Nghiên cứu lựa chọn cơ chất hữu cơ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh cho cây chè Shan tại tỉnh Yên Bái

Lựa chọn được nguồn cơ chất hữu cơ thích hợp để sản xuất phân hữu cơ vi sinh cho cây chè Shan tại tỉnh Yên Bái Nguồn cơ chất hữu cơ lựa chọn được phải đảm bảo dễ kiếm, quy trình xử lý dễ hiểu, dễ làm theo, sản phẩm sau xử lý đảm bảo các yêu cầu làm chất mang cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh.

BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

-* -NGUYỄN THỊ YÊN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CƠ CHẤT HỮU CƠ ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH CHO CÂY

CHÈ SHAN TẠI TỈNH YÊN BÁI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI – 2012

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ NHƯ KIỂU ThS LÊ THỊ THANH THỦY

Hà Nội, 2012

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này cùng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân tôi

xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Lê Như Kiểu, Phó Viện trưởng, Cô Lê Thị Thanh Thủy, Phó Trưởng Bộ môn Vi sinh vật, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã

tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo của Viện Sinh thái và tàinguyên sinh vật, Trường Đại Học Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt cho Tôikiến thức trong suốt 2 năm học tập, là nền tảng cho Tôi trong quá trình nghiêncứu luận văn, là hành trang qúy báu theo tôi trong suốt cuộc đời

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Cô, Chú, Anh ,Chị công tác tại Bộ môn

Vi sinh vật, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã giúp đỡ Tôi trong quá trình hoànthành luận văn

Cuối cùng Tôi xin kính chúc quý Thầy, Cô, Anh, Chị và gia đình dồi dàosức khỏe, thành công trong sự nghiệp!

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2012

Học viên

Nguyễn Thị Yên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là hoàn toàn trung thực, chưa hề sử dụng cho bảo vệ một học vị nào Mọi sựgiúp đỡ cho hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn Các thông tin, tài liệutrình bày trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Thị Yên

MỤC LỤC

Bảng 2: Mức độ phân giải tối đa của một số nguyên liệu compost 11

Bảng 3: Một số chỉ tiêu chất lượng của than bùn Phù Nham, Yên Bái 23

Bảng 4: Phân tích thành phần hóa học của PPP tại tỉnh Yên Bái năm 2011 24

Bảng 8: Tỷ lệ giảm khối lượng rơm trong bình ủ ở 37 0C sau 7 ngày 37

Bảng 9: Khả năng tác động tương hỗ giữa các chủng VSV tuyển chọn 38

Bảng 12: Tình trạng sức khoẻ của chuột trong thời gian thí nghiệm 40

Bảng 13: Trọng lượng của chuột trong thời gian thí nghiệm 41

Bảng 15: Mật độ tế bào của các chủng VSV trong điều kiện nuôi cấy lắc và nuôi tĩnh sau 48 giờ nuôi cấy 43

Bảng 17: Mật độ tế bào (CFU/ml) của các chủng VSV lựa chọn trong các điều kiện pH khác nhau sau thời gian nuôi cấy* 45

Bảng 18: Mật độ tế bào (CFU/ml) của các chủng VSV lựa chọn trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau sau thời gian nuôi cấy* 46

Bảng 19: Biến động nhiệt độ trong thùng ủ compost 48

Bảng 20: Sự thay đổi pH trong thùng ủ compost 49

Bảng 21: Mật độ tế bào và hoạt tính phân giải cellulose của 4 51

chủng VSV trong chế phẩm vi sinh 51

Bảng 22: Biến động quần thể VSV trong thùng ủ compost 52

Bảng 23: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn trước và sau ủ 53

Bảng 24: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong rơm rạ trước và sau ủ 54

Bảng 25: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong phân chuồng trước và sau ủ 54

Bảng 26: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong thân, lá lạc trước và sau ủ 55

Bảng 27: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong thân, lá đậu tương trước và sau ủ 55

Bảng 28: Tính chất cảm quan của sản phẩm sau ủ 56

Bảng 29: Khả năng sinh trưởng của hạt cải trên phân ủ compost sau 5 ngày 57

Bảng 30: Kết quả kiểm tra nhiệt độ trong các túi phân ủ 58

Bảng 31: Một số kết quả tổng hợp từ quá trình ủ compost 59

Sau khi phối trộn N,P,K và các nguyên tố trung, vi lượng vào 5 loại chất mang là than bùn, rơm rạ, phân chuồng, thân lá lạc, thân lá đậu tương (theo tỷ lệ N: 1,3%, P: 1%, K: 1%, Ca: 1,374%, S: 0,686%, Mg: 0,3%, Acid humic: 3%) đề tài tiến hành kiểm tra mật độ tế bào của các chủng VSV hữu ích và hoạt tính sinh học của chúng trong các loại phân Kết quả được thể hiện ở các bảng 32: 60 Bảng 32: Mật độ và hoạt tính sinh học của các chủng VSV hữu ích trước khi nhiễm vào chất mang 60

TT 60

Chỉ tiêu 60

Chủng VSV hữu ích 60

1 61

Mật độ tế bào (x109 CFU/ml) 61

2 61

Hàm lượng etylen (nmol C2H2/ml/h) 61

3 61

4 61

Bảng 33: Mật độ và hoạt tính sinh học của các chủng VSV hữu ích trong phân HCVS trên các nền chất mang khác nhau 61

Từ bảng 33 cho thấy, sau 30 ngày phối trộn thì mật độ VSV sống sót trên nền chất mang là than bùn và rơm rạ là cao hơn so với các nền chất mang còn lại, đồng thời hoạt tính sinh học của các chủng VSV cũng không bị giảm đi Từ kết quả này cho thấy, than bùn và rơm rạ sau ủ compost đáp ứng đủ điều kiện để trở thành cơ chất cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh 62

3.6.Xác định tỷ lệ phối trộn VSV 62

Bảng 34: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học của các chủng VSV trong các công thức phối trộn trên nền chất mang than bùn 62

Bảng 35: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học của các chủng VSV trong các công thức phối trộn trên nền chất mang rơm rạ 63

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2: Mức độ phân giải tối đa của một số nguyên liệu compost 11

Bảng 3: Một số chỉ tiêu chất lượng của than bùn Phù Nham, Yên Bái 23

Bảng 4: Phân tích thành phần hóa học của PPP tại tỉnh Yên Bái năm 2011 24

Bảng 8: Tỷ lệ giảm khối lượng rơm trong bình ủ ở 37 0C sau 7 ngày 37

Bảng 9: Khả năng tác động tương hỗ giữa các chủng VSV tuyển chọn 38

Bảng 12: Tình trạng sức khoẻ của chuột trong thời gian thí nghiệm 40

Bảng 13: Trọng lượng của chuột trong thời gian thí nghiệm 41

Bảng 15: Mật độ tế bào của các chủng VSV trong điều kiện nuôi cấy lắc và nuôi tĩnh sau 48 giờ nuôi cấy 43

Bảng 17: Mật độ tế bào (CFU/ml) của các chủng VSV lựa chọn trong các điều kiện pH khác nhau sau thời gian nuôi cấy* 45

Bảng 18: Mật độ tế bào (CFU/ml) của các chủng VSV lựa chọn trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau sau thời gian nuôi cấy* 46

Bảng 19: Biến động nhiệt độ trong thùng ủ compost 48

Bảng 20: Sự thay đổi pH trong thùng ủ compost 49

Bảng 21: Mật độ tế bào và hoạt tính phân giải cellulose của 4 51

chủng VSV trong chế phẩm vi sinh 51

Bảng 22: Biến động quần thể VSV trong thùng ủ compost 52

Bảng 23: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn trước và sau ủ 53

Bảng 24: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong rơm rạ trước và sau ủ 54

Bảng 25: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong phân chuồng trước và sau ủ 54

Bảng 26: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong thân, lá lạc trước và sau ủ 55

Bảng 27: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong thân, lá đậu tương trước và sau ủ 55

Bảng 28: Tính chất cảm quan của sản phẩm sau ủ 56

Bảng 29: Khả năng sinh trưởng của hạt cải trên phân ủ compost sau 5 ngày 57

Bảng 30: Kết quả kiểm tra nhiệt độ trong các túi phân ủ 58

Bảng 31: Một số kết quả tổng hợp từ quá trình ủ compost 59

Sau khi phối trộn N,P,K và các nguyên tố trung, vi lượng vào 5 loại chất mang là than bùn, rơm rạ, phân chuồng, thân lá lạc, thân lá đậu tương (theo tỷ lệ N: 1,3%, P: 1%, K: 1%, Ca: 1,374%, S: 0,686%, Mg: 0,3%, Acid humic: 3%) đề tài tiến hành kiểm tra mật độ tế bào của các chủng VSV hữu ích và hoạt tính sinh học của chúng trong các loại phân Kết quả được thể hiện ở các bảng 32: 60 Bảng 32: Mật độ và hoạt tính sinh học của các chủng VSV hữu ích trước khi nhiễm vào chất mang

60

TT 60

Chỉ tiêu 60

Chủng VSV hữu ích 60

1 61

Mật độ tế bào (x109 CFU/ml) 61

2 61

Hàm lượng etylen (nmol C2H2/ml/h) 61

3 61

4 61

Bảng 33: Mật độ và hoạt tính sinh học của các chủng VSV hữu ích trong phân HCVS trên các nền chất mang khác nhau 61

Từ bảng 33 cho thấy, sau 30 ngày phối trộn thì mật độ VSV sống sót trên nền chất mang là than bùn và rơm rạ là cao hơn so với các nền chất mang còn lại, đồng thời hoạt tính sinh học của các chủng VSV cũng không bị giảm đi Từ kết quả này cho thấy, than bùn và rơm rạ sau ủ compost đáp ứng đủ điều kiện để trở thành cơ chất cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh 62

3.6.Xác định tỷ lệ phối trộn VSV 62

Bảng 34: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học của các chủng VSV trong các công thức phối trộn trên nền chất mang than bùn 62

Bảng 35: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học của các chủng VSV trong các công thức phối trộn trên nền chất mang rơm rạ 63

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia có tới 80% dân số sống bằng nghề nông nghiệp,lượng phế thải thải ra từ nông nghiệp hàng năm rất lớn gồm (40 triệu tấn rơm rạ,

30 triệu tấn ngọn lá mía, 3,5 triệu tấn thân lá ngô, 3 triệu tấn thân lá lạc, 1 triệutấn thân lá đậu tương, 0,5 triệu tấn vỏ cà phê và 2 triệu tấn thân lá khoai tây,khoai lang, dưa các loại, ngọn lá dứa ) tương đương với 639.000 tấn N,212.000 tấn P2O5, 835.000 tấn K2O [11]

Phế phụ phẩm nông nghiệp phần lớn là những hợp chất hữu cơ giàucacbon Sản phẩm sau quá trình phân hủy của chúng ngoài tác dụng cung cấpdinh dưỡng cần thiết cho cây trồng còn có khả năng làm cho đất tơi xốp, cảithiện các đặc tính của đất, nhất là khả năng giữ nước

Phế phụ phẩm nông nghiệp bao gồm các hợp chất hydratcacbon, protein,lipit và một số các hợp chất hữu cơ khác, ngoài ra chúng còn chứa một số cácchất có giá trị dinh dưỡng đối với quá trình sinh trưởng và phát triển cuả câytrồng Theo phương thức sản xuất nông nghiệp truyền thống, lượng phế phụphẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch được chuyển về nhà và được sử dụng nhưmột nguồn nguyên liệu chính để đun nấu trong các nông hộ… ngày nay thay hầuhết các hộ nông dân đã sử dụng các nguồn nguyên liệu khác như than, gas,điện cho việc nấu nướng nên phần lớn lượng phế phụ phẩm nông nghiệp saukhi thu hoạch được người nông dân đốt ngay trên đồng ruộng việc đốt lượngphế phụ phẩm nông nghiẹp trên đồng ruộng đang dần hình thành một thói quenxấu, không những gây ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái mà còn rất lãngphí nguồn nguyên liệu có nguồn gốc thực vật này

Sản xuất phân bón trong nước chỉ mới đáp ứng được 30% nhu cầu về phânđạm, 65% nhu cầu phân lân của sản xuất nông nghiệp, còn lại phải nhập khẩuphân bón từ nước ngoài, đặc biệt là phân kali phải nhập khẩu 100% Trong giaiđoạn 2005-2010 dự tính hàng năm nhu cầu sản xuất cần 1.504.000 tấn N

(3.269.000 tấn urê), 813.000 tấn P2O5 (5.081.000 tấn phân lân), 598.000 tấn K2O(997.000 tấn phân kali) [7] Nếu hàng năm ta tận dụng mọi nguồn phụ phẩm đểgiảm được 10-20% lượng phân khoáng, thì chúng ta đã tiết kiệm được110.500.000-221.057.000 USD.

Trong phế phụ phẩm nông nghiệp, cellulose là thành phần hữu cơ chiếm tỷ

lệ cao và rất khó bị phân hủy bởi cấu trúc phức tạp của nó Trên thế giới hiệnnay, người ta đã tiến hành xử lý phế phụ phẩm bằng một số phương pháp thủyphân trong môi trường kiềm hoặc axit [1] Tuy nhiên việc phân hủy cellulosebằng phương pháp vật lý và hóa học rất phức tạp, tốn kém và gây độc hại chomôi trường Trong khi đó, việc xử lý các chất thải hữu cơ chứa cellulose bằngcông nghệ sinh học, đặc biệt sử dụng các enzyme cellulase ngoại bào từ vi sinhvật sẽ có nhiều ưu điểm về cả mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường Số lượng cácloài vi sinh vật tham gia sinh tổng hợp enzyme cellulase có trong điều kiện tựnhiên rất phong phú Chúng thuộc nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn và trong một sốtrường hợp, các nhà khoa học còn thấy cả nấm men cũng tham gia qúa trìnhphân giải này

Việc xử lý và tận dụng phế thải trong sản xuất nông nghiệp với mục đíchphục vụ sản xuất nông nghiệp đang là một trong những hướng đi đúng đắn vàthu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học Xử lí phế thải nông nghiệpbằng phương pháp sinh học đang là một trong những giải pháp hữu hiệu đangđược nhiều nhà khoa học quan tâm

Tỉnh Yên Bái với lợi thế có nguồn than bùn (xã Phù Nham, huyện TrấnYên) và nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch tương đối lớn rấtthuận lợi để sản xuất phân HCVS tại chỗ [18] Phân HCVS được tạo ra sẽ làmgiảm chi phí đầu tư cho cây chè, bên cạnh đó còn hạn chế được sự ô nhiễm môitrường do việc đốt rơm rạ, phế phụ nông nghiệp gây ra

Với hiện trạng của vùng chè Shan như ở các huyện Văn Chấn, Trấn Yêntỉnh Yên Bái được hình thành từ lâu đời, nhờ sự phát tán hạt tự nhiên, thâm

canh theo kiểu chè rừng dẫn đến tình trạng đất ngày càng bị thoái hóa, năngsuất và chất lượng chè ngày càng giảm Muốn nâng cao năng suất, chất lượngcây chè Shan thì đòi hỏi trước hết là thay đổi tập quán canh tác và phương thứcthâm canh Tuy nhiên, một trong những đặc điểm tạo nên thương hiệu chèShan là cây chè Shan phải được trồng ở độ cao 1000 m trở lên so với mựcnước biển Chính điều này đã gây hạn chế cho việc canh tác cụ thể là việc bónphân cho cây chè Cây chè Shan sinh trưởng và phát triển phụ thuộc chủ yếuvào yếu tố tự nhiên như nước mưa, quá trình mùn hóa tự nhiên của đất Dovậy, muốn phát triển vùng chè Shan có hiệu quả, đồng thời giảm chi phí bónphân cho chè cần giải quyết vấn đề phân bón tại chỗ cho cây chè Shan từnguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương.

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn cơ chất hữu cơ để sản xuất phân hữu cơ vi sinh cho cây chè Shan tại tỉnh Yên Bái”.

2 Mục đích và yêu cầu

- Lựa chọn được nguồn cơ chất hữu cơ thích hợp để sản xuất phân hữu cơ

vi sinh cho cây chè Shan tại tỉnh Yên Bái

- Nguồn cơ chất hữu cơ lựa chọn được phải đảm bảo dễ kiếm, quy trình

xử lý dễ hiểu, dễ làm theo, sản phẩm sau xử lý đảm bảo các yêu cầu làm chất mang cho sản xuất phân hữu cơ vi sinh

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tuyển chọn các chủng VSV phân giải cellulose để sản xuấtchế phẩm vi sinh

- Xác định ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (dinh dưỡng, nhiệt độ,

pH, oxy) đến sinh trưởng, phát triển và hoạt tính phân giải cellulose của cácchủng vi khuẩn tuyển chọn

- Nghiên cứu xử lý nguyên liệu hữu cơ làm cơ chất hữu để sản xuất phânhữu cơ vi sinh (HCVS) cho cây chè Shan

- Nghiên cứu bổ sung dinh dưỡng (đa, trung, vi lượng) để nâng cao chấtlượng phân HCVS cho cây chè Shan.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 Cở sở khoa học và thực tiễn của đề tài

1.1 Cơ sở khoa học

Trong quá trình ủ compost, các phụ phẩm nông nghiệp, phế thải chăn nuôi

và than bùn thông qua quá trình phân giải sinh học được chuyển hoá thành cácchất hữu cơ tự nhiên đơn giản hơn

Vi sinh vật không thể trực tiếp phân huỷ các hợp chất có cấu trúc đại phân

tử không tan trong nước như cellulose Hợp chất này chỉ có thể chuyển hoáthành chất đơn giản như đường, amino acid, mỡ nhờ các enzyme ngoại bàocủa vi sinh vật Đây là phức hệ enzyme thủy phân cellulose tạo ra các đường

đủ nhỏ để đi qua tế bào vi sinh vật Ở mỗi loại vi sinh vật, enzyme oxy hóa vàenzyme phân giải protein cũng tham gia vào quá trình phân hủy cellulose

Các thành phần chính của rơm rạ là những hydratcacbon gồm: cellulose37,4%; hemicellulose (44,9%); lignin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ

9 đến 14% Đó là điều gây cản trở việc xử dụng rơm rạ một cách kinh tế.Thành phần licnocellulose trong rơm rạ khó phân hủy sinh học[7]

Quá trình ủ compost về cơ bản là quá trình phân hủy cellulose Cơ chếphân hủy cellulose có thể tóm tắt qua sơ đồ sau [6]:

Sơ đồ 1: Quá trình phân hủy cellulose tự nhiên

Tận dụng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp có sẵn tại địa phương để sảnxuất phân HCVS đem lại lợi ích kinh tế tương đối lớn do giải quyết được vấn

đề việc làm cho người dân, tận dụng nguồn phụ phẩm dư thừa sau thu hoạch

mà vẫn mang lại hiệu quả cho người trồng chè

Nguồn phụ phẩm nông nghiệp khi được dùng cho sản xuất phân HCVS sẽlàm giảm ô nhiễm môi trường không khí do việc người dân đốt rơm rạ, giảm ônhiễm môi trường nước do việc vứt rơm rạ vào các nguồn nước, khe suối

2 Tổng quan về quá trình ủ compost

2.1 Khái niệm

Ủ compost là phương pháp xử lý phế thải hoặc các chất dư thừa, mà ở đócác chất hữu cơ thông qua quá trình phân huỷ sinh học được kiểm soát trởthành các hợp chất đơn giản hơn có thể sử dụng như một nguồn hữu cơ cungcấp cho đất và cây trồng

Compost : là sản phẩm của quá trình chế biến Compost, đã được ổn định

như chất mùn, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn trùng, có thểđược lưu trữ an toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng

Quá trình làm Compost có thể phân ra làm các giai đoạn khác nhau dựatheo sự biến thiên nhiệt độ :

- Pha thích nghi : là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi

trường mới

- Pha tăng trưởng : đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ do quá trình phân

hủy sinh học đến ngưỡng nhiệt mesophilic

- Pha ưa nhiệt : là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đây là giai đoạn ổn

định

hóa chất thải và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất

- Pha hoàn thành : là giai đoạn giảm nhiệt độ đến mức mesophilic và cuối

cùng bằng nhiệt độ môi trường Quá trình lên men lần thứ hai chậm và thíchhợp cho sự hình thành keo mùn (là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ thànhmùn và các khoáng chất sắt, canxi, nitơ …) và cuối cùng thành mùn

Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu nhằm đẩy nhanh tốc độ phânhuỷ, tuy nhiên việc áp dụng các kết quả nghiên cứu chỉ dừng ở mức độ hạn chế

do ủ compost ở ngoài thực tế chủ yếu dựa theo kinh nghiệm

2.2 Các yếu tố tham gia vào quá trình ủ compost

a Nguồn cơ chất hữu cơ

Nguồn cơ chất hữu cơ được xử lý bằng quá trình ủ compost rất đa dạng,

nó có thể là: phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân lá ngô, lạc, đậu tương,mía,…), phế thải chăn nuôi (phân gia súc, gia cầm,…), sản phẩm thải của côngnghệ chế biến (vỏ cà phê, bã sắn, bã giấy,…), rác thải (rác thải đô thị, bùn,…) Thành phần chính của các phế phụ phẩm nông nghiệp, chất thải chăn nuôi

và chất thải của công nghệ chế biến bao gồm:

Hợp chất cácbon (Kitin, Lignin, Hemicellulose, Cellulose, Đường và Tinhbột)

Hợp chất béo (mỡ, dầu các loại)

của nó thường dao động từ 30-80% (hàm lượng chất khô) Do đó, để xử lý cácnguồn phế phụ phẩm này người ta thường sử dụng các loài vi sinh vật có khảnăng phân giải cellulose, trong tự nhiên các loài vi sinh vật có khả năng phângiải vi sinh vật gồm:

Nhóm vi khuẩn: Nhóm vi khuẩn là nhóm vi sinh vật được nghiên cứu

nhiều nhất từ khoảng thế kỷ 19 đến nay Các nhà khoa học đã phân lập đượcmột số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose từ phân và dạ cỏ củađộng vật nhai lại Đầu thế kỷ 20, người ta phân lập được các nhóm vi khuẩnhiếu khí phân giải cellulose Trong môi trường có độ ẩm cao thường làm tăngkhả năng phân giải cellulose và hemicellulose của các nhóm vi khuẩn, nhưngchủ yếu là các nhóm vi khuẩn hiếu khí Một số nhóm vi khuẩn có khả năng

phân giải cellulose: Pseudomonas, Bacillus, Cellulomonas, Vibrio, Cellvibro, Rumicocus falvefeciens, R albus,…

Trong thực tế, người ta thấy chi Pseudomonas và Bacillus thuộc nhóm

hiếu khí là các chi có tần suất phân lập được cao nhất Ngoài ra, còn có các chi

kị khí phân lập được trong dạ cỏ của động vật nhai lại như Rumicocus

falvefecien, R.albus

Nhóm xạ khuẩn: Xạ khuẩn là một nhóm vi khuẩn đặc biệt, Gram dương,

hiếu khí, tế bào đặc trưng bởi sự phân nhánh, hệ sợi chia thành khuẩn ty cơchất và khuẩn ty khí sinh, bào tử bắn, thường có mặt quanh năm trong các loạiđất Xạ khuẩn phân giải cellulose thường được phân lập từ các mẫu đất, mùnrác, mẫu mùn, ở những nơi có chứa cellulose Một số nhóm xạ khuẩn phângiải cellulose: Actinomyces, Streptomyces, Thermoactinomyces, Micromonospora, Proactinomyces.

Xạ khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay là Streptomyces Các xạkhuẩn này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-50 0Crất thích hợp cho các quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ.

Nhóm nấm: Có nhiều loài nấm có khả năng phân giải cellulose mạnh

nhưng phần lớn chúng thường phân hủy cellulose khi nhiệt độ ở vào khoảng 20– 300C, pH trong khoảng từ 3,5 - 6,6 Vì vậy, chúng thường phân hủy cellulose

ở giai đoạn cuối của bể ủ, khi nhiệt độ bể ủ lạnh đi Một số nhóm nấm có khả

năng phân giải cellulose: Trichoderma viride, Penicillium pinophinum, T Reesei, Fusarium solani

2.3 Cơ sở lý, hóa học của quá trình ủ compost

Vi sinh vật không thể trực tiếp phân huỷ các hợp chất có cấu trúc đại phân

tử không tan trong nước Hợp chất này chỉ có thể chuyển hoá thành chất đơngiản như đường, amino acid, mỡ nhờ các enzym ngoại bào của vi sinh vật.Quá trình phân giải có thể được thông qua 3 con đường sau:

- Hợp chất cácbon tự nhiên thành đường đơn thông qua phân huỷ hoàn toàn

- Mỡ thành đường đơn và axit béo

- Protein thành amôn hoặc nitrat

Trong quá trình phân giải hiếu khí sản phẩm tạo ra sẽ là CO2, nước vàmuối, được vi sinh vật sử dụng chuyển hoá thành sinh khối vi sinh vật và hìnhthành hợp chất humate Tuy nhiên quá trình ủ compost không bao giờ xảy ratrong điều kiện hiếu khí hoàn toàn mà luôn kèm theo quá trình phân giải trongđiều kiện yếm khí Khi đó sản phẩm tạo ra sẽ là các axit hữu cơ mạch ngắn,

H2S và rượu Đây chính là các tác nhân gây mùi khó chịu trong quá trình ủcompost

Quá trình ủ compost là quá trình chuyển hoá của các chất có nhiệt năngcao thành các chất có nhiệt năng thấp, và như vậy luôn luôn gắn liền với việcthải năng lượng ra môi trường Do ủ compost là quá trình oxy hoá không hoàntoàn nên nhiệt năng sinh ra trong quá trình này thấp hơn nhiều so với nhiệtnăng được tạo thành do đốt nguyên liệu Nhiệt năng sinh ra trong quá trình ủcompost có tác dụng làm bay hơi nước của khối ủ và làm tăng nhiệt độ môitrường.

Kết quả nghiên cứu sự biến động nhịêt độ trong quá trình ủ compost từmột số nguồn nguyên liệu được tập hợp trong bảng 1

Bảng 1: Động thái nhiệt độ trong quá trình ủ compost với một số phế phụ

phẩm nông nghiệp, chế biến ( o C)

Bã bùn mía Bã dong riềng Phân gà Phân trâu, bò

độ cao (thermophil phase) đối với các nguyên liệu khó phân giải Nấm mốc tồn

tại trong điều kiện độ ẩm nguyên liệu thấp và phân giải các nguyên liệu có cấutrúc phức tạp

Chế biến compost là quá trình đồng bộ phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tốkhác nhau, bao gồm: Thành phần và hàm lượng các chất hữu cơ; Độ ẩm, cấutrúc nguyên liệu; Hàm lượng các chất dinh dưỡng và khoáng chất; Độ pH;Nồng độ oxy; Tiềm năng phân giải của vi sinh vật;…

Khả năng có thể phân giải được của một số nguồn nguyên liệu compostđược tổng hợp trong bảng 2

Bảng 2: Mức độ phân giải tối đa của một số nguyên liệu compost

Nguyên liệu tự nhiên:

- Xenlulo sau khi xử lý hoá chất

- Xenlulo sau khi xử lý cơ học

- Cỏ

- Cây thân gỗ lá nhọn

- Cây thân gỗ lá to

60,737,543,0Rau, quả

- Táo

- Khoai tây

65,363,4

2.4 Điều khiển quá trình ủ compost

a Độ ẩm:

Vi sinh vật chỉ có thể phát triển trong đống ủ ở điều kiện có có nước, vìvậy đơn vị nguyên liệu ủ phải được bao bọc bởi nước Lượng nước tối thiểutrong nguyên liệu phụ thuộc vào nhu cầu của vi sinh vật, trong khi đó nếu quánhiều nước sẽ dẫn đến tình trạng cạnh tranh giữa nước và không khí trong các

kẽ hở của đống ủ Lượng nước tối thiểu cần thiết cho quá trình ủ khoảng 20%.Đối với vi sinh vật yếu tố độ hoạt động của nước (giá trị Aw ) có vai trò quyếtđịnh Trị giá Aw tối thiểu được xác định là 0,94 tương đương với 27% độ ẩmcủa giấy báo xé nhỏ Lượng nước phù hợp nhất của khối ủ khi bắt đầu khoảng40-60%

b Cấu trúc nguyên liệu, nồng độ oxy và quá trình sục khí

Oxy rất cần thiết cho các vi sinh vật hiếu khí Để đảm bảo oxy cung cấpcho vi sinh vật thể tích khí trong đống ủ phải đạt khoảng 20-30% Điều này

phụ thuộc vào tính chất vật lý của nguồn nguyên liệu, khoảng cách giữa cácđơn vị nguyên liêụ với nhau và áp suất khí trao đổi Nguyên liệu được nghiềnnhỏ có tác dụng làm tăng khả năng phân giải của vi sinh vật song lại làm hạnchế lưu lượng khí trao đổi, vì vậy phải cân đối sao cho hai yếu tố này khôngđối nghịch nhau Thổi khí (sục khí) trong quá trình ủ có tác dụng ổn định nhiệt

độ khối ủ và làm khô nguyên liệu đồng thời tăng cường oxy cho vi sinh vậthoạt động Lượng khí cần thiết được xác định khoảng 2,50 lít không khí cho 1gam nguyên liệu khô

c Nhiệt độ

Quá trình ủ compost luôn gắn với việc giải phóng năng lượng Nhiệt độđống ủ tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào số lượng và chủng loại nguyênliệu Nhiệt độ phù hợp nhất cho quá trình ủ được nhiều nghiên cứu xác địnhkhoảng 55oC Nhiệt độ tăng lên quá 60oC quần thể vi sinh vật trong đống ủ sẽgiảm mạnh Với nhiệt độ trên 70oC độ hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm 10-15% so với nhiệt độ 60oC Ở nhiệt độ 75-82 oC người ta không còn xác địnhđược hoạt động nào của vi sinh vật Đối với nguyên liệu chứa nhiều xenlulonhiệt độ tối ưu được xác định là dưới 55 oC

d Thành phần dinh dưỡng của nguyên liệu

Số liệu trong bảng 1 cho thấy hàm lượng đạm trong các nguồn nguyên liệurất khác nhau Đảm bảo cho quá trình ủ xảy ra tốt nhất cần điều chỉnh tỉ lệ C/Nphù hợp cho nguồn nguyên liệu ủ Tỷ lệ này được xác định khoảng 20:1 đến30:1 Đối với nguyên liệu nguồn gốc từ gỗ tỷ lệ C/N có thể cao hơn khoảng35:1 đến 40:1 Thông thường người ta bổ sung vào nguyên liệu ủ các chất hữu

cơ tự nhiên giàu nitơ như thân cây họ đậu, bột máu Cùng với nitơ photphocũng là yếu tố cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật Tỷ lệ C/P phù hợp trongquá trình phân giải được xác định là 200:1 Photpho được bổ sung vào đống ủ

tốt nhất dưới dạng photphat hữu cơ, ngoài ra cũng có thể sử dụng bột quặnghoặc phân lân hoá học.

e Vi sinh vật khởi động và vi sinh vật làm giàu dinh dưỡng

Nguyên liệu chế biến compost luôn chứa sẵn quần thể vi sinh vật có khảnăng chuyển hoá hợp chất hữu cơ Đã có nhiều ý kiến cho rằng không cần thiếtphải bổ sung vi sinh vật phân giải chất hữu cơ vào khối ủ, song thực tế nghiêncứu và triển khai gần đây cho thấy, quá trình ủ compost sẽ xảy ra nhanh hơnkhi được bổ sung vi sinh vật Người ta thường bổ sung hỗn hợp vi khuẩn, xạkhuẩn và nấm mốc vào khối ủ sao cho mật độ vi sinh vật đạt khoảng 106-107

VSV/g cơ chất Ngoài ra để làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tạo rangười ta cũng bổ sung vào khối ủ sinh khối vi sinh vật cố định nitơ tự do và visinh vật chuyển hoá photphat khó tan Việc bổ sung các loại vi sinh vật có khảnăng phân huỷ xenlulo cao cùng các nguyên tố dinh dưỡng như đạm dạng hữu

cơ, lân dạng quặng photphorit và một số điều kiện môi trường khác đã giúp rútngắn thời gian sản xuất phân hữu cơ từ 4-6 tháng xuống còn khoảng vài tuần.Các vi sinh vật bổ sung trong quá trình sản xuất nhanh phân hữu cơ từ nguồn

phế thải giàu xenlulo là Aspergillus, Trichoderma, Penicillium., Pseudomonas, Bacillus và Azotobacter

2.5 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng compost

Chất lượng Compost được đánh giá dựa trên 4 yếu tố sau:

- Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóahọc, thuốc trừ sâu …)

- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinhdưỡng trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co,

Bo …)

- Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp ở mức không ảnh hưởng có hại tới câytrồng)

- Độ ổn định (độ chín, hoai) và hàm lượng chất hữu cơ

2.6 Những lợi ích và hạn chế của quá trình ủ compost

a Lợi ích

Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: Nhiệt của chất thải sinh ra từquá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 600C, đủ để làm mất hoạt tínhcủa vi khuẩn gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duytrì ít nhất một ngày Các sản phẩm của quá trình chế biến Compost có thể thải

bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trongchất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trìnhlàm phân Compost, các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như

NO3 thích hợp cho cây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biếnCompost bổ sung dinh dưỡng cho đất có khả năng làm giảm thất thoát dinhdưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng khôngtan Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải thiện nên giúp rễ cây phát triểntốt hơn

Làm khô nguyên liệu: Phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80– 95% nước, do đó chi phí thu gom vận chuyển và thải bỏ cao Làm khô

nguyên liệu trong quá trình ủ phân Compost là phương pháp lợi dụng nhiệt củachất thải sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học làm bay hơi nước chứa trongnguyên liệu.

Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Khi bón phân vi sinh với hàmlượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng khôngnhững làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh cho cây trồng hơn

so với các loại phân hóa học khác

b Hạn chế

Hàm lượng chất dinh dưỡng trong Compost không thoả mãn yêu cầu

Do đặc tính của chất thải hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vàothờigian, khí hậu và phương pháp chế biến phân, dẫn đến tính chất của sảnphẩm cũng khác nhau Bản chất của vật liệu làm Compost thường làm cho sựphân bố nhiệt độ trong khối phân không đồng đều, do đó đôi khi khả năng làmmất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh trong sản phẩm Compost cũng khônghoàn toàn

Hầu hết người nông dân vẫn thích sử dụng phân hóa học vì không quá đắttiền,dễ sử dụng và tăng năng suất cây trồng một cách rõ ràng

3 Những nghiên cứu nước ngoài về xử lý cơ chất hữu cơ

Đã có nhiều biện pháp xử lý rác thải nông nghiệp như đốt, chôn lấp, ủphân compost Ở Australia, Pháp, Indonesia, Malaysia, Miến Điện, Philippine,Tây Ban Nha và Thái Lan, rơm rạ và vỏ trấu thường được đem đốt Các nước

Mỹ, Đức, Italia đã xử lý bằng cách chôn vùi chiếm 60-80% rác thải nôngnghiệp [1] Nhiều nghiên cứu cho thấy vùi rơm rạ vào đất trồng lúa đã làmnăng suất lúa tăng 5-7% so với công thức đốt rơm rạ thành tro bón [11] TháiLan và Indonesia là những quốc gia ở khu vực Đông Nam Á sớm nghiên cứu

đưa rơm rạ vào sản xuất điện (theo Báo điện tử thông tin thương mại Việt Namngày 18/6/2008).

Bên cạnh việc sử dụng nguồn rác thải nông nghiệp để làm nhiên liệu (baogồm cả việc đốt trực tiếp lấy nhiệt, đốt lấy nhiệt để chạy các tuôcbin phát điệnhay để nuôi nấm mốc sản sinh etanol, sản xuất nhựa sinh học), để nuôi trồngthủy sản (trộn vào cùng thức ăn nuôi cá), để làm các vật liệu của công nghiệpsản xuất đồ gốm, sản xuất các vật liệu hấp phụ dùng trong xử lý nước thải, sảnxuất silic công nghiệp, đa số lượng rác thải còn lại bị đốt bỏ không sử dụng

Xử lý các phế phụ phẩm nông nghiệp bằng biện pháp hóa học, sử dụngammonia (urê) đã được quan tâm nghiên cứu từ lâu, ở Bangladesh (1981) vàcác nước Đông Nam Á trong những năm gần đây Phương pháp này có thể ápdụng cho các nông trại nhỏ Tuy nhiên sự ủng hộ từ nông dân đã không đượcnhư mong đợi Gần đây công nghệ này cũng đã được áp dụng ở Trung Quốc[27]

Trung Quốc là nước sản xuất gạo lớn và tạo ra 230 triệu tấn rơm/rạ mỗinăm, gồm thân, lá sau khi thu hoạch Rơm thường được sử dụng làm nguồnthức ăn cho gia súc, sưởi ấm nhà ở, sản xuất giấy Tuy nhiên, phần lớn trong sốrơm rạ lại bị tiêu hủy, gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Cácchuyên gia nghiên cứu thuộc trường Đại học Công nghệ Hóa học Bắc Kinhđang thử nghiệm phương pháp xử lý rơm bằng NaOH, mội loại dung dịch phổbiến giống như một loại kiềm ăn da Tác động của NaOH sẽ phá hủy một sốmắt xích trong hợp chất sinh học khó phá vỡ của rơm/rạ, cho phép hợp chấttrên dễ dàng bị tiêu hủy bởi vi khuẩn Toàn bộ quá trình sản xuất gas sinh họcsau xử lý bằng NaOH sẽ tăng từ 27-64,5%, nhờ phương pháp này người nôngdân có thêm thu nhập từ sản xuất khí sinh học và điều này đã khuyến khích họkhông đốt rơm/rạ ngoài cánh đồng nữa Đặc biệt Trung Quốc vừa xây dựng 3

trạm xử lý rơm thí nghiệm và bắt đầu xây dựng nhà máy điện chạy bằng rơmđầu tiên tại hạt Shanxian, phía đông tỉnh Sơn Đông Nhiều công nghệ đã được

áp dụng thành công trong xử lý rơm rạ bao gồm xử lý vật lý, hóa học và vi sinh[27, 30]

Vì vậy nghiên cứu xử lý rơm rạ thành nguồn thức ăn cho gia súc, nuôitrồng nấm đã được đầu tư từ lâu, và bởi vì sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đểcung cấp thức ăn cho gia súc, phân gia súc sau đó lại được sử dụng làm phânhữu cơ bón ruộng, đất đai được cải thiện dinh dưỡng, do đó mà năng suất câytrồng cũng tăng lên, đem lại lợi nhuận cho người nông dân, cũng như trongviệc bảo vệ môi trường

Ở nhiều nước như Nhật, Pháp, Hà Lan, Trung Quốc nuôi trồng nấm từ phếthải của ngành nông nghiệp như rơm rạ, mùn cưa, bông phế thải, bã mía, thân

lá ngô đã được chú trọng từ lâu bởi hiệu quả kinh tế từ nghề nuôi trồng nấmđem lại, nguồn nguyên liệu ít bị cạnh tranh với các ngành sản xuất khác, đồngthời giảm thiểu ô nhiễm môi trường Nguồn bã thải nuôi trồng nấm sau đó lạiđược sử dụng để sản xuất phân bón hữu cơ Hà Lan và Đài Loan là hai nước đãchế biến và xuất khẩu phân hữu cơ từ bã nấm Trồng nấm đã trở thành mộtngành công nghiệp thực phẩm lớn được cơ giới hóa toàn bộ từ khâu xử lýnguyên liệu đến thu hái nên năng suất và sản lượng rất cao [28] Ở Mỹ đã cócác dự án xây nhà, trường học, thậm chí công sở với các bức tường bằng rơm

rạ vừa không bị thấm nước, chống cháy, bảo toàn được năng lượng bên trong,vừa có thể chống giông bão, hữu ích cho môi trường

Theo Chaisit [26] đất ở các khu vực nhiệt đới chứa ít vật chất hữu cơ hơnđất ở các khu vực ôn đới bởi vì nhiệt độ và ẩm độ cao ở khu vực nhiệt đới sẽlàm gia tăng quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ Để giải quyết vấn đề này,nông dân ở các khu vực nhiệt đới được khuyến cáo nên sử dụng bón phân hữu

cơ hoặc vùi các phụ phẩm nông nghiệp vào đất Điều này không chỉ làm tănglượng hữu cơ trong đất mà còn đảm bảo ổn định năng suất và duy trì dinhdưỡng đất trong một thời gian dài.

Qua 3 năm các tác giả nghiên cứu trên vùng trồng lúa ở Califonia (Mỹ) đãcho thấy rằng hạt lúa lấy đi khoảng 45 kg K2O/ ha/ năm (1 vụ/ năm), trong khirơm rạ lấy đi khoảng gần 160 kg Khi cả rơm rạ và hạt lúa được lấy đi khỏiruộng thì lượng kali mất đi khoảng 210kg K2O/ ha/ vụ Với lượng lớn kali bịlấy đi như thế này thì dù có bón liều lượng kali thật cao (ví dụ 150kg K2O/ ha)thì cũng chưa bù đắp được cho cây lúa có một nền dinh dưỡng kali bền vững

để có thể đạt được năng suất cao ở các vụ sau Vì vậy, nếu trả lại rơm rạ choruộng lúa thì lượng bón kali hàng vụ có thể đủ để cân bằng dinh dưỡng kalicho cây lúa Ngoài ra nhiều nguyên tố dinh dưỡng khác cũng được trả lại đấtcùng rơm rạ, góp phần làm bền vững và cân bằng dinh dưỡng trong đất lúa[13]

Hiện nay nguồn rác thải trong nông nghiệp thường được xử lý bằngphương pháp sinh học, sử dụng công nghệ vi sinh có điều khiển, giảm đáng kể

sự ô nhiễm môi trường do nguồn rác thải này gây ra và đáp ứng nhu cầu vềphân bón hữu cơ vi sinh Xử lý rác thải nông nghiệp bằng công nghệ lên men

vi sinh vật là nhờ vi sinh vật có sẵn trong rác thải và vi sinh vật thuần chủng bổsung trong quá trình xử lý mà rác thải phân hủy thành những phần nhỏ hơn,hình thành sinh khối vi sinh vật và các chất khí như CH4, CO2. Quá trình ủ chấtthải hữu cơ là quá trình sinh học phân hủy chất hữu cơ và ổn định các thànhphần cuối cùng của chúng dưới tác động của vi sinh vật [27]

Trong các biện pháp xử lý và tái sử dụng rác thải thì biện pháp ủ hiếu khí

(aerobic composting) được quan tâm nhiều nhất, biện pháp này không những

rút ngắn quá trình ủ mà còn nâng cao chất lượng mùn rác và các vi sinh vật gâybệnh cũng như vi sinh vật sinh các chất độc không thể phát triển được [25] Bản chất của quá trình là chất thải hữu cơ được vi sinh vật có sẵn trongrác thải và vi sinh vật thuần chủng bổ sung trong quá trình xử lý phân giải tạothành các chất nhỏ hơn, sinh nhiệt cao, sản phẩm lên men chính là mùn

(humus) Quá trình diễn ra càng nhanh, thì lượng nhiệt sinh ra càng lớn Do

vậy, người ta đã đưa ra khái niệm cho quá trình ủ rác là “càng nóng, càng tốt”[32, 34] Do vậy, việc tuyển chọn các vi sinh vật sử dụng trong ủ rác khôngnhững phải có hoạt tính phân giải cao, mà còn phải chịu được nhiệt độ cao củađống ủ

Việc sử dụng vi sinh vật có hoạt tính phân giải hợp chất ligno-xenluloza

để xử lý phế thải nông nghiệp không những giúp chúng ta giải quyết được vấn

đề ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng được nguồn cacbon dồi dào này

Về công nghệ ủ rác, người ta cũng đưa ra nhiều loại mô hình khác nhau, cóloại cho rác vườn, có loại cho rác sinh hoạt, có loại cho rác thải nông nghiệp,cũng như các qui mô xử lý khác nhau [15] Dựa vào phương thức cung cấp oxyvào bể ủ rác thải có thể chia thành hai phương pháp ủ hiếu khí: lên men tự nhiên

có đảo trộn và lên men có thổi khí cưỡng bức [27,2]

Từ chỗ compost chỉ sản xuất bằng phương pháp thủ công truyền thốngphục vụ cho sản xuất nông lâm nghiệp, chưa thành sản phẩm bán trên thị trườngnhư phân hoá học, cho đến nay ở nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản, HànQuốc, Đài Loan compost đã trở thành sản phẩm bán rộng trên thị trường, vớiquy mô sản xuất công nghiệp Sản xuất và sử dụng compost đã phổ biến rộng rãitrên thế giới Tuy vậy ở một số nước vẫn nổi lên một số vấn đề như: Chất lượngthấp, lượng phân sử dụng lớn trên một đơn vị diện tích từ đó dẫn đến mức đầu tưcao

4 Những nghiên cứu trong nước về xử lý cơ chất hữu cơ

Trong những năm gần đây việc tái sử dụng phế phụ phẩm như rơm rạ đãđược nhiều nhà khoa học quan tâm Theo GS Nguyễn Vi (1993), rơm rạ lấy đi

từ đất một lượng lớn kali, bình quân khoảng 150 kg kali nguyên chất mỗi năm,nếu trả lại rơm rạ cho đất thì kho báu kali vẫn còn nguyên, nếu ta đem làm việckhác thì lượng kali mất mát quả là không nhỏ

Rơm rạ là nguồn hữu cơ quan trọng cung cấp kali, silic, kẽm cho câytrồng Hàm lượng silic ở rơm thay đổi từ 1,7 - 9,3% và bị ảnh hưởng của cácnhân tố khác, như: chất lượng đất, chất lượng nước tưới, lượng nước sử dụng,loại lúa và mùa vụ [2] Kali có nhiều trong các mô và cơ quan hoạt động traođổi chất Kali liên quan đến hoạt động của hơn 60 loại enzym thực vật Hàmlượng silic trong rơm và vỏ trấu cao hơn so với các bộ phận khác của cây lúa.Cung cấp hợp lý silic sẽ tạo cho cây khả năng phòng ngừa các loài sâu hại, cácbệnh về nấm - héo lá, đốm nâu, táp nắng, tàn rụi và hạt bị bạc màu [26]

Phế thải nông nghiệp (rơm rạ) là nguồn nguyên liệu sạch rất thích hợp choviệc làm phân ủ hữu cơ sinh học, cũng như làm cơ chất cho nuôi trồng nấm ăn

và nấm dược liệu và sau đó lấy bã thải nuôi trồng nấm làm nguyên liệu cho sảnxuất phân bón hữu cơ sinh học Từ một tấn nguyên liệu đem nuôi trồng nấm,sau khi trừ hết chi phí còn lãi từ 1-3 triệu đồng tùy thuộc vào mỗi loại nấm vàthị trường tiêu thụ, ngoài ra còn thu được 500 kg bã nấm để sản xuất phân bónhữu cơ [3,8]

Việc sử dụng phân hữu cơ sinh học có tầm quan trọng đặc biệt đối với mộtnước nông nghiệp như Việt Nam, không những làm cho môi trường trở nênsạch, đất tơi xốp, dễ canh tác, giữ nước nên tránh được xói mòn, mà còn trả lạicho đất những phần dinh dưỡng mà cây đã lấy đi, giảm thiểu được việc lạmdụng phân bón hóa học, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp hữu cơ sạch,

an toàn Các nghiên cứu gần đây cho thấy nhờ sử dụng cân đối phân khoáng và

phân ủ mà năng suất lúa tăng tới 30% Ngoài ra phân ủ còn là nguồn cung cấpchất hữu cơ quan trọng cho đất, đồng thời cải tạo tính chất lý hoá của đất.Nông nghiệp bền vững không thể không nói đến phân hữu cơ Đây là yếu tốquan trọng phục vụ thâm canh bảo đảm năng suất cao ổn định và nâng cao độphì nhiêu của đất (Đỗ Ánh, 1999) [28]

Từ những năm 60, các nhà khoa học Việt Nam đã bắt tay vào nghiên cứuphân bón sinh học sử dụng cho cây trồng Các phương pháp truyền thống trongsản xuất phân ủ được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi và có ý nghĩa quan trọngtrong việc nâng cao độ phì nhiêu của đất trồng Đến đầu những năm 80 của thế

kỷ trước, phân bón sinh học chính thức được đưa vào chương trình nghiên cứucấp nhà nước và kéo dài cho đến nay [21]

Trong những năm gần đây, có nhiều đề tài nghiên cứu xử lý rác thải bằngbiện pháp sinh học Nhiều đề tài đi sâu nghiên cứu phương pháp tuyển chọncác chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải các chất khó phân giải và phù hợpvới môi trường của bể ủ rác, tạo chế phẩm phù hợp và thử nghiệm trong thực tếcho thấy vừa rút ngắn thời gian xử lý, vừa tăng mùn rác và chất lượng mùn rácthu được [19]

Trong quá trình triển khai các đề tài KHCN cấp Nhà nước giai đoạn

1996-2000 và 2001-2005 về phân bón vi sinh vật các cán bộ khoa học, Viện Khoahọc Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (cũ) đã tiến hành nghiên cứu xử lý một sốnguyên liệu và phế thải giàu hợp chất cacbon thành các chất hữu cơ đơn giản

sử dụng làm cơ chất cho sản xuất phân bón hữu cơ sinh học trên nền chất mangkhông khử trùng [16]

PGS.TS Đào Châu Thu, TS Nguyễn Ích Tân cùng cộng sự thuộc Trungtâm Nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp bền vững thuộc trường Đại họcNông nghiêp Hà Nội đã hợp tác với khoa Sinh học và Kinh tế nông nghiệp, Đại

học Udine, Italia (2003-2005) tiến hành đề tài “Sản xuất phân hữu cơ từ rácthải hữu cơ sinh hoạt và phế thải nông nghiệp để dùng làm phân bón cho rausạch vùng ngoại ô nhiễm thành phố”

Trong giai đoạn 1999-2000 Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thựcphẩm đã thực hiện đề tài: “Công nghệ xử lý một số phế thải nông sản chủ yếu(lá mía, vỏ thải cà phê, rác thải nông nghiệp) thành phân bón hữu cơ sinh học”thuộc Chương trình Công nghệ Sinh học KHCN-02-04B

Hiện nay, ở nước ta có 2 nhà máy xử lý hiếu khí thành phần hữu cơ củarác thải sinh hoạt làm phân bón (Cầu Diễn - Hà Nội và Việt Trì -Phú Thọ).Trong nước cũng đã có nhiều dây chuyền sản xuất phân hữu cơ vi sinh đồng

bộ Các dây chuyền này thường sản xuất phân vi sinh từ mùn mía, than bùn…

5 Điều tra nguồn than bùn và phụ phẩm nông nghiệp tại tỉnh Yên Bái

5.1 Than bùn

Than bùn được hình thành do sự tích tụ và phân huỷ không hoàn toàn tàn

dư thực vật trong điều kiện yếm khí xảy ra liên tục

Quá trình này diễn ra tại các vùng trũng ngập nước Các vùng đất ngậpnước là những vùng có năng suất sinh học cao, điều kiện phát triển của thựcvật rất thuận lợi Tuy nhiên, lớp thổ nhưỡng tại các vùng này luôn trong điềukiện yếm khí; do đó, mặc dù sinh khối các loài cỏ sống trên mặt nước tăngnhanh, nhưng quá trình phân giải xác thực vật lại xảy ra chậm và không đạt tớigiai đoạn vô cơ hoá dẫn đến tích luỹ hữu cơ Tiếp theo cỏ là lau, lách, cây bụi,cây thân gỗ thay thế, kết hợp với quá trình kiến tạo địa chất, quá trình bồi tụ,lắng đọng phù sa đã chôn vùi kể cả cây thân gỗ, làm cho hữu cơ tích tụ thànhcác lớp và tạo thành than bùn

Than bùn đã qua sàng và nghiền phân loại, đáp ứng cho tiêu chuẩn sảnxuất phân bón hữu cơ vi sinh với các tiêu chuẩn như sau:

• Than bùn loại 1: hữu cơ: 30-35%, màu sắc: đen than, độ mịn: qua sàng3,5mm, độ ẩm: 20-30%

• Than bùn loại 2: hữu cơ: 17-25%, màu sắc: đen nhạt lẫn nâu, độ mịn:qua sàng 3,5mm, độ ẩm: 20-30%

• Than bùn loại 3: hữu cơ: nhỏ hơn 16%, màu sắc: nâu đen, độ mịn: quasàng 5mm, độ ẩm 20-35%

Than bùn Phù Nham – xã Phù Nham, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái cócấu tạo mỏ gồm hai lớp: Lớp 1 dài 820m rộng 300m, dày 0,3 - 1,3m, lớp thanbùn có chiều dày 0,5 - 1,5m Tổng trữ lượng ước tính 104.000 tấn Tại đây điềukiện giao thông tương đối thuận lợi trong quá trình khai thác Ngoài ra các vỉathan nâu, than lửa dài phân bố ven sông Hồng, sông Chảy

Bảng 3: Một số chỉ tiêu chất lượng của than bùn Phù Nham, Yên Bái

5.2 Nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp

rạ, thân lá ngô, lạc, đậu tương) và tại Trấn Yên là khoảng 34.290 tấn phế phụphẩm nông nghiệp Kết quả này cho thấy đây là nguồn một nguyên liệu hữu cơtại chỗ có giá trị cho sản xuất các loại phân hữu cơ phục vụ cho sản xuất nôngnghiệp, làm giảm chi phí sản xuất, hạn chế được ô nhiễm môi trường, mang lạihiệu quả kinh tế cao cho nông dân, đồng thời hướng nông nghiệp phát triểntheo hướng bền vững và an toàn

Bảng 4: Phân tích thành phần hóa học của PPP tại tỉnh Yên Bái năm 2011

Qua kết quả phân tích thành phần hóa học của phế phụ phẩm cho thấy,hàm lượng mùn ở các loại phế phụ phẩm đều cao Hàm lượng đạm tổng số khácao, cao nhất là lạc 1,75%, của lúa đạt mức trung bình 0,48 % Trung bình lântrong cây trồng dao động trong khoảng 0,2% (rơm, rạ) đến 0,6% (Cây họ đậu),kết quả phân tích các mẫu PPP tại tỉnh Yên Bái cho thấy, lân tổng số trong các

cây nghiên cứu đều đạt ở mức từ trung bình đến khá Hàm lượng kali trongthân lá lúa và ngô cao nhưng hàm lượng này trong thân lá đậu tương và lạc lại

ở mức trung bình

Nếu sử dụng toàn bộ lượng rơm rạ và thân lá ngô để bón cho cây trồngthì không những chỉ cung cấp nguồn hữu cơ cải tạo đất mà còn cung cấp cácchất dinh dưỡng cho đất Lượng dinh dưỡng từ rơm rạ và thân lá ngô cung cấpcho cây trồng hàng năm là 27,19 tấn N; 12,95 tấn P2O5; 46,72 tấn K2O Lượngdinh dưỡng nguyên chất đó tương đương với lượng phân bón là 46,45-59,11tấn urea; 64,62-80,94 tấn supelân và 67,45-77,87 tấn KCl Với giá phân bónhiện nay, thì hàng năm lượng dinh dưỡng cung cấp từ rơm rạ và thân lá ngô trịgiá 1,32-1,58 tỷ đồng

b Nguồn phụ phẩm chăn nuôi

Phế thải chăn nuôi là chất bài tiết của vật nuôi cùng thức ăn thừa và nước

vệ sinh, tồn tại dưới dạng rắn, lỏng hoặc hỗn hợp Thành phần chủ yếu của phếthải chăn nuôi là các hợp chất hữu cơ và nước, trong đó các hợp chất hữu cơkhi phân hủy tạo thành các loại khí gây ô nhiễm như CO2, H2S, NH3, N2O,

CH4….Phế thải chăn nuôi đồng thời chứa nhiều vi sinh vật có khả năng gâybệnh dịch cho người, động và thực vật Đã từ lâu phế thải chăn nuôi được sửdụng như một nguồn phân bón có vai trò tích cực trong sản xuất nông nghiệp

do hàm lượng cao của hữu cơ và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây và đấttrồng

Song song với việc khảo sát nguồn phế phẩm trồng trọt thì đề tài “Nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhẵm nâng cao năng suất, chất lượng chè an toàn tại tỉnh Yên Bái” cũng tiến hành điều tra, khảo sát và đánh giá tình hình

sử dụng nguồn chất thải chăn nuôi Kết quả thu được là: huyện Văn Chấncókhoảng 610.800 tấn chất thải chăn nuôi dạng rắn/ngày, huyện Trấn Yên có

khoảng 360.685 tấn chất thải chăn nuôi dạng rắn/ngày Kết quả này cũng chothấy, nguồn chất thải rắn trong chăn nuôi cũng có thể là một nguồn cơ chất chosản xuất phân bón.

Thành phần hoá học của các loại phân phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:Loại gia súc, thức ăn gia súc, độ tuổi gia súc, tình trạng sức khoẻ… Kết quảphân tích các mẫu phân của các loại gia súc, gia cầm trên địa bàn tỉnh Yên Báiđược thể hiện trong bảng 5

Bảng 5: Thành phần hoá học của một số loại phân gia súc, gia cầm

K2O) và trung lượng (CaO và MgO) đều cao Điều này cho thấy, trong sản xuấtphân bón hữu cơ chúng ta nên chú ý các loại phân gia cầm tuy lượng ít nhưnglại giàu dinh dưỡng

6 Phân hữu cơ vi sinh

Phân hữu cơ vi sinh (Microbial organic fertilizer) là phân trộn cơ học giữaphân vi sinh và phân hữu cơ Do hàm lượng dinh dưỡng của phân hữu cơ

không cao, nên phân hữu cơ vi sinh chủ yếu là dùng để bón lót hoặc dùng làmnguyên liệu để sản xuất phân phức hợp hữu cơ vi sinh.

Phân phức hợp hữu cơ vi sinh là loại phân có đầy đủ thành phần phân visinh, phân hữu cơ, phân vi lượng và phân vô cơ (NPK) Tùy thuộc vào nhu cầucủa sản xuất mà có thể cân đối phối trộn các loại phân nguyên liệu sao cho câytrồng phát triển tốt nhất mà không cần phải bón bất kỳ loại phân đơn nào Phânphức hợp hữu cơ vi sinh có thể dùng để bón lót hoặc bón thúc Loại phân này

có hàm lượng dinh dưỡng cao nên khi bón cần trộn với đất bột, hoặc bón xagốc để tránh hiện tượng xót cây Nếu sản xuất đúng công thức thì đây là loạiphân tốt nhất

Để có phân HCVS trước hết cần phải có chủng vi sinh vật hữu ích có hoạttính cao (khả năng phân giải lân, cố định đạm, khả năng phân giải xelluloza ),

có khả năng cạnh tranh cao với các vi sinh vật khác, chịu đựng những điềukiện khó khăn của môi trường và phát huy hoạt tính đó trong đất

Cơ chất hữu cơ dùng để sản xuất phân HCVS là phân ủ (compost) từ các

nguồn nguyên liệu hữu cơ Ba loại phân compost tồn tại phổ biến hiện nay là :

- Phân ủ chưa hoai mục (fresh compost): trong loại phân này các chất hữu

cơ đã qua giai đoạn ủ nhiệt độ, hết mùi, nhưng chưa hoai mục hoàn toàn Nó đãphân huỷ một phần, khi bón vào đất tiếp tục bị phân huỷ Loại phân này khôngbón trực tiếp vào rễ cây được

- Phân ủ hoai (compost): loại phân này đã hoai mục và mất mùi hoàn toàn,

song vẫn chưa hoàn toàn qua giai đoạn mùn hoá và khoáng hoá Không bóntrực tiếp vào rễ cây được

- Phân ủ hoai hoàn toàn (cured compost): Đã hoàn toàn hoai mục và qua

giai đoạn mùn hoá và khoáng hoá, bền vững và ổn định Có thể bón trực tiếpvào rễ cây

Kỹ thuật chủ yếu để sản xuất ba loại phân compost này là: Kỹ thuật truyền thống (phân động vật với các chất thải hữu cơ như rơm rạ, thân lá ngô cộng với một lượng phân hoá học trộn đều ủ kín) và kỹ thuật nhanh chóng

(phân động vật với các chất thải hữu cơ cộng với một lượng phân hoá học cộng

với một số chủng vi sinh phân giải chất hữu cơ trộn đều ủ kín)

Các nguyên tố khoáng đa, trung, vi lượng được phối trộn vào phân hữu cơgiúp làm tăng hàm lượng dinh dưỡng trong phân bón Tỷ lệ bổ sung cácnguyên tố khoáng này phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất phân bón cho từng loạicây trồng, trong từng giai đoạn sinh trưởng của cây, và cho từng vùng sản xuấtkhác nhau là khác nhau Hiện nay, có những loại phân HCVS đặc chủng chomột số cây trồng: như phân bón cho lúa, ngô, đậu tương,

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu

- Các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải cellulose, cố định nitơ, phângiải lân, kích thích sinh trưởng nhận từ nguồn gen của đề tài cấp Nhà nước

(2011- 2014): “Nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao năng suất chất lượng chè an toàn tại tỉnh Yên Bái”.

- Nguồn nguyên liệu thô thu thập tại các huyện Văn Chấn, Trấn Yên, tỉnhYên Bái như: rơm rạ sau thu hoạch, than bùn, thân lá lạc, thân lá đậu tương,phân chuồng, phân gia súc,…

- Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm: Do Bộ môn Vi sinh vật – Viện Thổnhưỡng Nông hóa cung cấp

2 Thời gian, địa điểm nghiên cứu

- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 3 năm 2012 đến tháng 12 năm 2012

- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm và Khu thí nghiệm nhà lưới của

Bộ môn Vi sinh vật, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa

3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Các môi trường dùng trong nghiên cứu:

Môi trường Hans: K2HPO4: 0,5g; KH2PO4: 0,5g; (NH4)2SO4: 1g;MgSO4.7H2O: 0,1g; CaCl2: 0,1g; NaCl: 6g; Cao men: 0,1g; CMC: 0,1g; Thạch:12g; H2O: 1.000ml; pH=7

Môi trường Gauze I: K2HPO4: 0,5g; KH2PO4: 0,5g; MgSO4.7H2O; NaCl: 0,5g;KNO3: 1g; FeSO4.7H2O: 0,01g; Tinh bột tan: 20g; thạch: 12g; CMC: 1g; H2O:1.000ml; pH=7

Môi trường Czapeck: Glucose 30,0g; NaNO3 3,0g; MgSO4.7H2O 0,5g;KCl 0,5g; FeSO4 7H2O 0,01g; K2HPO4 1,0g; Thạch 12g; Nước cất 1000 ml