đề xuất mở rộng quy mô, mô hình cải tạo cát san hô ra các đảo nổi, đảo chìm thuộc quần đảo Trường Sa – khu vực có điều kiện địa chất và khí hậu đặc biệt khắc nghiệt, nhưng lại có nhu cầu cấp thiết về bảo đảm nguồn thực phẩm và xanh hóa môi trường. Đồng thời, mở rộng thêm đối tượng cây trồng như cây xanh bóng mát, cây phủ xanh bảo vệ đất… phù hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng sau cải tạo, nhằm xây dựng hệ sinh thái nông nghiệp bền vững, tự chủ, phục vụ cả quốc phòng và đời sống dân sinh trên các đảo tiền tiêu của Tổ quốc.