Đột phá KHCN - Đổi mới sáng tạo.

Một nghiên cứu tổng quan công bố trên tạp chí npj Sustainable Agriculture (2025) chỉ ra rằng các loại phân bón "thông minh" — từ phân nano, phân vi sinh đến phân tan chậm có kiểm soát — đang phát triển nhanh về công nghệ, nhưng phần lớn vẫn thiếu các thử nghiệm đồng ruộng quy mô lớn và quy trình đánh giá thống nhất để khẳng định hiệu quả thực tế.
Bài toán cũ, áp lực mới

Từ giữa thế kỷ 20, việc sản xuất phân khoáng ở quy mô công nghiệp đã giúp tăng năng suất cây trồng và góp phần vào phát triển kinh tế ở nhiều quốc gia. Nhưng cùng với đó là tình trạng mất cân đối: có nơi bón phân dư thừa gây ô nhiễm đất, nước và không khí; có nơi lại thiếu phân khiến đất đai bạc màu, năng suất thấp.

Suốt hai thập kỷ qua, giới khoa học và doanh nghiệp ngành nông nghiệp đã cổ vũ cho nguyên tắc "4 đúng" (4R Nutrient Stewardship) — bón đúng loại phân, đúng liều lượng, đúng thời điểm, đúng vị trí. Tuy nhiên, các tác giả của nghiên cứu — do bà Tai McClellan Maaz (Đại học Hawaiʻi tại Mānoa) cùng các đồng nghiệp ở Hiệp hội Phân bón Quốc tế (IFA) và Quỹ Nghiên cứu Lương thực & Nông nghiệp Hoa Kỳ (FFAR) thực hiện — nhấn mạnh rằng không có một công thức chung nào áp dụng được cho mọi nơi, vì điều kiện đất đai, khí hậu và cây trồng ở mỗi vùng rất khác nhau. Điều này khiến việc đánh giá hiệu quả thực sự của một loại phân bón cụ thể trở nên phức tạp hơn nhiều so với những gì người ta thường nghĩ.

Trong bối cảnh đó, ba nhóm công nghệ phân bón mới đang được kỳ vọng sẽ giúp cây trồng hấp thụ dưỡng chất hiệu quả hơn, giảm thất thoát ra môi trường: phân nano (nanofertilizer), phân vi sinh (biofertilizer) và phân tăng hiệu quả thế hệ mới (enhanced-efficiency fertilizer — EEF). Nhóm tác giả đã rà soát các nghiên cứu khoa học đã công bố để đánh giá bằng chứng thực nghiệm cho từng nhóm, từ đó đề xuất hướng đi cho nghiên cứu trong thời gian tới.

Phân tan chậm và phân ổn định: nền tảng đã có từ lâu

Ý tưởng làm chậm quá trình giải phóng dưỡng chất của phân bón ra đời từ những năm 1960, khi các nhà khoa học nhận ra nhu cầu dinh dưỡng của cây thay đổi theo từng giai đoạn sinh trưởng, trong khi phân bón thông thường dễ bị mất qua nhiều con đường khác nhau như bay hơi, rửa trôi hay thấm sâu xuống đất.

Theo cách phân loại của IFA, có ba nhóm chính:

• Phân tan chậm (slow release): giải phóng dưỡng chất chậm hơn phân thông thường nhờ cơ chế sinh học hoặc hóa học, ví dụ urê bọc lưu huỳnh, urê bọc dầu neem.
• Phân tan có kiểm soát (controlled release fertilizer — CRF): dùng cơ chế vật lý như màng bọc polymer để kiểm soát tốc độ giải phóng dưỡng chất một cách ổn định hơn.
• Phân ổn định (stabilized fertilizer): trộn thêm chất ức chế men sinh học (ức chế urease, ức chế nitrat hóa) để tạm thời làm chậm quá trình chuyển hóa của urê hay các loại phân chứa amoni trong đất.

Các nghiên cứu tổng hợp (meta-analysis) trước đây cho thấy nhóm phân này có thể mang lại lợi ích thật, dù không lớn: năng suất cây trồng tăng nhẹ trong nhiều trường hợp, lượng nitrat rửa trôi giảm 17–58%, khí amoniac bay hơi giảm 50–74%, và khí nitơ oxit (N2O) — một loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh — giảm 28–49% so với phân thông thường. Một lưu ý quan trọng: chất ức chế nitrat hóa có thể gây ra hiện tượng "đánh đổi ô nhiễm" — giảm được phát thải N2O và nitrat rửa trôi, nhưng lại làm tăng lượng amoniac bay hơi. Khi kết hợp đồng thời cả chất ức chế urease và ức chế nitrat hóa, hiện tượng đánh đổi này được hạn chế.

Dù có dữ liệu ủng hộ tương đối rõ ràng, nhóm phân tan chậm/kiểm soát vẫn chỉ chiếm chưa tới 10% thị trường phân bón toàn cầu, do giá thành cao hơn phân NPK thông thường từ 30% đến 10 lần. Một số sản phẩm dùng màng bọc nhựa (polymer) còn gây lo ngại về ô nhiễm vi nhựa lâu dài trong đất. Đã từng có trường hợp việc dùng sai chất ức chế gây ảnh hưởng sức khỏe trong chăn nuôi bò sữa tại New Zealand. Từ đó, nhóm nghiên cứu đề xuất sáu tiêu chí mà một sản phẩm phân tăng hiệu quả mới cần đáp ứng để có thể phổ biến rộng: đáp ứng đúng nhu cầu dinh dưỡng cây trồng, có cơ chế giải phóng thực sự hiệu quả về sinh học, dễ vận chuyển và sử dụng an toàn, không gây hại môi trường, không gây rủi ro cho sức khỏe người và vật nuôi, và có thể sản xuất với giá thành hợp lý ở quy mô lớn.

Phân nano: tiềm năng lớn, nhưng thiếu kiểm chứng đồng ruộng

Phân nano sử dụng các hạt có kích thước cực nhỏ (thường từ 1 đến 100 nanomet) để tăng diện tích tiếp xúc và khả năng hấp thụ dưỡng chất của cây, đặc biệt hữu ích với các nguyên tố vốn khó hấp thụ qua đất như lân, mangan, sắt hay kẽm khi phun qua lá.

Tuy vậy, bài báo nhấn mạnh một thực tế đáng chú ý: lĩnh vực này hiện gần như chưa có quy định quản lý chặt chẽ, và nhiều sản phẩm trên thị trường gắn mác "nano" nhưng kích thước hạt thực tế vượt xa ngưỡng nano thật.

Các nghiên cứu tổng hợp được dẫn trong bài cho thấy hình ảnh khá lạc quan trên giấy: phần lớn thí nghiệm ghi nhận tác dụng tích cực đến nảy mầm, sinh trưởng hoặc năng suất cây trồng. Nhưng điểm yếu chung là cỡ mẫu nhỏ, thiếu số liệu về hiệu suất sử dụng dưỡng chất thực tế, gần như không có nghiên cứu trên cây ngũ cốc, và đặc biệt là rất ít thí nghiệm được thực hiện ngoài đồng ruộng — đa phần chỉ làm trong phòng thí nghiệm hoặc nhà lưới.

Một ví dụ được phân tích kỹ là nano-urê và nano-DAP (diammonium phosphate dạng nano), hai sản phẩm đã được thương mại hóa tại Ấn Độ với tuyên bố rằng chỉ cần phun một lượng nhỏ qua lá cũng cho năng suất tương đương hoặc cao hơn so với bón lượng lớn phân hạt thông thường. Tuy nhiên, một thử nghiệm đồng ruộng được thiết kế chặt chẽ — có đối chứng đầy đủ, thực hiện tại bang Punjab (Ấn Độ) — lại cho kết quả ngược lại: năng suất lúa và lúa mì giảm 13–17% khi thay một phần phân đạm thông thường bằng nano-urê. Nghiên cứu này cũng không tìm thấy bất kỳ "hiệu ứng kích thích sinh học" đặc biệt nào từ hạt nano — kết quả thu được khi phun urê hòa tan thông thường qua lá cũng tương tự như khi phun nano-urê.
Các nhà khoa học cũng cảnh báo cần thêm hiểu biết về khả năng tích lũy hạt nano trong chuỗi thực phẩm và ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đất, đồng thời kêu gọi các tạp chí khoa học cần có cơ chế bình duyệt nghiêm ngặt hơn, vì không ít nghiên cứu về phân nano trong nông nghiệp được công bố dù chỉ dựa trên hiểu biết khá sơ sài về sinh lý thực vật và khoa học đất.

Phân vi sinh: hiệu quả phụ thuộc nhiều vào điều kiện đồng ruộng

Phân vi sinh chứa các chủng vi sinh vật sống có khả năng cư trú ở vùng rễ cây và giúp cây hấp thụ dưỡng chất tốt hơn — ví dụ vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn hoặc nấm hòa tan lân, vi sinh vật hòa tan kali, hay nấm rễ cộng sinh (mycorrhiza). Đây cũng là lĩnh vực thu hút mạnh vốn đầu tư từ các công ty khởi nghiệp công nghệ nông nghiệp những năm gần đây.

Bằng chứng khoa học về hiệu quả của phân vi sinh khá trái chiều. Một nghiên cứu tổng hợp ghi nhận việc dùng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum brasilense trên cây bắp giúp tăng năng suất khoảng 5%, đặc biệt ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng. Nhưng một phân tích khác lại không tìm thấy bằng chứng đáng tin cậy nào cho thấy các sản phẩm vi sinh có thể giúp cố định đạm ở mức có ý nghĩa nông học khi dùng cho cây ngũ cốc và các cây không thuộc họ đậu.

Một vấn đề phổ biến được nhiều nhà khoa học chỉ ra: nhiều chủng vi sinh hoạt động tốt trong môi trường phòng thí nghiệm nhưng lại kém hiệu quả khi đưa ra đồng ruộng, do phải cạnh tranh với hệ vi sinh vật bản địa trong đất, hoặc không thích nghi được với điều kiện môi trường thực tế (độ pH, độ ẩm, hàm lượng dinh dưỡng…). Vì vậy, xu hướng nghiên cứu hiện nay đang chuyển từ việc dùng một chủng vi sinh đơn lẻ sang sử dụng tổ hợp nhiều chủng (microbial consortia) để tăng khả năng sống sót và phối hợp tác dụng.

Theo nhóm tác giả, tài liệu khoa học về tác động môi trường của phân vi sinh hiện còn rất hạn chế. Trong số 126 nghiên cứu đồng ruộng được một bài tổng quan trước đó rà soát, chỉ có 4 nghiên cứu liên quan đến phân vi sinh, và các tác giả của bài tổng quan đó kết luận rằng kết quả chưa đủ thuyết phục, đồng thời phân vi sinh khó có thể thay thế hoàn toàn cho phân bón hóa học.

Phân tăng hiệu quả thế hệ mới: từ vật lý đến "cảm biến sinh học"

Ngoài các cơ chế vật lý truyền thống (màng bọc, vật liệu hydrogel siêu hấp thụ nước), các nhà khoa học đang phát triển những hướng tiếp cận tinh vi hơn để kiểm soát thời điểm giải phóng dưỡng chất theo đúng nhu cầu của cây.

Một hướng đáng chú ý là sử dụng các phân tử có khả năng "nhận diện" tín hiệu sinh học của cây, ví dụ các đoạn DNA tổng hợp gọi là aptamer — có khả năng gập thành hình dạng đặc biệt để bám chọn lọc vào các chất do rễ cây tiết ra. Về lý thuyết, nếu gắn các phân tử này vào lớp vỏ bọc phân bón, hạt phân có thể "cảm nhận" được khi cây cần dưỡng chất và giải phóng đúng lúc. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn rất sớm, chi phí cao và còn nhiều vướng mắc kỹ thuật cần giải quyết trước khi có thể ứng dụng thực tế.

Một hướng khác là phát triển lớp vỏ bọc phân hủy sinh học hoàn toàn (không để lại vi nhựa), thậm chí có thể tích hợp vi sinh vật vào chính lớp vỏ bọc để vừa kiểm soát giải phóng dưỡng chất, vừa hỗ trợ sinh trưởng cây trồng thông qua các hormone thực vật do vi sinh vật sinh ra.

Trong số các nghiên cứu đồng ruộng được rà soát, phần lớn (66/126) tập trung vào urê bọc polymer — cho thấy đây vẫn là công nghệ được kiểm chứng nhiều nhất và có kết quả tương đối ổn định về giảm phát thải, giảm thất thoát dưỡng chất.

Vì sao cần một "chuẩn chung" để đánh giá phân bón mới?

Điểm chung mà nhóm tác giả nhấn mạnh xuyên suốt bài tổng quan là: dù ba nhóm công nghệ trên có cơ chế khác nhau, chúng đều gặp phải cùng một rào cản — thiếu dữ liệu đồng ruộng quy mô lớn, thiếu quy trình thử nghiệm thống nhất, và thiếu các tiêu chí rõ ràng để so sánh sản phẩm mới với phân bón thông thường một cách công bằng.

Nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng một khung đánh giá chung xuyên suốt từ phòng thí nghiệm đến đồng ruộng, gồm các nguyên tắc: thiết lập tiêu chuẩn tối thiểu khi so sánh các loại phân bón (có đối chứng phù hợp, tính đến biến động không gian và thời gian); quy định rõ cách định nghĩa nghiệm thức và yêu cầu dữ liệu để các nghiên cứu có thể tổng hợp được với nhau; xây dựng quy trình lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm thống nhất; và áp dụng các công cụ thống kê hiện đại để tổng hợp dữ liệu từ nhiều địa điểm, nhiều thời điểm khác nhau.

Các tác giả cũng nhắc đến bài học từ Sri Lanka — quốc gia từng trải qua khủng hoảng lương thực nghiêm trọng sau khi đột ngột cắt giảm nguồn cung phân bón nhập khẩu — như một minh chứng cho thấy an ninh lương thực của một quốc gia có thể bị tác động nhanh và mạnh bởi các quyết định liên quan đến phân bón, qua đó cho thấy tầm quan trọng của việc đầu tư nghiên cứu bài bản, hợp tác công–tư và chia sẻ dữ liệu cởi mở hơn trong lĩnh vực này.

Hạn chế của nghiên cứu

Nhóm tác giả cũng tự nhìn nhận một số hạn chế của chính bài tổng quan: do thiếu các nghiên cứu hệ thống và toàn diện liên kết trực tiếp giữa từng loại phân bón cụ thể với kết quả về năng suất hay tác động môi trường, cùng với sự đa dạng rất lớn giữa các hệ thống canh tác và điều kiện nông học trên thế giới, những kết luận rút ra hiện vẫn còn nhiều giới hạn về khả năng áp dụng rộng. Các tác giả cho rằng cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu thực nghiệm trên đồng ruộng trước khi có thể đánh giá đầy đủ và đáng tin cậy hơn về hiệu quả thực sự của các loại phân bón thế hệ mới này.

Nguồn: Maaz, T.M., Dobermann, A., Lyons, S.E. & Thomson, A.M. "Review of research and innovation on novel fertilizers for crop nutrition", npj Sustainable Agriculture 3, 25 (2025). DOI: 10.1038/s44264-025-00066-0. Bài báo được công bố mở (Open Access) theo giấy phép Creative Commons Attribution 4.0.