Điều tra số lượng phế thải đồng ruộng và đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ tại xã Việt Hùng, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội

Từ xưa đến nay, nông nghiệp là một lợi thế to lớn của nước ta, với trên 9 triệu ha đất nông nghiệp, trong đó có 2 vùng đồng bằng phì nhiêu đó là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Cùng với việc tự do hóa sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa gạo đã giúp Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo. Ngoài ra còn có nông sản khác như cà phê, sợi, bông, cao su và trà. Bên cạnh mức tăng trưởng xuất khẩu nông sản còn đọng lại vấn đề các bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, thân cây, bã mía, vỏ dừa… Số liệu hàng trăm ngàn tấn nông sản xuất khẩu hàng năm tương ứng với con số gấp nhiều lần như thế về phế thải nông nghiệp. Tất cả các nguồn phế thải này một phần bị đốt gây ô nhiễm không khí gây ra hiệu ứng nhà kính, phần còn lại gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nguồn nước và là ổ dịch bệnh lây lan rất nguy hiểm trên đồng ruộng. Mặt khác, qua hoạt động sản xuất nông nghiệp, con người đã lấy đi khỏi đất hàng tỷ tấn vật chất mỗi năm thông qua sinh khối của cây trồng. Nhưng lại không trả lại cho đất lượng vật chất đã lấy đi nên đã làm cho đất ngày càng trở nên thoái hóa và bạc màu. Bên cạnh đó, để đảm bảo năng suất của cây trồng thì người dân phải sử dụng đến phân hóa học. Vì vậy việc xử lý phế phụ phẩm trên đồng ruộng không chỉ làm sạch môi trường đồng ruộng, mà còn góp phần tạo ra phân hữu cơ tại chỗ trả lại cho đất, giảm bớt chi phí cho người nông dân. Việt Hùng là một xã của huyện Đông Anh, dân số sống chủ yếu bằng nghề nông. Vì vậy lượng phế thải nông nghiệp sau khi thu hoạch là khá lớn. Trước đây, phần lớn phế thải nông nghiệp sau thu hoạch dùng để đun nấu, làm thức ăn cho gia súc. Tuy nhiên nhưng năm trở lại đây, đời sống người dân được cải thiện, họ không cần đến rơm rạ để đun nấu. Nhưng họ vẫn cần giải phóng ruộng để chuẩn bị cho vụ sau, giải pháp đốt rơm rạ trên đồng ruộng để chuẩn bị cho vụ sau là lựa chọn phổ biến nhất của bà con nông dân. Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe và làm mất an toàn giao thông trên nhiều tuyến đường. Xuất phát từ thực tế trên cùng với sự hướng dẫn của TS. Đinh Hồng Duyên – Bộ môn Vi sinh – Khoa Tài nguyên và Môi trường – Đại học Nông Nghiệp Hà Nội, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Điều tra số lượng phế thải đồng ruộng và đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ tại xã Việt Hùng, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội”.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này ngoài nỗ lực của bản thân em đãnhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình cảu các tập thể, cá nhântrong và ngoài trường

Trước hết, em xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo trongkhoa Tài Nguyên & Môi Trường – Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, cácthầy cô giáo trong bộ môn Vi Sinh Vật đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoànthành khóa luận tốt nghiệp

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo TS Đinh Hồng Duyên

đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian em thực tập tốt nghiệp

Khóa luận này sẽ không thể thực hiện được nếu không có lòng tốt và hiếukhách cảu người dân xã Việt Hùng, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội Emxin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cán bộ, nhân viên của UBND xá ViệtHùng, đã ủng hộ giúp đỡ nhiệt tình cho em thực hiện đề tài này

Cuối cùng em xin chân thanh cảm ơn gia đình, bạn bè đã khuyến khíchđộng viên em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Sinh viên

Ngô Thị Chang

DANH MỤC BẢNG

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ xưa đến nay, nông nghiệp là một lợi thế to lớn của nước ta, với trên 9triệu ha đất nông nghiệp, trong đó có 2 vùng đồng bằng phì nhiêu đó là đồngbằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long Cùng với việc tự do hóa sảnxuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa gạo đã giúp Việt Nam là nước thứ haitrên thế giới về xuất khẩu gạo Ngoài ra còn có nông sản khác như cà phê, sợi,bông, cao su và trà Bên cạnh mức tăng trưởng xuất khẩu nông sản còn đọng lạivấn đề các bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch nhưrơm rạ, vỏ trấu, thân cây, bã mía, vỏ dừa… Số liệu hàng trăm ngàn tấn nông sảnxuất khẩu hàng năm tương ứng với con số gấp nhiều lần như thế về phế thảinông nghiệp Tất cả các nguồn phế thải này một phần bị đốt gây ô nhiễm khôngkhí gây ra hiệu ứng nhà kính, phần còn lại gây ô nhiễm nghiêm trọng môitrường đất, nguồn nước và là ổ dịch bệnh lây lan rất nguy hiểm trên đồng ruộng

Mặt khác, qua hoạt động sản xuất nông nghiệp, con người đã lấy đi khỏiđất hàng tỷ tấn vật chất mỗi năm thông qua sinh khối của cây trồng Nhưng lạikhông trả lại cho đất lượng vật chất đã lấy đi nên đã làm cho đất ngày càng trởnên thoái hóa và bạc màu Bên cạnh đó, để đảm bảo năng suất của cây trồng thìngười dân phải sử dụng đến phân hóa học

Vì vậy việc xử lý phế phụ phẩm trên đồng ruộng không chỉ làm sạch môitrường đồng ruộng, mà còn góp phần tạo ra phân hữu cơ tại chỗ trả lại cho đất,giảm bớt chi phí cho người nông dân

Việt Hùng là một xã của huyện Đông Anh, dân số sống chủ yếu bằngnghề nông Vì vậy lượng phế thải nông nghiệp sau khi thu hoạch là khá lớn.Trước đây, phần lớn phế thải nông nghiệp sau thu hoạch dùng để đun nấu, làmthức ăn cho gia súc Tuy nhiên nhưng năm trở lại đây, đời sống người dân đượccải thiện, họ không cần đến rơm rạ để đun nấu Nhưng họ vẫn cần giải phóngruộng để chuẩn bị cho vụ sau, giải pháp đốt rơm rạ trên đồng ruộng để chuẩn bịcho vụ sau là lựa chọn phổ biến nhất của bà con nông dân Việc đốt rơm rạ gây

ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe và làm mất an toàn giao thôngtrên nhiều tuyến đường.

Xuất phát từ thực tế trên cùng với sự hướng dẫn của TS Đinh HồngDuyên – Bộ môn Vi sinh – Khoa Tài nguyên và Môi trường – Đại học Nông

Nghiệp Hà Nội, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Điều tra số lượng phế thải đồng ruộng và đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ tại

xã Việt Hùng, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội”.

1.2 Mục đích, yêu cầu

1.2.1 Mục đích:

- Điều tra số lượng và đánh giá hiện trạng, các hình thức sử dụng, xử lýphế thải đồng ruộng tại xã Việt Hùng, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội

- Đánh giá hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ tại địa phương

- Đề xuất một số biện pháp xử lý có hiệu quả phù hợp với đặc điểm củađịa phương

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1 Thực trạng sản xuất nông nghiệp và phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam

2.1.1 Thực trạng sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam

2.1.1.1 Khái niệm và một số thuật ngữ về nông nghiệp

Nông nghiệp là quá trình sản xuất lương thực, thực phẩm, tơ, sợi và sản

phẩm mong muốn khác bởi trồng trọt những cây trồng chính và chăn nuôi đàngia súc ( nuôi trong nhà) Công việc nông nghiệp cũng được biết đến bởi nhữngngười nông dân, trong khi đó các nhà khoa học, những nhà phát minh thì tìmcách cải tiến phương pháp, công nghệ và kỹ thuật để làm tăng năng suất câytrồng vật nuôi [7]

Nông nghiệp thuần nông hay nông nghiệp sinh nhai là lĩnh vực sản

xuất nông nghiệp có đầu vào hạn chế, sản phẩm đầu ra chủ yếu phục vụ chochính gia đình Không có sự cơ giới hóa trong nông nghiệp sinh nhai [7]

Nông nghiệp chuyên sâu: là lĩnh vực sản xuất nông nghiệp được chuyên

môn hóa trong tất cả các khâu sản xuất nông nghiệp, gồm cả việc sử dụng máymóc trong trồng trọt, chăn nuôi, hoặc trong quá trình chế biến sản phẩm nôngnghiệp Nông nghiệp chuyên sâu có nguồn đầu vào sản xuất lớn, bao gồm cảviệc sử dụng hóa chất diệt sâu, diệt cỏ, phân bón, chọn lọc, lai tạo giống, nghiêncứu các giống mới và mức độ cơ giới hóa cao Sản phẩm đầu ra chủ yếu dùngvào mục đích thương mại, làm hàng hóa bán ra thị trường hay xuất khẩu [7]

Nông nghiệp hiện đại vượt ra khỏi sản xuất nông nghiệp truyền thống,

loại sản xuất nông nghiệp chủ yếu tạo ra lương thực cho con người hay làm thức

ăn cho các con vật Các sản phẩm nông nghiệp hiện đại ngày nay ngoài lươngthực, thực phẩm truyền thống phục vụ cho con người còn các loại khác như: sợidệt( sợi bông, sợi len, lụa, sợi lanh), chất đốt ( mêtan, dầu sinh học, ethanol…),

da thú, cây cảnh, sinh vật cảnh, chất hóa học ( tinh bột, đường, mì chính, cồn,

nhựa thông), lai tạo giống, các chất gây nghiện cả hợp pháp và không hợp phápnhư ( thuốc lá, cocaine…) [7].

Thế kỷ 20 đã trải qua một sự thay đổi lớn trong sản xuất nông nghiệp, đặcbiệt là sự cơ giới hóa trong nông nghiệp và ngành sinh hóa trong nông nghiệp.Các sản phẩm sinh hóa nông nghiệp gồm các hóa chất để lai tạo, gây giống, cácchất trừ sâu, diệt cỏ, diêt nấm, phân đạm [7]

2.1.1.2 Thực trạng sản xuất nông nghiệp trên thế giới

Trong báo cáo Triển vọng mùa màng và tình hình lương thực, Tổ chứcNông Lương LHQ (FAO) dự báo tổng sản lượng ngũ cốc của vụ mùa 2011-

2012 sẽ đạt mức 2.310 triệu tấn, tăng 68 triệu tấn (3%) so với vụ mùa 2011[16]

2010-Tổng sản lượng lúa mì trên thế giới năm 2010/11 đạt 657,3 triệu tấn, giảm1% so với 682,4 triệu tấn của năm 2009/10, song vẫn khá cao so với sản lượngbình quân của 5 năm qua Tổng sản lượng ngũ cốc thô thế giới đạt 1136,5 triệutấn trong năm 2010/2011, tăng 1,9% so với 1115,1 triệu tấn của năm 2009/10.Tổng sản lượng gạo thế giới năm 2010/2011 đạt 474,2 triệu tấn, tăng 4,5% sovới 453,9 triệu tấn của năm 2009/10

Trong tổng sản lượng lương thực dạng hạt trên thế giới nêu trên, tổng sảnlượng của các nước đang phát triển đạt 1286,8 triệu tấn, tăng 4,8% so vơi năm2009/10 và tổng sản lượng của các nước phát triển đạt 999,2 triệu tấn, giảm2,4% so với năm 2009/10 [13]

Theo FAO, trong vòng 25 – 50 năm tới sản lượng lương thực cần phảităng gấp đôi nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực cảu dân số thế giới sẽ tăngkhoảng 3 tỷ người vào năm 2050 [7]

2.1.1.3 Thực trạng sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam

Theo báo cáo 12 tháng năm 2011 ngành nông nghiệp và phát triển nôngthôn, tổng sản lượng lương thực có hạt cả năm ước tính đạt 46,97 triệu tấn, tăng2,34 triệu tấn (+ 5,2%) so với năm 2010; trong đó sản lượng lúa tiếp tục đuợcmùa cả ba vụ, đạt 42,3 triệu tấn, tăng 2,3 triệu tấn ( +5,8%), sản lượng ngô đạt

4,7 triệu tấn, tăng 21 nghìn tấn ( +0,4%) Diện tích cho sản phẩm và sản lượngcủa hầu hết các loại cây công nghiệp lâu năm đều tăng co với năm trước nhưdiện tích cho sản phẩm cà phê đạt 533,8 nghìn ha, tăng 3% và cao su đạt 471,9nghìn ha, tăng 7,5% Do diện tích cho sản phẩm tăng, nên sản lượng nhiều câycông nghiệp lâu năm chủ lực tăng so với năm trước như cà phê đạt 1167,9 nghìntấn, tăng 5,0%, cao su đạt 811,6% nghìn tấn, tăng 8,0% và hồ tiêu ước tình đạt109,4 nghìn tấn, tăng 3,8% [12].

Sản lượng lương thực tăng là do chúng ta đã áp dụng các nghiên cứu và

sử dụng các giống lúa cao sản trong trồng trọt Chính điều này đã đưa Việt Nam

từ nước nhập khẩu gạo trở thành một trong ba nước xuất khẩu gạo lớn nhất trênthế giới

2.1.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam

Để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực trong giai đoạn hiện nay, đòi hỏicác quốc gia trên thế giới không ngừng mở rộng diện tích sản xuất, sản lượngnhư áp dụng các tiến bộ KH – KT nâng cao năng suất, sản lượng nông sản.Đồng nghĩa với việc này là ngành nông nghiệp cũng để lại một lượng các chấtthải rắn hằng năm rất lớn

2.1.2.1 Khái niệm, nguồn gốc, thành phần và phân loại phế thải đồng ruộng

a Khái niệm:

Phế thải đồng ruộng là các chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sảnxuất nông nghiệp ngoài đồng ruộng như trồng trọt, thu hoạch : Rơm rạ, thân láthực vật, bao bì đựng phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật…

b Nguồn gốc:

Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn đồng ruộng từ nhiều nguồn khác nhau

và được thể hiện qua sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.1: Các nguồn phát sinh chất thải rắn nông nghiệp

Phế thải đồng ruộng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như trong quátrình trống trọt, thu hoạch nông sản, quá trình sử dụng thuốc BVTV, quá trìnhbón phân, kích thích sinh trưởng Trong quá trình trồng trọt, phế thải đồng ruộngchính là các xác thực vật đã chết, cành lá được cặt tỉa và các loại cây cỏ bị conngười loại bỏ trong khi chăm sóc cây trồng Trong quá trình sinh trưởng của cây,

để giúp cây phát triển tốt và chống lại các loại sau bệnh con người đã sử dụngcác loại HCBVTV, các loại phân bón hóa học để bón cho cây trồng nhưng chai

lọ và bao bì đựng các hóa chất đó lại bị vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở thànhphế thải đồng ruộng Ngoài ra, phế thải đông ruộng còn phát sinh trong quá trinhthu hoạch nông sản

c Thành phần:

Phế thải đồng ruộng mà chủ yếu là phế thải hữu cơ có thành phần rấtphong phú và đa dạng Tuy nhiên, tựu chung chúng đều thuộc 2 nhóm hợp chấtchính là :

Quá trình bón phân, kích thích sinh trưởng ( bao bì chứa đựng…)

PHẾTHẢIĐỒNG RUÔNG

Nhóm hợp chất hữu cơ chứa

d Phân loại:

Phế thải đồng ruộng được phân loại theo nguồn gốc phát sinh, tính nguyhại, thành phần hóa học cũng như khả năng phân hủy sinh học

Theo nguồn gốc phát sinh: Phế thải đồng ruộng gồm các phế thải có

nguồn gốc từ các phế phụ phẩm trồng trọt và từ các bao bì đựng các hóa chất sửdụng trong nông nghiệp

Các phế phụ phẩm trồng trọt gồm các loại phế thải trong quá trình thuhoạch và chế biến nhiều loại cây trồng khác nhau như; các loại rơm, rạ sau khithu hoạch lúa tại các cánh đồng, các loại lá, thân cây, cỏ dại tại các vườn cây,các phần dập của cây lúa không sử dụng được ở các ruộng sau khi thu hoạch…

Chất thải từ các bao bì đựng hóa chất sử dụng trong nông nghiệp gồmchai, lọ…bằng thủy tinh hoặc nhựa được dùng làm vỏ đựng thuốc trừ sâu, trừ

cỏ, thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử dụngđược thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân đạm, phânlân và kể cả các hóa chất BVTV đã quá hạn sử dụng… Đây là các vật phẩm csotính nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích hợp

Theo tính chất nguy hại: Phế thải đồng ruộng gồm hai loại: phế thải

nguy hại và phế thải thông thường

Phế thải nguy hại là chất thải có chứa các chất hoặc các hợp chất gâynguy hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất khác gây nguy hại gián tiếp tớimôi trường và sức khỏe con người Chúng có một trong các thành phần như sau:

đồ dùng thủy tinh ( chai lọ đựng hóa chất BVTV hoặc thuốc trừ sâu, thuốc diệtcôn trùng, bả chuột…); đồ nhựa ( bình xịt hóa chất BVTV, găng tay bảo hộ…);dược phẩm ( thuốc còn sót lại trong vỏ đựng…) Nếu những chất thải này khôngđược tiêu hủy sẽ gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người

Phế thải thông thường gồm các chất thải không chứa các chất và hợp chất

có một trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường vàsức khỏe con người, bao gồm rơm rạ, thân lá thực vật… Trong thực tế, sự phânbiệt giữa phế thải đồng ruộng nguy hại và thông thường là tương đối phức tạo vàkhó khăn, dặc biệt đối với tình hình sản xuất nông nghiệp manh mún nhỏ lẻ như

ở nước ta hiện nay

Theo thành phần hóa học: phế thải đồng ruộng còn được phân thành phế

thải hữu cơ và phế thải vô cơ

Phế thải hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong phế thải đồng ruộng baogồm các phế phụ phẩm trồng trọt như: rơm rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu, bã mía…Theo thống kê, 95% lượng chất thải rắn hữu cơ trong nông nghiệp có khả năngtận dụng làm phân bón hoặc thu hồi nhiệt lượng

Phế thải vô cơ bao gồm các túi đựng phân hóa học, túi đựng thuốc trừ sâu,bảo vệ thực vật, chai lọ đựng thuốc trừ sâu, bình phun hóa chất bảo vệ mùamàng đã hỏng…

Theo khả năng phân hủy sinh học: Phế thải đồng ruộng còn được phân

thành chất có khả năng và không có khả năng phân hủy sinh học

Chất thải có khả năng phân hủy sinh học là các chất thải có thành phầnhữu cơ cao và chứa thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho quá trình sinh trưởngcủa các VSV Các chất thải có khả năng phân hủy sinh học tốt như: cỏ dại, lácây…, các chất có khả năng phân hủy sinh học kém hơn như: rơm rạ, thân cây

Còn chất thải không có khả năng phân hủy sinh học là các chất vô cơ như; kimloại, thủy tinh, nhựa.

2.1.2.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới

Theo số liệu năm 2001 thì lượng chất thải hữu cơ trên thế giới có số lượngnhư sau:

Bảng 2.2 Lượng chất thải hữu cơ trên thế giới năm 2001

Tàn dư thực vật trên đồng ruộng 1200

Chất thải công nghiệp thực phẩm 420

Nguồn: Báo cáo đề tài nhà nước KHCN 02-04 1996- 2000

Từ bảng trên ta thấy, khối lượng phế thải hàng năm của ngành nôngnghiệp thải ra ngoài môi trường là rất lớn, với khối lượng 1200 triệu tấn/ năm.Trong khi đó, các loại chất thải khác như bùn thải là 650 triệu tấn/ năm, rác sinhhoạt là 400 triệu tấn/ năm, rác vườn là 690 triệu tấn/ năm và chất thải côngnghiệp thực phẩm là 420 triệu tấn/ năm Như vậy, phế thải nông nghiệp có khốilượng lớn nhất trong các loại chất thải và chiếm khoảng 35,7% tổng khối lượng

2.1.2.3 Thực trạng phế thải đồng ruộng ở Việt Nam

Việt Nam là một nước nông nghiệp, gạo là mặt hàng xuất khẩu thế mạnh.Với tổng diện tích gieo trồng hàng năm đến 7,6 triệu ha, năng suất đạt 4 – 4,5tấn/ha, sản lượng lúa đạt 35 triệu tấn Do đó, lượng phế thải để lại hàng nămcũng rất lớn, ước tính khoảng gần 31 triệu tấn rơm rạ Ngoài ra, cả nước còn cóhơn 1 triệu ha trồng ngô cho sản lượng khoảng 3,8 triệu tấn và để lại lượng phếthải trên 10 triệu tấn mỗi năm

Trên đây chỉ là kết quả tính toán cho một số cây lương thực chủ yếu nhưlúa, ngô… ngoài ra trên thế giới và Việt Nam, hàng năm còn có một lượng lớn

diện tích các loại cây trồng khác như cà phê, chè, cao su, mía, lạc đậu, rau…cũng để lại một lượng phế thải đáng kể.

2.2 Tác động của phế thải đồng ruộng đến môi trường và sức khỏe con người

Theo các số liệu thống kê ở trên cho thấy lượng phế thải do hoạt độngnông nghiệp để lại hàng năm là rất lớn Nếu lượng phế thải này không được xử

lý, quản lý chặt chẽ thì nó sẽ làm nảy sinh một số vấn đề như ảnh hưởng đếnmôi trường đất, môi trường nước, không khí và sức khỏe cộng đồng

Tác động của phế thải đồng ruộng tới môi trường đất là không đáng

kể vì thành phần của chúng chủ yếu là chất hữu cơ có tác dụng tốt đối với đất vàcây trồng

Tác động của phế thải đồng ruộng tới môi trường nước là việc các loạichất thải nguy hại không được thu gom hợp lý bị rửa trôi gây ô nhiễm môitrường nước mặt và nước ngầm Ngoài ra việc thải bỏ bừa bãi các loại chất thải

vô cơ, đặc biệt là chất thải có tính nguy hại sẽ góp phần làm thoái hóa đất, giảm

độ tơi xốp và màu mỡ của đất

Quá trình lưu giữ và tận dụng lại chưa hợp lý phế thải đồng ruộng cũngdẫn tới những ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí Khí hậu nhiệt đới nóng

ẩm mưa nhiều ở nước ta là điều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ phânhủy, thúc đẩy quá trình lên men, thối rữa và tạo mùi khó chịu cho con người.Các chất khí: H2S, NH4, SO2… phát sinh trong quá trình phân hủy chất thải hữu

cơ nông nghiệp ngay trên đồng ruộng, hoặc tại những đống ủ phân xanh là cáctác nhân chủ yếu tác động tới môi trường không khí

Ngoài ra, trong quá trình thu hoạch lúa, rơm rạ được người dân đốt ngaytrên đường đã làm ảnh hưởng đến giao thông và gây tai nạn cho những ngườitham gia giao thông

Thông qua những tác động trực tiếp đến môi trường, gây ảnh hưởng xấuđến môi trường và gây ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe của người dân như gây

ra các bệnh về hô hấp, tiêu hóa…Vì vậy, cũng cần có các biện pháp xử lý, quản

lý thích hợp vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu được các tác độngxấu tới môi trường.

2.3 Tính kinh tế trong quản lý và xử lý phế thải đồng ruộng

2.3.1 Tính kinh tế của phế thải đồng ruộng

Hiện nay, lượng chất thải rắn nông nghiệp của cả nước ta ước tính hàngnăm khoảng 150 triệu tấn Nếu tính giá trị sử dụng năng lượng thì nó tươngđương khoảng 20 triệu tấn than cám hoặc trên 9 triệu tấn dầu thô [19] Chính vìvậy, nếu chúng ta sớm có kế hoạch khai thác sử dụng hợp lý với các chính sáchphát triển thích hợp thì nó sẽ trở thành một nguồn năng lượng đáng kể mang lạihiệu quả cao cả về kinh tế - xã hội lẫn môi trường bởi vì:

- Đây là nguồn năng lượng tái tạo, sản lượng khai thác năm sau cao hơnnăm trước ( không mất đi khả năng dự trữ)

- Khi đốt trung hòa về phát thải CO2

- Lượng phát thải SO2 coi như không có

- Lượng NOx không đáng kể

- Nhiệt trị của một số phế thải đồng ruộng chủ yếu tương đối cao:

+ Nhiệt trị của rơm + ngọn, lá mía : 2500 kcal /kg

+ Nhiệt trị của bã mía là : 1850 Kcal / kg [19]

Tuy nhiệt trị của các phế thải đồng ruộng nói trên tương đối cao Nhưnghiện nay, hầu hết ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung đều sử dụng làm chất đốtcho đun nấu hộ gia đình, làm phân bón và các biện pháp sử dụng khác…, còn ởcác tỉnh miền Nam, chỉ một phần nhỏ được sử dụng để đốt gạch, số còn lại đếnnay vẫn chưa có kế hoạch sử dụng và chủ yếu đổ ra sông ngòi

Phế thải đồng ruộng không chỉ đơn thuần có giá trị năng lượng cao màcòn có giá trị vật chất rất thiết thực đối với quá trình sản xuất nông nghiệp vàmột số lĩnh vực công nghiệp khác

Trước đây, các phế thải đồng ruộng được người dân tận dụng tối đa để tái

sử dụng làm chất đốt cho gia đình, làm giá nấm, làm thức ăn gia súc, vật liệuđộn chuồng

Trong xử lý phế thải đồng ruộng bằng phân hủy kị khí, khí sinh học tạo rađược sử dụng làm chất đốt cho gia đình, bã thải đặc có hàm lượng chất dinhdưỡng cao, giàu hữu cơ, nhiều acid Humic là nguồn phân hữu cơ an toàn đề bónruộng, ngoài ra bã thải của quá trình còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiếtcho động vật như những nguyên tố: Ca, P, N và một số nguyên tố vi lượng khácnhư Cu, Zn, Mn, nhiều acid amin, enzim, do đó còn được dùng làm thức ăn chochăn nuôi Nước thải của túi biogas dùng để nuôi tảo, thực vật phù du khác, làmthức ăn giàu dinh dưỡng cho cá.

Ngoài ra, các phế phụ phẩm nông nghiệp nếu được quan tâm quản lý tốtthì có thể cung cấp làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất giấy và gỗ ván ép,dùng cho sản xuất nhiệt điệ,…đem lại hiệu quả kinh tế cao

2.3.2 Tính kinh tế trong quản lý phế thải đồng ruộng

Việc đưa ra các biện pháp quản lý thích hợp đối với phế thải nông nghiệpkhông chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về môi trường mà còn tận dụng được giá trịvật chất và năng lượng một cách hiệu quả Các hình thức quản lý chất thải rắnnông nghiệp có ý nghĩa lớn về môi trường, xã hội và kinh tế thông qua hình thứcthu gom, phân loại và vận chuyển; ngăn ngừa; tái sử dụng; tái chế chất thải

Nếu như công tác thu gom, phân loại được thực hiện tốt thì phế thải đồngruộng có thể được tái chế, tái sử dụng làm nguyên liệu và sản xuất năng lượng:dùng rơm rạ để làm giá thể nuôi nấm rơm; làm vật liệu độn chuồng; xử lý rồidùng làm phân bón, làm thức ăn chăn nuôi; để sản xuất giấy và gỗ ván ép; đểsản xuất điện hoặc sản xuất khí đốt phục vụ cho sinh hoạt và cho sản xuất

2.3.3 Tính kinh tế trong xử lý phế thải đồng ruộng

Như vậy, việc quản lý phế thải đồng ruộng phù hợp mang lại lợi ích về xãhội, môi trường và kinh tế thì việc xử lý một lượng lớn phế thải đồng ruộng quachế tạo phân compost và thu hồi khí cũng mang lại lợi ích kinh tế vô cùng tolớn

Việc xử lý phế thải đồng ruộng bằng phương pháp ử phân compost cungcấp lượng phân bón rất lớn cho trồng trọt, còn nếu được xử lý bằng phươngpháp Biogas thì có thể cung cấp một lượng khí đốt rất lớn phục vụ cho sinh hoạt

và các mục đích khác

Phế thải đồng ruộng là các chất rắn dễ cháy và có khả năng cung cấp mộtlượng nhiệt rất lớn Vì vậy, từ xa xưa người nông dân đã biết sử dụng phế thảinông nghiệp để đun nấu, sưởi ấm Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của khoahọc kĩ thuật, người ta đã nghiên cứu và ứng dụng một số công nghệ đốt sử dụngphế thải nông nghiệp để thu hồi nhiệt lượng phục vụ cho việc phơi sấy nông sản,

để phát điện…

Từ những lợi ích nêu trên đã cho thấy, phế thải đồng ruộng có thể manglại những lợi ích thiết thực về kinh tế - xã hội, về môi trường và sức khỏe conngười Đồng thời, cũng có thế gây ra những ảnh hưởng không nhỏ nếu như nókhông được xử lý và quản lý chặt chẽ Vì vậy, quản lý và xử lý phế thả đồngruộng là một vấn đề cần được quan tâm đúng mức

2.4 Các biện pháp xử lý phế thải đồng ruộng hiện nay

Sau đây một số phương pháp điển hình được áp dụng nhiều trên thế giới

và Việt Nam hiện nay:

2.4.1 Phương pháp đốt

Đây là biện pháp được xử lý khá phổ biến trong xử lý phế thải đồng ruộnghiện nay, do lượng phế thải quá nhiều và rất dễ cháy Phương pháp này vốnđược người dân Nam bộ sử dụng từ lâu để tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồngruộng và tro sau quá trình đốt được xem là phân bón Hiện tượng đốt phế thảinông nghiệp ngay trên đồng ruộng hiện nay đã lan ra cả những vùng đồng bằngsông Hồng

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ làm, giảm giá thành và giảmthiểu sâu bệnh hại trên đồng ruộng

Ngoài ra, phương pháp này có nhược điểm là gây mất mát một lượng lớnchất dinh dưỡng, gây ô nhiễm môi trường không khí rất nghiêm trọng, gây hiệuứng nhà kính và các bệnh hô hấp, gây hiện tượng khói mù cản trở tầm nhìn củangười điều khiển phương tiện giao thông, vừa mất chất hữu cơ Vì vậy, trongtương lai gần phương pháp này cần phải được loại bỏ.

2.4.2 Biện pháp vùi trực tiếp vào đất, trên đồng ruộng

Phế phụ phẩm sau thu hoạch được vùi trực tiếp vào đất, sau đó các vi sinhvật sẽ phân hủy chúng để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng vụ sau, cải thiệncác đặc tính lý hóa, sinh học cuả đất, nâng cao độ phì nhiêu của đất để sản xuất

ổn định lâu dài

Ưu điểm của phươnng pháp này là trả lại cho đất hầu hết các nguyên tốdinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi từ đất, kiểm soát được sâu bệnh còn sót trênnhững phế thải

Bên cạnh những lợi ích thì việc vùi rơm rạ vào đất có một só nhược điểmnhư: tốn chi phí, có thế gây ra một số bệnh cho lúa, có thể làm chậm sự sinhtrưởng và làm giảm năng suất lúa

2.4.4 Phương pháp đổ trực tiếp ra sông ngòi

Phế phụ phẩm sau thu hoạch được bỏ lại trên đồng ruộng hay vứt bừa bãitrên mương máng gây ô nhiễm nghiêm trọng Biện pháp này cần phải laoị bỏ vìgây ảnh hưởng nghiệm trọng tới môi trường và con người

Ưu điểm của phương pháp này là dễ làm, không tốn công lao động, khôngtốn chi phí

Bên cạnh đó phương pháp này có khá nhiều nhược điểm như: làm mấtchất dinh dưỡng của đất; ảnh hưởng đến mỹ quan; gây ô nhiễm môi trường nước

và ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân do phế thải đồng ruộng vứt xuốngmương máng bị phân hủy gây ô nhiễm nguồn nước, trong quá trình phân hủyphế thải còn tạo ra các vi khuẩn gây bệnh cho con người, quá trình phân hủy phếthải gây mùi khó chịu

2.5 Cơ sở khoa học của việc xử lý phế thải nông nghiệp bằng vi sinh vật

2.5.1 Xenluloza, cơ chế thủy phân và vi sinh vật phân giải Xenluloza

 Đặc điểm xenluloza

Xenluloza là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, chiếm tới50% tổng số hydratcacbon trên trái đất Trong vách tế bào thực vật, xenlulozatồn tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polisaccarit khác với hemi-xeluloza,pectin và lignin tạo thành lien kết bền vững [15]

Xenluloza là một plyme mạch thẳng gồm các anhydroglucoza trongmối liên kết -1,4 glucozit Mức độ trùng hợp của xenluloza tự nhiên có thể đạt10.000-14.000 đơn vị glucoza trên phân tử [1], trọng lượng tương ứng là 1,5triệu Dalton với chiều dài phân tử có thể lớn hơn hoặc bằng 5m Các chuỗixeluloza gần nhau thường kết hợp với nhau tạo thành các sợi có đường kínhkhoảng 10-40nm, những sợi hợp lại với nhau thành bó sợi to và được bao họchởi lignin và hemi-xeluloza

Trong tự nhiên, xeluloza là một trong những hợp chất khá vữngvàng, chúng không tan trong nước mà chỉ bị trương lên do hấp thụ nước.Xenluloza bị thủy phân khi đun nước nóng với axit hoặc kiềm ở nồng độ khácao, bị phân hủy ở nhiệt độ 40 -50oC bởi enzym xelulaza

 Cơ chế phân hủy xenluloza

Để phân giải xeluloza tự nhiên cần phải có sự có mặt của các enzym trongphức hệ xenlulaza Phức hệ xenlulaza gồm có 3 loại enzym [1]:

Endoglucanaza hay CMC- aza có khả năng cắt đứt các liên kết trong phân

tử xenluloza, thủy phân liên kết -1,4 glucozit một cách tùy tiện và giải phóng

xenlulodextrin, xelobioza và glucoza Enzym này phân giải mạnh mẽ cácxeluloza hòa tan nhất là dạng xenluloza vô định hình nhưng hoạt động rất yếu ởvùng kết tinh.

Exoglucanaza có khả năng tấn công chuỗi xeluloza từ đầu không khử vàgiải phóng xenlobiza (là chủ yếu và glucoza) Enzym này không phân giảixenluloza kết tinh cũng như các xeluloza vô định hình hoặc xeluloza đã bị phângiải một phần như xenlodextrin

-1,4 glucozidaza hay xenlobiaza có khả năng thủy phân xenlobioza vàcác xenlodextrin hòa tan trong nước giải phóng glucoza, enzym này có hoạt tínhcực đại trên xenlobiaza và có hoạt tính giảm dần theo chiều dài của chuỗi tănglên trên xenlodextrin Chức năng của -1,4 glucozidaza có lẽ là điều chỉnh sựtích lũy các chất cảm ứng của enzym xenlulaza [14]

Về động học phản ứng các loài enzim, Reese và các cộng sự lầnđầu đưa ra cơ chế phân giải vào năm 1950:

Xeluloza

tự nhiên

Xenluloza hoạt động

Đường hòa tan Glucoza

Theo tác giả này thì enzym C1 tương ứng với endo- glucanaza là “tiềnnhân tố thủy phân” hay enzym không đặc biệt làm biến dạng xenluloza tự nhiênthành chuỗi xenluloza hoạt động có mạch ngắn hơn, sau đó enzym Cx tương ứngvới Exo- glucanaza tiếp tục phân cắt, giải phóng các đường hòa tan, và cuốicùng tạo thành gluco dưới tác dụng của xenlubioza [14]

Còn tác giả Lutzen thì cho rằng sự thủy phân xenlulo tự nhiên phải có sựhiệp đồng của 3 loại enzim trên Chúng tạo thành phức hệ enzym nhiều thành

phần trên bề mặt các phân tử xenluloza Nhờ đó Lutzen đưa ra mô hình phângiải xenluloza theo sơ đồ sau:

Endo-glucanaza Xenlobioza

Exo-glucanaza

GnXenlulo

(2) Endo- glucanaza + Xenlobiohydrolaza

(1) Exo- glucanaza

Sơ đồ 2.3: Mô hình phân giải xenluloza

Để thủy phân xenluloza vô định hình cần có sự tác động của Cx hoặc C1nhưng để thủy phân xenluloza tinh thể thì nhất thiết phải có mặt của cả 2 loạienzym này Ở đây phức hệ enzym xelulaza có tác động hiệp đồng chặt chẽ, Cxtấn công một cách tự nhiên lên chuỗi xenluloza, phân các liên kết glucozit ởmột số chỗ tùy ý, tạo ra các đầu có khả năng bị tấn công bởi C1 Kết quả tạo raxenlobioza - một chất kìm hãm cho cả C1 và Cx Các liên kết glucozit đã đượctách ra có khả năng nhanh chóng bị nối lại do bản chất có trật tự cao của chính

cơ chất, còn khi vắng mặt Cx thì sự thủy phân không xảy ra hoặc xảy ra chậmchạp do không tạo ra các đầu tự do ( Coughlan & CTV, 1979) [6]

 Vi sinh vật phân giải xenluloza

Trong tự nhiên có rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng tiết ra một hoặcmột số loại enzym là tác nhân của quá trình phân giải chuyển hóa các loại hợpchất hữu cơ, biến chúng từ các dạng thô sơ thành dạng mùn nhuyễn và các chấtdinh dưỡng dễ hấp thu trong đất, từ đó làm tăng độ phì nhiêu của đất và cải thiệnmôi trường sống xung quanh chúng ta

Nấm sợi là nhóm có khả năng tiết ra môi trường một lượng lớn enzym vớiđầy đủ các thành phần nên khả năng phân giải xenluloza rất mạnh Nấm có hoạt

tính phân giả xenluloza đáng chú ý là Trichoderma bao gồm hầu hết các loại sống trong đất, những đại diện tiêu biểu là Trichoderma ressei, Trichoderma viride, chúng phân hủy tàn dư thực vật trong lớp đất góp phần chuyển hóa lượng

hữu cơ khổng lồ Một số nấm khác cũng có khả năng phân giải xenluloza khá

cao là Aspergillus niger, Fussarium solani, Penicillium pinophinum [2].

Vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenluloza, nhưng cường độ khôngmạnh bằng nấm sợi do lượng enzym tiết ra môi trường ít hơn và các thành phầnenzym cũng không đầy đủ Các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng phân giải

xenluloza khá mạnh như: Cellulomonas, Vibrio, Archomobacter [9].

Trong điều kiện yếm khí các vi khuẩn ưa ẩm và ưa nhiệt thuộc giống

Bacillus và Clostridium cùng có khả năng phân giải xeluloza.

Xạ khuẩn: Bên cạnh nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn cũng có khả năng phân

giải xenlulo khá cao, đáng chú ý là Streptomyces, Actinomyces, Nocardia, Mycromonospora.

Xạ khuẩn phân giải xenlulza được phân lập từ các mẫu đất, mùn rác, mẫubùn, những nơi có chứa xenluloza Người ta thường sử dụng xạ khuẩn đặc biệt

là Streptomyces trong việc phân hủy rác thải sinh hoạt Những xạ khuẩn này

thường thuộc nhóm ưa nhiệt, sinh trường phát triển tốt ở nhiệt độ 45-50oC, rấtthích hợp với quá trình ủ rác thải [4] [5]

Như vậy chúng ta có thể thấy rằng vi sinh vật phân hủy xenluloza rất đadạng và phong phú

2.5.2 Hemixenluloza, cơ chế thủy phân và vi sinh vật phân giải Hemixenluloza

 Đặc điểm Hemixenluloza

Hemixenluloza có bản chất là polysaccarit bao gồm khoảng 150 gốcđường, liên kết với nhau bằng cầu -1,4 glucozit, -1,6 glucozit và thường tạothành mạch ngắn có phân nhánh Do trong thành phần có nhiều loại gốc đường

khác nhau nên tên của chúng được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu –hợp phần quan trọng nhất của hemixenluloza Các polysaccarit như: galactan,araban, coxylan, là những hợp chất thường gặp ở thực vật, tham gia cấu tạo nênthành tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm, rạ… Trong tự nhiên,coxylan là loại thường gặp nhiều nhất.

Về cấu trúc, so với xenluloza thì hemixenluloza không chặt chẽ bằng.Hemixenluloza dễ bị phân giải bởi dung dịch kiềm hay axit loãng, đôi khi chúngcòn bị phân giải trong nước nóng và đặc biệt hemixenluloza dễ dàng bị enzimhemixenlulaza phân giải

 Cơ chế thủy phân Hemixenluloza

Phần lớn các tác giả cho rằng enzym hemixenlulaza cũng có tính chấttương đương với xenlulaza như về cơ chế tác đọng, tính chất cảm ứng Tuynhiên các tác giả cũng chỉ ra những điểm khác biệt giữa 2 nhóm enzym này ởchỗ enzyme hemixenlulaza có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn vàkém bền vững hơn xenlulaza Ngoài ra, trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật cácnhà khoa học đã ghi nhận rằng hemixenlulaza thường được tạo thành sớm hơn.Giải thích hiện tượng này có lẽ phải xuất phát từ thực tế là trong cùng một điềukiện thì nguồn cacbon từ hemixenluloza dễ hấp thu hơn, do đó vi sinh vật phảisinh tổng hợp hemixenlulaza trước [9]

 Vi sinh vật phân giải Hemixenluloza

Các vi sinh vật phân giải hemixenluloza ít được chú ý đến vì nhiều tác giảcho thấy đa số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp xylanaza để phân giải

xylan Khả năng này thường được thấy ở vi khuẩn dạ có như: Ruminococcus, Bascillus, Bacteriodes, Butyvubrio và các loại thuộc khi Clostridium Nhiều loài nấm sợi cũng có khả năng tạo xylanaza như: Aspergillus niger, Penicillium janthinnellum, Trichoderma ressei, Aspergillus oryzae…[9].

Tuy nhiên, nhiều vi sinh vật hiếu khí và yếm khí trong đất có khả năngtổng hợp enzim hemixenluloza với hoạt tính cao hơn xenluloza

2.5.3 Lignin, cơ chế thủy phân và vi sinh vật phân giải Lignin