nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp

Chính vì vậy, xu hướng phát triển nông nghiệp bền vững với việc tăng cường sử dụng chế phấm sinh học và phân bón hữu cơ thay thế cho phân bón hóa học và các loại hóa chất bảo vệ thực vật

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Minh

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết

ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Minh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Vi Sinh Vật - Khoa Môi trường, phòng thí nghiệm Jica – Khoa Quản lý đất đai - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài

và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục từ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình ix

Danh mục sơ đồ ix

Trích yếu luận văn x

Thesis Abstract xii

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Giả thuyết khoa học 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

Phần 2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 4

2.1 Chế phẩm sinh học 4

2.1.1 Khái niệm 4

2.1.2 Phân loại 5

2.1.3 Chất mang của chế phẩm sinh học 5

2.1.4 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học 9

2.2 Cơ sở khoa học của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học 11

2.2.1 Cơ sở lý luận của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học 11

2.2.2 Cơ sở thực tiễn của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học 16

2.2.3 Cơ sở pháp lý của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học 18

2.3 Đặc điểm của phế thải trồng nấm và phân gà 19

2.3.1 Đặc điểm của phế thải trồng nấm 19

2.3.2 Đặc điểm của phân gà 20

2.4 Ảnh hưởng của phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà tới môi trường 22

2.4.1 Ảnh hưởng của phế thải trồng nấm tới môi trường 22

2.4.2 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi gà tới môi trường 23

2.5 Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà trên thế giới và Việt Nam 24

2.5.1 Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà trên thế giới 24

2.5.2 Tình hình nghiên cứu xử lý phân gà và bã nấm tại Việt Nam 26

Phẩn 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 32

3.1 Địa điểm nghiên cứu 32

3.2 Thời gian nghiên cứu 32

3.3 Đối tượng/vật liệu nghiên cứu 32

3.4 Nội dung nghiên cứu 32

3.5 Phương pháp nghiên cứu 33

3.5.1 Nuôi cấy chủng giống vi sinh vật trên môi trường chuyên tính bán rắn 33

3.5.2 Tuyển chọn giống vi sinh vật bằng cách đánh giá trực tiếp các đặc tính sinh học 33

3.5.3 Xác định tính đối kháng của chủng giống vi sinh vật theo phương pháp cấy vạch 35

3.5.4 Phương pháp phân tích chất lượng phân hữu cơ sau xử lý và chất lượng đất 35

3.5.5 Xác định môi trường nhân sinh khối vi sinh vật 35

3.5.6 Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học theo phương pháp phối trộn chất mang thanh trùng 37

3.5.4 Phương pháp phân tích chất lượng phân hữu cơ sau xử lý và chất lượng đất 39

3.5.7 Phương pháp thử nghiệm trên cây trồng bằng thí nghiệm đồng ruộng 39

3.5.8 Phương pháp xử lý số liệu 39

Phần 4 Kết quả và thảo luận 40

4.1 Kết quả phân tích một số tính chất của phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà 40

4.2 Đặc điểm của các chủng giống vi sinh vật được tuyển chọn có hoạt tính sinh học cao để sản xuất chế phẩm sinh học xử lý bã nấm và phân gà 41

4.3 Xác định điều kiện nhân sinh khối giống vi sinh vật 43

4.3.1 Ảnh hưởng của pH 43

4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 45

4.3.3 Môi trường nhân sinh khối 46

4.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy (A) 48

4.3.5 Ảnh hưởng của tốc độ sục khí (B) 49

4.3.6 Tỷ lệ giống cấp 2 và thời gian thu sinh khối 50

4.4 Lựa chọn chất mang cho chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà 51

4.5 Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà 55

4.6 Đánh giá chất lượng của chế phẩm sinh học 57

4.7 Hiệu quả của chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà 58

4.7.1 Theo dõi diễn biến nhiệt độ đống ủ 58

4.7.2 Đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của đống ủ sau 45 ngày 59

4.8 Hiệu quả của phân hữu cơ sau tái chế 62

4.8.1 Hiệu quả của phân hữu cơ sau tái chế trên cây cải bẹ đông dư 62

4.8.2 Hiệu quả của phân hữu cơ đến tính chất đất 65

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 67

5.1 Kết luận 67

5.2 Kiến nghị 68

Tài liệu tham khảo 69

Phụ lục 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Ưu điểm và hạn chế của hai dạng chế phẩm vi sinh trên nền chất

mang khử trùng và không khử trùng 6

Bảng 2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật 14

Bảng 2.3 Tính chất của bã thải sau trồng nấm 19

Bảng 2.4 Thành phần của phân gia cầm (%) 20

Bảng 2.5 Các loại vi khuẩn có trong phân gia súc, gia cầm 21

Bảng 2.6 Tỷ lệ nguyên liệu sản xuất 1 tấn phân hữu cơ vi sinh từ phân gà độn trấu 27

Bảng 2.7 Các chỉ tiêu kỹ thuật của phân hữu cơ 28

Bảng 2.8 Các thông số kỹ thuật của phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm 31

Bảng 3.1 Thành phần môi trường nuôi cấy 33

Bảng 3.2 Môi trường xác định hoạt tính enzym 34

Bảng 3.3 Phương pháp phân tích chất lượng phân hữu cơ sau xử lý 35

Bảng 3.4 Thành phần môi trường nhân sinh khối VSV 36

Bảng 3.5 Phương pháp phân tích chất lượng phân hữu cơ sau xử lý 39

Bảng 4.1 Tính chất của phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà 40

Bảng 4.2 Đặc tính của các chủng giống VSV tuyển chọn được 42

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng VSV 44

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng VSV 45

Bảng 4.5 Khả năng sinh trưởng và phát triển của các chủng vi sinh vật lựa chọn trên các loại môi trường khác nhau 47

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tốc độ cánh khuấy (A) đến mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn lựa chọn 48

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của tốc độ sục khí đến mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn lựa chọn 49

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp 2 đến mật độ tế bào của các chủng vi khuẩn lựa chọn 50

Bảng 4.9 Động thái phát triển của chủng Pseudomonas và Bacillus subtilis trên

thiết bị lên men chìm 51

Bảng 4.10 Mật độ tế bào các chủng vi sinh vật khi nuôi cấy trên các nguồn cơ chất 52

Bảng 4.11 Mật độ tế bào các chủng vi sinh vật khi nuôi ở các tỷ lệ phối trộn chất mang khác nhau 53

Bảng 4.12 Mật độ tế bào các chủng vi sinh vật khi nuôi trong cơ chất với các tỷ lệ giống cấy 54

Bảng 4.13 Các thông số kỹ thuật cho nhân sinh khối tối ưu của các chủng VSV 54

Bảng 4.14 Đánh giá chất lượng của chế phẩm sinh học 57

Bảng 4.15 Một số chỉ tiêu phân tích đống ủ 60

Bảng 4.16 So sánh chất lượng của phân hữu cơ sau ủ 61

Bảng 4.17 Hiệu quả của phân hữu cơ đến sinh trưởng và phát triển của cây cải bẹ Đông dư 63

Bảng 4.18 Chất lượng đất trước và sau thí nghiệm 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1 Khả năng thích ứng pH của các chủng VSV 45

Hình 4.2 Đồ thị diễn biến nhệt độ đống ủ ở hai công thức 58

Hình 4.3 Đống ủ sau 45 ngày 61

Hình 4.4 Cây trồng mẫu đối chứng và bón phân hữu sau 35 ngày 64

Hình 4.5 Cây trồng sau thu hoạch 65

DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Công nghệ xử lý phế thải trồng nấm bằng phương pháp ủ đống 25

Sơ đồ 2.2 Các bước ủ phân gà thành phân hữu cơ 26

Sơ đồ 2.3 Quy trình xử lý phân gà độn trấu thành phân hữu cơ 28

Sơ đồ 2.4 Quy trình sản xuất phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm 30

Sơ đồ 4.1 Quy trình sản xuất chế phấm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà 56

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp” được tiến hành nhằm mục đích: Xác định được nguyên liệu chính và xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm sinh học (CPSH) dùng để xử lý bã nấm và phân gà; sản xuất được phân hữu cơ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp từ bã nấm và phân gà bằng CPSH; phân hữu cơ sau tái chế đạt tiêu chuẩn của thông tư số 41/2014/TT-BNNPTNT đảm bảo an toàn phục vụ cho sản xuất nông nghiệp

Kết quả tuyển chọn được 4 chủng VSV là Pseudomonas, Bacillus subtilis, Trichoderma, Streptomyces được phân lập từ các nguồn bã nấm và phân gà với hoạt tính enzym xenlulaza, amylaza và proteaza mạnh, có tính bền nhiệt cao, thích ứng với khoảng nhiệt độ rộng, có khả năng cạnh tranh tốt, khả năng thích ứng pH rộng và không đối kháng với nhau và an toàn với cây trồng Điều kiện tối ưu nhân sinh khối VSV là nhiệt độ 30oC với pH=7 Môi trường nhân sinh khối của Pseudomonas và Bacillus subtilis là nước thịt – pepton và được lên men với tốc độ cánh khuấy 350 vòng/phút, lưu lượng khí cấp 0,70-0,75 lít kk/lít mt/phút, thời gian

42 giờ; môi trường nhân sinh khối của Trichoderma là PDA, Streptomyces là môi trường tinh bột sau đó được phối trộn với chất mang là cám: trấu với tỷ lệ 3:1 Tỷ

lệ giống đưa vào để nhân giống cấp 2 là 3%

Quy trình sản xuất chế phấm sinh học được xây dựng gồm 5 bước chính: (i) nhân giống và thu sinh khối VSV, (ii) chuẩn bị chất mang, (iii) phối trộn/lên men chế phẩm, (iv) kiểm tra chất lượng, (v) bảo quản và sử dụng Sau khi phối trộn 6 tháng chất lượng của chế phẩm sinh học vẫn đạt TCVN 6168:2002

Thí nghiệm xử lý thử bã nấm và phân gà bằng CPSH cho kết quả CPSH có khả năng phân giải chất hữu cơ từ bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ trong thời gian là 40 ngày Phân hữu cơ sau ủ với CPSH đạt tiêu chuẩn chất lượng theo tiêu chuẩn của thông tư số 41/2014/TT-BNNPTNT Lượng vi sinh vật gây bệnh gần như không còn nữa, số lượng vi sinh vật hữu ích như vi khuẩn amon hóa, vi sinh vật phân giải xenlulozo tương đối cao

Thử nghiệm phân hữu cơ sau ủ trên cây rau cải bẹ Đông dư cho thấy rõ các chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng ở công thức bón phân hữu cơ cao hơn hẳn các

công thức đối chứng và đặc biệt là tỷ lệ sâu bệnh giảm 23,51% Chất lượng đất sau thí nghiệm cũng được cải thiện về hàm lượng N, P, K dễ tiêu do vi sinh vật phân hủy và chuyển hóa các hợp chất khó tan thành dễ tiêu, giúp tăng cường hàm lượng dinh dưỡng cho cây và cải tạo đất trồng trọt Kết quả nghiên cứu cho thấy chế phẩm sinh học được sản xuất ứng dụng để xử lý bã nấm và phân gà đã tạo thành phân hữu cơ chất lượng cao phục vụ sản xuất nông nghiệp an toàn và bền vững

THESIS ABSTRACT

The subject "Research on production process of bioproduct to treat eatable fungal residues and chicken manure into organic fertilizer service for agricultural production" is conducted for the purpose: Identify the main raw materials and building the production process of bioproduct (BP) using for treatment of eatable fungal residue and chicken manure; produce the organic fertilizer from eatable fungal residues and chicken manure to serve agricultural production by BP; the organic fertilizer after recycling meets standards of Circular No 41/2014 / TT-BNN and security, service of agricultural production

Selection results were 4 microorganism strains including Pseudomonas, Bacillus subtilis, Trichoderma, Streptomyces isolated from sources of mushrooms residues and chicken manures with cellulase, amylase and protease enzyme activity strong, high thermotolerant, adapt to the wide temperature and pH range, good competitiveness, and not antagonistic to each other and safety for plants Optimal conditions for microbial biomass is 30°C with pH = 7

The media for Pseudomonas and Bacillus subtilis biomass is gravy - peptone and is fermented with paddle speed of 350 rev/min, 0.70 to 0.75 liters of air/ medium liter/min, time 42 hours; media for Trichoderma biomass is PDA and starch media for Streptomyces, then blended with the substrate bran : rice husk at a ratio of 3: 1 The rate for propagating in level 2 is 3%

The production process of biological products was built of 5 major stages: (i) Propagation and collection of microorganism biomass, (ii) preparing the substrate, (iii) mixing / fermentation bioproducts, (iv) Evaluate quality, (v) storage and using The quality of bioproduct still has achieved ISO 6168: 2002 after 6 months

The testing in treatment of mushrooms residue and chicken manure by BP given result likely the bioproduct could decompose organic compounds from mushrooms residue and chicken manure into organic fertilizer within 40 days The organic fertilizer after composting obtained quality standards of Circular regulation No 41/2014/TT-BNN The amount of desea microorganisms almost disappeared, the useful microorganisms density such as ammonium bacteria, cellulose decomposing microorganisms were high

The testing of organic fertilizer on vegetable (Brassica juncea Dong Du) expressed that the growth of crops in organic fertilizer treatments significant higher than

in the control and especially pest rate decreased 23.51% After testing, soil quality has also improved the levels of exchangeable P, K by microorganisms decompose and transform soluble compounds, enhances nutrient for plants and soil The study results showed that bioproduct could apply in mushroom residue and chicken manure treatment into organic fertilizer with high quality, service for safe and sustainable agricultural production

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay sản xuất nông nghiệp nước ta đang sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật Điều này đã làm cho cấu trúc đất bị thay đổi, đồng ruộng mất dần độ phì nhiêu, môi trường bị ô nhiễm và sức khỏe của con người bị ảnh hưởng Chính vì vậy, xu hướng phát triển nông nghiệp bền vững với việc tăng cường sử dụng chế phấm sinh học và phân bón hữu cơ thay thế cho phân bón hóa học và các loại hóa chất bảo vệ thực vật trong canh tác nhằm cải tạo đất, bảo đảm an toàn sinh học, nâng cao năng suất cây trồng và bảo

vệ môi trường đang là mục tiêu tái cơ cấu của nền nông nghiệp Việt Nam

Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi nước ta nói chung và chăn nuôi gia cầm nói riêng luôn được chú trọng phát triển, chiếm tỷ trọng không nhỏ trong sản xuất nông nghiệp Song song với đó, chất thải từ chăn nuôi gia cầm lại là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý triệt để Theo tổng cục chăn nuôi (2011), hàng năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra môi trường khoảng 79-80 triệu tấn chất thải rắn nhưng chỉ khoảng 40% số chất thải này được

xử lý, số còn lại thường xả trực tiếp ra môi trường Lượng phế thải này phần lớn

là những hợp chất hữu cơ giàu cacbon, các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng Đây là nguồn nguyên liệu phù hợp cho sản xuất phân hữu cơ sinh học chất lượng cao phục vụ sản xuất nông nghiệp an toàn

Bên cạnh việc đầu tư cho ngành chăn nuôi, nghề trồng nấm ở nước ta cũng đang được đẩy mạnh phát triển, do nghề trồng nấm không đòi hỏi diện tích đất trồng và nhiều vốn đầu tư như các loại cây trồng khác Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là rơm rạ, mùn cưa và công lao động Tuy nhiên, việc xử lý phế thải sau trồng nấm cũng là điều đáng quan tâm Một trang trại trồng nấm quy mô vừa và nhỏ ở ngoại ô thải ra khoảng 100 tấn bã nấm mỗi năm Nếu không xử lý đúng cách thì đó là nguồn gây ra ô nhiễm cho môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân xung quanh và rất lãng phí Sử dụng các chế phẩm sinh học để xử

lý bã nấm thành phân hữu cơ sinh học phục vụ cho sản xuất nông nghiệp là một giải pháp hợp lý, đem lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường

Thêm vào đó, phân gà có hàm lượng Nito cao, không bón trực tiếp cho cây trồng được; bã nấm ngược lại có hàm lượng cacbon cao, nếu bón cho cây

trồng thì dinh dưỡng không đủ Do đó, khi kết hợp cả hai nguồn thài này sẽ cân bằng được dinh dưỡng trong phân bón Chính vì vậy, phân bón hữu cơ tái chế

từ bã nấm và phân gà sẽ là loại phân hữu cơ chất lượng cao không những có tác dụng cải tạo đất mà còn cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, lại thân thiện với môi trường

Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp”

1.2 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Chế phẩm sinh học được sản xuất theo quy trình đưa ra có khả năng xử lý bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ chất lượng cao phục vụ cho sản xuất nông nghiệp 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xác định được các nguyên liệu chính và xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm và phân gà

Sản xuất được phân hữu cơ có chất lượng tốt đạt tiêu chuẩn theo thông tư số 41/2014/TT-BNNPTNT, đảm bảo an toàn phục vụ cho sản xuất nông nghiệp từ

bã nấm và phân gà bằng chế phẩm sinh học

1.4 PHẠM Vİ NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử

lú bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ phục vụ sản xuất nông nghiệp

Vật liệu nghiên cứu: Các chủng giống vi sinh vật có khả năng phân giải và chuyển hóa chất hữu cơ và các nguyên liệu thành phần (chất nền, phụ gia ); phế thải nông nghiệp: bã nấm sò và phân gà; nguyên liệu chất mang: cám gao, vỏ trấu, than bùn

Thời gian nghiên cứu: 01/2015 – 01/2016

Địa điểm nghiên cứu: - Học viện Nông nghiệp Việt Nam,

- Xã Cổ Loa – huyện Đông Anh – Hà Nội

1.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚİ, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học xử lý bã nấm và phân gà thành phân hữu cơ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm sinh học dùng để xử lý bã nấm

và phân gà thành phân hữu cơ có chất lượng cao

Sử dụng CPSH tạo ra phân hữu cơ từ bã nấm và phân gà góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do quá trình thải bỏ trực tiếp bã nấm và phân gà ra ngoài môi trường

Phân hữu cơ được sản xuất từ bã nấm và phân gà là nguồn nguyên liệu sẵn

có, rẻ tiền sẽ đáp ứng một phần lớn nhu cầu tiêu thụ phân bón, đem lại lợi ích về mặt kinh tế cho người dân

Sử dụng phân bón hữu góp phần cải thiện tính chất đất làm tăng độ xốp, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu cho đất, giảm các VSV gây hại và thúc đẩy hệ VSV

có ích phát triển, tạo ra sự thông thoáng giúp rễ cây phát triển mạnh hơn, cường

độ hô hấp tối đa nên khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng tốt hơn, trong phân hữu cơ cũng có đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, dinh dưỡng khoáng và VSV hữu ích cung cấp cho cây trồng giúp tăng năng suất và chất lượng nông sản

PHẦN 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 CHẾ PHẨM SINH HỌC

2.1.1 Khái niệm

Chế phẩm sinh học (CPSH) - Probiotics có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp bao gồm hai từ pro có nghĩa là “thân thiện” và biotics có nghĩa là “sự sống” Thay cho việc tiêu diệt các bào tử vi khuẩn, chế phẩm sinh học được sản xuất với mục đích kích thích sự gia tăng các loài vi khuẩn có lợi

Probiotic ban đầu được sử dụng bởi Lilley và Stillwell vào năm 1965 để miêu tả các chất tiết ra bởi một vi sinh vật dùng để đẩy nhanh sự phát triển của vật chủ Do đó, nó mang ý nghĩa đối lập với “kháng sinh” nên chưa được đưa vào

sử dụng và định nghĩa này cũng chưa đầy đủ

Năm 1971, Sperti định nghĩa Probiotic mô tả chất chiết xuất ở các lớp biểu

mô có thể dùng để kích thích sự phát triển của các vi sinh vật

Năm 1974, Parker đã sửa lại định nghĩa về Probiotic, là “sinh vật và các

‘chất‘ của vi sinh vật, góp phần cân bằng lại vi khuẩn đường ruột” Dù vậy, định nghĩa này sử dụng Probiotic nói đến vi sinh đường ruột nhưng bao gồm ‘chất‘ lại mang thêm một ý nghĩa rộng (bao gồm cả thuốc kháng sinh)

Đến năm 1989, giáo sư Fuller R định nghĩa như sau: “Sự bổ sung thức ăn

vi khuẩn sống trong đó có lợi ích ảnh hưởng đến vật chủ bằng cách cải thiện sự cân bằng với vi khuẩn đường ruột của nó”

Ngày nay, CPSH đã và đang được sử dụng khá hiệu quả để phòng bệnh cho người, gia súc, gia cầm và nuôi trồng thủy sản, sử dụng để sản xuất ra các chế phẩm ứng dụng rất hiệu quả nhằm kiểm soát côn trùng gây hại cho cây trồng Ngoài ra, các chế phẩm vi sinh còn được sử dụng để làm phân bón vi sinh nhằm phân giải các chất hữu cơ làm giàu cho đất, phân giải lân khó tiêu thành lân dễ tiêu để cây trồng hấp thu được Như vậy có thể đưa ra khái niệm chung về CPSH như sau:“Chế phẩm sinh học là những sản phẩm bao gồm hỗn hợp nhiều chủng

vi sinh vật có ích được sử dụng nhằm mục đích cải thiện môi trường, nâng cao sức khỏe con người và cây trồng vật nuôi” (Trần Thị Hồng, 2012)

2.1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại CPSH khác nhau

 Theo tính chất, CPSH được chia thành 3 dạng chính: Dạng lỏng (nước), dạng bột và dạng viên Trong đó thường gặp nhất là dạng lỏng và dạng bột

 Theo công dụng, CPSH chia thành các loại sau

- CPSH có tác dụng xử lý chất thải, nước thải, rác thải (sinh hoạt, chăn nuôi, trồng trọt, công nghiệp, y tế…)

- CPSH có tác dụng trong kích thích sinh trưởng, sinh sản của vật nuôi, cây trồng (Trần Thanh Loan, 2012)

2.1.3 Chất mang của chế phẩm sinh học

Hiện nay, hầu hết các nước trên thế giới đều sản xuất loại chế phẩm vi sinh vật (VSV) trên nền chất mang, trong đó sinh khối VSV được tẩm nhiễm vào chất mang là các hợp chất hữu cơ hoặc không hữu cơ tự nhiên hoặc tổng hợp có tác dụng làm nơi trú ngụ và bảo vệ VSV chuyên tính trong chế phẩm từ khi sản xuất đến lúc sử dụng

Theo Trần Thị Phương (2005), chất mang cần có các đặc điểm như sau:

- Khả năng hút nước cao (Water holding capacity): 150-200%;

- Hàm lượng cacbon hữu cơ cao, tốt nhất >60%;

- Không chứa các chất độc hại đối với vi sinh vật tuyển chọn, đất và cây trồng;

- Hàm lượng muối khoáng không vượt quá 1%;

- Kích thước hạt phù hợp với đối tượng sử dụng

Loại chất mang thường được sử dụng nhiều nhất là than bùn Ngoài ra còn

có thể sử dụng cám gạo, đất sét, vermiculite, than đá, đất khoáng, bã mía, lõi ngô nghiền, vỏ trấu, vỏ cà phê, bột polyacrylamid, phân ủ… làm chất mang cho chế phẩm vi sinh vật

Tại Hà Lan, người ta thường sử dụng chất mang từ than đá, than bùn trộn với thân thực vật nghiền nhỏ Ở Liên Xô cũ, người ta sử dụng chất mang là đất hữu cơ Tại một số nước Đông Nam Á người ta sử dụng chất mang từ bột xenlulo, bột bã mía, lõi ngô, rác thải hữu cơ được nghiền nhỏ Ở Ấn Độ, người ta dùng chất mang bằng bentonit trộn với bột cá Gần đây, ở Mỹ người ta sử dụng chất mang từ bột polyacrylamid Ở Việt Nam, chất mang được sử dụng chủ yếu

là than bùn Gần đây một số nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo chất mang từ

rác hữu cơ, phế thải nông công nghiệp sau khi đã xử lý như: rác thải sinh hoạt, mùn mía, bùn mía, cám trấu… (Trần Thị Phương, 2005)

Loại chế phẩm trên nền chất mang có ưu điểm là: Quy trình sản xuất đơn giản, dễ làm, không tốn kém nhiều dẫn đến giá thành hạ, nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên, mật độ VSV chuyên tính trong chế phẩm cao, chuyên chở dễ, tiện

sử dụng, độ bám dính của VSV trên đối tượng sử dụng cao Tuy nhiên, chế phẩm dạng chất mang cũng có những nhược điểm như: dễ bị tạp nhiễm bởi vi sinh vật không chuyên tính, chất lượng không ổn định, độ sống sót của VSV trong chế phẩm không cao Nếu không sử dụng kịp thời thì chế phẩm có thể bị loại bỏ hàng loạt vì không đảm bảo mật độ VSV chuyên tính (Trần Thị Phương, 2005)

Tùy theo điều kiện, người ta có thể khử trùng chất mang trước khi nhiễm sinh khối VSV để tạo ra chế phẩm VSV trên nền chất mang khử trùng hoặc tạo ra chế phẩm trên nền chất mang không khử trùng bằng cách phối trộn sinh khối VSV với chất mang sau khi xử lý mà không qua công đoạn khử trùng

Bảng 2.1 Ưu điểm và hạn chế của hai dạng chế phẩm vi sinh

trên nền chất mang khử trùng và không khử trùng

- Có thể pha loãng được qua đó giảm

chi phí tuyển nổi lên men, môi trường

và các nhu cầu khác

- Có chất lượng cao, thời gian tồn tại

của VSV chuyên tính lâu

- Dễ đánh giá và kiểm tra chất lượng

- Thuận lợi cho cho việc sử dụng

- Sử dụng cho quy mô sản xuất trung bình và lớn

- Kỹ thuật phối trộn đơn giản

- Có thể sử dụng mọi loại vật liệu địa phương

- Đầu vào ít, không cần kỹ thuật đặc biệt và người có kinh nghiệm trong quá trình sản xuất

Hạn chế

- Cần khử trùng chất mang, vì vậy

tốn kém và đòi hỏi điều kiện đặc biệt

- Cần nhiều nhân công trong quá trình

sản xuất

- Cần có kỹ thuật và người có

kinh nghiệm trong sản xuất

- Không pha loãng được sinh khối,

do vậy cần phải lên men với số lượng lớn và cần nhiều môi trường

- Sản phẩm không bảo quản được lâu

- Khó đánh giá và kiểm tra chất lượng Nguồn: Trần Thị Phương (2005)

Để đảm bảo chất lượng chế phẩm sinh học tốt, ngoài việc lựa chọn các chủng giống vi sinh có hoạt lực tốt, có tính thích nghi cao thì việc tìm chọn chất mang thích hợp để vi sinh vật tồn tại và phát triển cùng với đó là nguyên liệu dễ kiếm, giá thành rẻ là việc làm hết sức quan trọng Dưới đây là đặc điểm của một

số loại nguyên liệu thường được sử dụng làm chất mang cho CPSH

 Vỏ trấu

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếu xellulose, lignin và Hemi - xellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% và xellulose chiếm khoảng 35-40% Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được (Bùi Hữu Đoàn, 2009)

 Thành phần thực tế của vỏ trấu thay đổi tùy theo giống lúa và có liên quan tới các điều kiện đất đai mà cây lúa được trồng

Vỏ trấu có khả năng giữ nước tốt, độ xốp cao, không chứa chất độc hại đối với VSV và cây trồng

 Cám gạo

Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm khoảng 10% trọng lượng lúa Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm Cám gạo có màu sáng

và mùi thơm đặc trưng Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất lớn, phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật xay xát gạo Tỷ lệ vỏ trấu sau khi xay xát ảnh hưởng nhiều tới hàm lượng protein, béo và xơ của cám gạo thành phẩm Tỷ lệ protein trong cám gạo mịn có thể đạt 12 - 14% Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so với ở bắp hạt (chỉ đạt 8,3%) Hàm lượng chất béo, xơ trong khoảng 13 - 14% và 7 - 8% Tuy nhiên, theo kết quả phân tích đã công bố cho thấy các chỉ tiêu này biến động rất lớn Cụ thể, hàm lượng chất béo thô khoảng 110 - 180g/kg vật chất khô (VCK) và lượng xơ biến động trong khoảng

90 - 120g/kg VCK Theo báo cáo của Gene và cs (2002) và Creswell (1987) qua phân tích nhiều mẫu cám gạo được thu thập từ các nước Đông Nam Á cho thấy thành phần dinh dưỡng của chúng rất biến động Cám có hàm lượng béo cao nhưng mức năng lượng trao đổi (ME) thấp khoảng 2.850 Kcal/kg (NRC 1994,

1999) là do hàm lượng xơ thô cao Cám gạo có các thành phần xơ chủ yếu như arabinoxylan, cellulose và lignin

Arabinoxylan là những thành phần chủ yếu có trong cấu thành của xơ ở cám gạo Đây là một loại đường đa do những đường đơn arabinose và xylose tạo nên nhờ các liên kết 1-3, 1-4 glucoside Cám gạo cũng như các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật khác thường chứa hàm lượng phốt pho khá cao ở dạng phytate (Gene và cs, 2002)

 Than bùn

Than bùn được tạo thành từ xác các loài thực vật khác nhau Xác thực vật được tích tụ lại, được đất vùi lấp và chịu tác động của điều kiện ngập nước trong nhiều năm Với điều kiện phân huỷ yếm khí các xác thực vật được chuyển thành than bùn

Trong than bùn có hàm lượng chất vô cơ là 18 – 24%, phần còn lại là các chất hữu cơ Theo số liệu điều tra của các nhà khoa học, trên thế giới trữ lượng than bùn có khoảng 300 tỷ tấn; chiếm 1,5% diện tích bề mặt quả đất Than bùn được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau Trong nông nghiệp than bùn được sử dụng để làm phân bón và tăng chất hữu cơ cho đất (Vũ Thị Thu Hằng, 2014)

Than bùn cho phản ứng chua Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong than bùn thay đổi tuỳ thuộc vào thành phần các loài thực vật và quá trình phân huỷ các chất hữu cơ

Than bùn có hợp chất bitumic rất khó phân giải Nếu bón trực tiếp cho cây không những không có tác dụng tốt mà còn làm giảm năng suất cây trồng Vì vậy, than bùn muốn dùng làm phân bón phải khử hết bitumic

Trong than bùn có axit humic, có tác dụng kích thích tăng trưởng của cây Hàm lượng đạm tổng số trong than bùn cao hơn trong phân chuồng gấp 2 – 7 lần, nhưng chủ yếu ở dưới dạng hữu cơ Các chất đạm này cần được phân huỷ thành đạm vô cơ cây mới sử dụng được

Để bón cho cây, người ta không sử dụng than bùn để bón trực tiếp Thường than bùn được ủ với phân chuồng, phân rác, phân bắc, nước giải, sau đó mới đem bón cho cây Trong quá trình ủ, hoạt động của các loài vi sinh làm phân huỷ các chất có hại và khoáng hoá các chất hữu cơ tạo thành chất dinh dưỡng cho cây (Vũ Thị Thu Hằng, 2014)

2.1.4 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học

2.1.4.1 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học trong chăn nuôi

Lợi ích của sử dụng CPSH trong chăn nuôi mang lại nhiều hiệu quả cao, đặc biệt là về mặt môi trường Khi môi trường trong sạch, vật nuôi sẽ sinh trưởng phát triển tốt, nâng cao hiệu quả chăn nuôi và bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Sử dụng CPSH trong chăn nuôi giúp:

 Làm tăng sức khỏe vật nuôi, tăng cường sức đề kháng và khả năng chống chịu đối với các điều kiện ngoại cảnh

 Tăng cường khả năng tiêu hóa và hấp thụ các loại thức ăn

 Kích thích khả năng sinh sản, tăng sản lượng và chất lượng trong chăn nuôi

 Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, hạn chế sự ô nhiễm trong chuồng trại chăn nuôi

 CPSH có tác dụng đối với mọi vật nuôi, bao gồm các loại gia súc, gia cầm

và các loài thủy hải sản (Trần Thanh Loan, 2012)

2.1.4.2 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản (tôm, cá)

Trong nuôi trồng thủy sản, CPSH được ứng dụng khá phổ biến do những lợi ích mà nó mang lại

 Phân hủy các chất hữu cơ trong nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước

 Hấp thụ các khí độc như NH3, H2S…, cải thiện chất lượng nước, kích thích các sinh vật có lợi khác trong ao phát triển như sinh vật phù du, sinh vật tự nhiên có lợi và làm giảm sự gia tăng lớp bùn đáy ao

 Nâng cao khả năng miễn dịch của tôm cá (do kích thích tôm cá sản sinh ra kháng thể)

 Ức chế sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật có hại (do các loài vi sinh vật có lợi sẽ cạnh tranh thức ăn và tranh giành vị trí bám với sinh vật có hại) Trong môi trường nước, nếu sinh vật có lợi phát triển nhiều sẽ kìm hãm, ức chế

và lấn át sự phát triển của sinh vật có hại, do đó sẽ hạn chế được những mầm bệnh gây bệnh cho tôm cá

 Giúp ổn định độ pH của nước, gián tiếp làm tăng oxy hòa tan trong nước làm tôm, cá khỏe mạnh, ăn nhiều và mau lớn

 Các vi sinh vật có trong chế phẩm sinh học khi đưa vào cơ thể tôm qua đường thức ăn sẽ giúp tôm tăng cường khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng kích thích sự ăn mồi của tôm… làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn và chống các bệnh đường ruột cho tôm

 Do đó, sử dụng chế phẩm sinh học sẽ có ý nghĩa nhiều mặt trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế cho các mô hình nuôi thủy sản như:

- Tăng tỷ lệ sống và tăng năng suất do tôm cá nuôi ít bị hao hụt

- Làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn (giảm hệ số thức ăn)

- Giảm chi phí sử dụng thuốc kháng sinh và hóa chất trong việc điều trị bệnh

- Tôm cá mau lớn và rút ngắn thời gian nuôi

- Giảm chi phí thay nước (Trần Thanh Loan, 2012)

2.1.4.3 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học trong trồng trọt

Trong trồng trọt, CPSH cũng có tác dụng ở nhiều mặt :

 Chế biến phân hữu cơ vi sinh: phân giải phụ phẩm nông nghiệp (rơm,

rạ, thân ngô…) thành phần chất hữu cơ vi sinh có chất lượng cao

 Phân giải nhanh chất thải hữu cơ, rác thải, phân gia súc, gia cầm và phế thải nông nghiệp thành các chất dinh dưỡng cho cây trồng

 Chuyển hóa phân lân khó tiêu thành dễ tiêu

 Hoai mục nhanh chất thải hữu cơ

 Xử lý đất trồng: làm tăng độ tơi xốp, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu cho đất và giảm các vi sinh vật gây hại

 Điều tiết sinh trưởng cây trồng

 Ngâm ủ và xử lý hạt giống (Trần Thanh Loan, 2012)

2.1.4.4 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học trong sinh hoạt

Rác thải hữu cơ trong sinh hoạt hàng ngày chiếm một khối lượng lớn (trung bình 1 người thải 250-400g rác mỗi ngày) bao gồm: cọng rau, thức ăn thừa, vỏ hoa quả, bã chè… Sử dụng CPSH xử lý rác thải hữu cơ trong sinh hoạt giúp cho:

 Phân giải nhanh các chất hữu cơ

 Hạn chế mùi hôi thối của nhà tiêu

 Giảm được các vi sinh vât gây hại

 Ủ rác thải, chất thải thành phân hữu cơ tốt cho cây trồng, cải thiện môi trường đất và thúc đẩy hệ vi sinh vật có ích phát triển (Trần Thanh Loan, 2012) 2.1.4.5 Tác dụng, lợi ích của chế phẩm sinh học về mặt xã hội

Chế phẩm sinh học còn có nhiều tác dụng về mặt xã hội:

 Giảm được chi phí vận chuyển rác và diện tích chôn lấp rác

 Thu gom và xử lý rác thải nhằm cải thiện môi trường sống của cộng đồng: sạch, vệ sinh vàvăn minh

 Nâng cao chất lượng cuộc sống cho con người, tăng cường tính trách nhiệm và đoàn kết

 Đảm bảo sự phát triển bền vững (Trần Thanh Loan, 2012)

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC XỬ LÝ PHẾ THẢI CHĂN NUÔI VÀ TRỒNG TRỌT BẰNG CHẾ PHẨM SINH HỌC

2.2.1 Cơ sở lý luận của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học

Mỗi chất hữu cơ đều bị một nhóm VSV tương ứng phân hủy một phần hay toàn bộ, các sản phẩm phân hủy này lại được các loại VSV khác phân hủy tiếp,

cứ như thế đến tận các chất vô cơ Như vậy, vật chất luôn luôn được tuần hoàn bởi hai quá trình đối lập nhau: sự tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ, và phân hủy chất hữu cơ thành chất vô cơ Các quá trình phân hủy này chủ yếu do vi sinh vật thực hiện, ở bất kỳ đâu có sự hiện diện của chúng: trong đất, trong nước hay trong cơ thể sinh vật khác (Ngô Tự Thành, 2010)

2.2.1.1 Phân giải các hợp chất hữu cơ

 Phân giải xenlulose: xenlulose là hợp phần cơ sở của sinh khối thực vật, được tạo thành nhiều hơn tất cả các chất tự nhiên khác cộng lại và chiếm khoảng một nửa sinh khối do quang hợp tạo thành Xác thực vật nằm lại trong đất và rơi trở lại đất trung bình chứa 45%, riêng ở cây bông là 90% xenlulose Vì thế bên cạnh CO2, xenlulose cũng chiếm một vị thế trung tâm trong vòng tuần hoàn của cacbon (Ngô Tự Thành, 2010)

Hệ vi sinh vật phân hủy tàn dư thực vật chủ yếu là xenlulose khá phong phú gồm có vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc Chúng có khả năng tiết vào môi trường enzym thủy phân xenlulose là enzym xenlulaza Hệ enzym này gồm 3 enzym là

endoglucanaza, exoglucanza và β - glucozidaza Quá trình thủy phân glucan theo trình tự như sau:

Xenlulose → Xenlulose biến tính → Xenlobio → Gluco

Endoglucanaza + Exoglucanza β - glucozidaza Nhiều loại VSV có khả năng tiết ra xenlulaza:

- Nấm là nhóm vi sinh vật chủ yếu phân hủy polysaccarit, trong đó cơ bản

là glucan (xenlulose) tạo ra mùn Trong số đó, loại nấm được nghiên cứu nhiều nhất là Tricoderma viside (T.reesei) Các loài thuộc nấm này tiết ra một lượng lớn các enzym khác nhau, trong đó có xenlulaza là chính, có khả năng phối hợp phân hủy xenlulose

- Vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí cũng tiết ra enzym phân hủy xenlulose như Clostridium, Cellulomonas, Bacillus, Pseudomonas

- Xạ khuẩn cũng có tác dụng phân hủy xenlulose Các loại xạ khuẩn ưa nấm và ưa nhiệt như Thermonospora hoặc Thermoactinomyces, chúng sinh ra enzym ngoại bào và tiết vào môi trường nuôi cấy (Lương Đức Phẩm, 2011)

 Phân giải hemixenlulo (xylan) Hemixenlulo chiếm vị trí thứ hai về khối lượng của các hợp chất hữu cơ phổ biến trong tự nhiên (chủ yếu trong giới thực vật) Thành phần của hemixenlulo là các loai đường, trong đó chủ yếu là xylozo

Vì vậy nó có tên là xylan Khối lượng phân tử của xylan ít hơn xenlulose rất nhiều, cấu trúc cũng đơn giản và kém bèn vững hơn Cấu tạo của hemixenlulo là một phức hệ gồm Endo - 1,4 - β - D - mannaza và 1,4 - β - D - xylozidaza Enzym mannaza thủy phân xylan thành các oligosaccarit hòa tan trong nước và enzym xylozidaza sẽ tiếp tục thủy phân Sản phẩm cuối cùng là xylozo và mannozo Các enzym hemixenlulaza (xylanaza) rất phổ biến trong tự nhiên, chúng được tiết ra từ các vi sinh vật sống ở đất, nước, trong dạ cỏ động vật nhai lại bao gồm:

- Vi nấm (nấm sợi, nấm mốc): Các enzym phân hủy hemixenlulo có nguồn gốc từ nấm như enzym từ Tricoderma, Aspergillus, Fusarium Các loài nấm Tricoderma khi phát triển trên xác thực vật sinh ra một lượng lớn xylanaza, có khả năng phân hủy không những xylan mà còn phân hủy cả glucan, cacboxy - metyl - xenlulo, P - nitrophenyl - β – glucozit và xylosligome

- Aspergillus niger cũng sinh ra xylanaza, chúng thủy phân arabinoxylan

của rơm rạ tạo ra arabinoxylotriozơ, sau đó hợp chất này lại thủy phân tiếp để giải phóng ra arabinozơ và phân giải thành xylotriozo

- Vi khuẩn cũng có khả năng sinh xylanaza tổ hợp Trong số vi khuẩn được nghiên cứu nhiều nhất là Bacillus Vi khuẩn này sinh enzym thủy phân rơm rạ (cơ chất là arabinoxylan) và sản phẩm chủ yếu là xylobiozơ, xylobiozơ và một lượng nhỏ xylooligosaccarit có độ trùng hợp cao Enzym này phân hủy xylan của rơm rạ và gỗ thông rụng lá theo phương thức endoxylanaza và giải phóng ra xylobiozo, xylotriozo và xylozo Ngoài Bacillus người ta còn nghiên cứu các vi khuẩn khác nhưu Pseudomonas, các vi khuẩn dạ cỏ… cũng có những kết quả khả quan.(Lương Đức Phẩm, 2011)

 Phân giải protein: Protein là hợp chất được cấu tạo từ các axit amin với mối liên kết peptit Quá trình phân hủy các chất protein dưới tác dụng của vi sinh vật còn gọi là quá trình thối rữa hoặc quá trình amôn hóa

Các vi sinh vật gây thối rữa bao gồm vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn Chúng đều có khả năng tiết ra môi trường enzym proteaza ngoại bào Quá trình phân hủy các chất protein xảy ra như sau:

Protein → Polypeptit → Oligopeptit → Axit amin → NH3

Quá trình này được tiến hành nhờ enzym phân cắt đại phân tử protein được gọi là proteaza hay proteinaza Các nhóm vi sinh vật có khả năng tiết enzym proteaza gồm có vi khuẩn hiếu khí Bacillus, Pseudomonas, Proteus, nhóm nấm mốc Aspergillus, Penicillium, Tricoderma xạ khuẩn có khả năng sinh các enzym giống như nấm mốc.(Lương Đức Phẩm, 2011)

 Phân giải lipit: Lipit là hỗn hợp các este của glyxerin và axit béo Lipit không tan trong nước, khi tác dụng bởi vi sinh vật sinh enzym lipaza sẽ bị thủy phân hay bị oxy hóa thành glyxerin và các axit béo Có rất nhiều chủng loại của

vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc có khả năng tiết enzym lipaza ngoại bào phân giải được lipit và sử dụng nó như là nguồn dinh dưỡng cacbon đặc biệt là nguồn cung cấp năng lượng (Lương Đức Phẩm, 2011)

 Phân giải tinh bột: Tinh bột là chất dự trữ chiếm ưu thế ở thực vật Nói chung, nó tồn tại ở dạng các hạt nhỏ có thể hình cầu, hình thấu kính hoặc hình trứng và có cấu trúc lớp rõ ràng Tinh bột thực vật được cấu thành từ cả hai glucan là amiloza (15-27%) và amilopectin Amiloza tan trong nước nóng mà không bị trương và tạo thành màu xanh đặc trưng với iot Nó gồm những chuỗi

không phân nhánh của D - glucoz Các chuỗi đó được liên kết với nhau theo kiểu

α - glucosit ở vị trí 1 - 4 và được cuốn hình ốc; mức độ trùng hợp là 200 - 5000 Amilopectin thì trương lên trong nước và khi được đun nóng thì tạo thành hồ, với iot thì cho màu tím đến màu nâu (Ngô Tự Thành, 2010)

Trong rác bể ủ có nhiều loại VSV có khả năng phân giải tinh bột Một số VSV có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym amilaza Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc chi Bacillus, Cytophaza, Pseudomonas,… Nấm sợi cũng có một số các chi Aspergillus, Fusarium, Rhizopus,… Đa số các VSV không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân hủy tinh bột Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó Ví dụ như loài Aspergillus candidus chỉ có khả năng tiết ra môi trường một loại enzym α, gluco - amilaza Một số loài khác chỉ có khả năng tiết

ra môi trường enzym gluco - amilaza Các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân hủy tinh bột thành đường Trong sản xuất, người ta thường dùng các nhóm VSV có khả năng phân hủy tinh bột Ví dụ trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử dụng những chủng VSV có khả năngphân hủy tinh bột để phân hủy tinh bột có trong thành phần rác hữu cơ (Trần Đức Hạ và cs., 2011)

2.2.1.2 Hoạt động của VSV trong quá trình ủ

 Các quá trình sinh hóa diễn ra trong đống ủ phế thải chủ yếu là do hoạt động của các VSV sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho các hoạt động sống của chúng Các loại vi khuẩn và nấm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải các hợp chất Các loại VSV phát triển tốt trong điều kiện môi trường được xác định như sau:

Bảng 2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến vi sinh vật

Yếu tố môi trường Khoảng xác định

Các VSV tham gia vào quá trình phân giải các đống ủ phế thải được chia thành 3 nhóm chủ yếu sau đây:

 Các VSV ưa lạnh: Phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 0-20oC;

 Các VSV ưa ấm: Phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 20-40oC;

 Các VSV ưa nóng: Phát triển mạnh ở nhiệt độ từ 40-70oC

Trong quá trình ủ phế thải hữu cơ, thành phần VSV và nhiệt độ trong đống

ủ luôn thay đổi

Sự phát triển của các loại VSV theo nhiệt độ được thể hiện như sau: Thời

kỳ đầu của quá trình ủ phế thải, quá trình hiếu khí được diễn ra, giai đoạn này các chất hữu cơ dễ bị oxi hóa sinh hóa thành dạng đơn giản như protein, tinh bột, chất béo các loại và một lượng nhất định chất xenlulose Trong quá trình này, các VSV tiếp nhận một lượng năng lượng đáng kể ở dạng nhiệt Lượng năng lượng nhiệt được tạo thành bên trong lòng đống ủ được tạo ra nhiều hơn so với lượng nhiệt được thoát ra bên ngoài và do đó nhiệt độ bên trong các đống ủ được tăng lên Giá trị nhiệt độ tăng tới 60-70oC, kéo dài trong suốt thời gian khoảng 30 ngày; ở khoảng nhiệt độ này, các phản ứng hóa học diễn ra sẽ trội hơn các phản ứng VSV bởi vì hầu hết VSV không phát triển được ở nhiệt độ 70oC (Trần Đức

Hạ và CS, 2011)

Độ ẩm cũng là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển và sinh sản của vi sinh vật đa số VSV phát triển tốt ở độ ẩm không khí 80% và độ ẩm môi trường >20% Nếu hạ thấp độ ẩm sẽ làm rối loạn quá trình sinh lý bình thường của VSV Độ ẩm là một trong những yếu tố làm cho VSV tiếp nhận thức ăn dễ dàng Nhờ có độ ẩm tốt mà các chất dinh dưỡng dễ dàng thâm nhập vào VSV, các hệ enzym thủy phân mới hoạt động được Nếu độ ẩm quá thấp xảy ra hiện tượng thay đổi trạng thái của nguyên sinh chất Từ thay đổi trạng thái như vậy dẫn tới VSV không phát triển được

Quá trình ủ phế thải hữu cơ có thể diễn ra trong hai điều kiện sau:

- Trong điều kiện hiếu khí :

Cùng với oxy, các chất hữu cơ sẽ bị vi sinh vật phân hủy, gồm 3 giai đoạn: (Lê Gia Hy, 2010)

 Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ

Chất hữu cơ + O2→ CO2 + H2O + Sinh khối VSV

 Giai đoạn 2: Quá trình đồng hóa – tổng hợp để xây dựng tế bào

- Trong điều kiện yếm khí:

Các chất hữu cơ bị oxy hóa bởi các vi sinh vật yếm khí, quá trình gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn thủy phân:

Hydratcacbon, protein, lipit → CO2, H2, NH3 + axit béo, etanol

 Giai đoạn lên men axit :

Axit béo, đường → axit hữu cơ (axit axetic…) + CO2 + H2O

Axit hữu cơ ngắn mạch + O2→ CO2 + H2O

 Giai đoạn lên men metan:

CO2 + 4H2 → CH4 + O2

CH3COOH → CO2 + CH4

CH3OH + O2 → CO2 + CH4

Kết thúc giai đoạn phân hủy yếm khí, sản phẩm bao gồm các chất khí như

CH4, H2S, CO2 nên gây mùi khó chịu Các vi sinh vật yếm khí chủ yếu như Clostridium, Pseudomonas (Lê Gia Hy, 2010)

2.2.2 Cơ sở thực tiễn của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học

Theo Đoàn Minh Tin (2015), năm 2014 nhu cầu tiêu thụ phân bón cả nước

là 10,8 triệu tấn phân bón các loại Trong đó, khả năng sản xuất phân bón trong nước là 8 triệu tấn, còn lại phụ thuộc vào nhập khẩu

Tuy nhiên, việc nhập khẩu phân bón hiện nay đang có nhiều bất cập Theo ông Phan Huy Thông- Giám đốc Trung tâm Khuyến nông quốc gia, một vấn đề bất cập hiện nay là Bộ Công Thương lại có nhiệm vụ điều tiết việc nhập khẩu phân bón vô cơ như urê, SA, kali , còn Bộ NNPTNT lại được giao quản lý và điều tiết lượng phân hữu cơ tạo nên sự chồng chéo trong điều hành và tính toán

lượng phân nhập khẩu

Liên quan vấn đề này, ông Lê Văn Tri- Chủ tịch Hiệp hội Phân bón sinh học Việt Nam cho rằng, nếu bà con nông dân tận dụng tất cả các thành phần hữu

cơ bỏ đi của cây trồng để ủ tạo thành phân hữu cơ như rơm rạ, rác hữu cơ, rác trong các trang trại chăn nuôi tập trung sẽ có thể giảm tới 30% lượng phân hữu

cơ phải nhập khẩu (Chu Hồng Châu, 2013)

Theo nhận định của các nhà khoa học, sau mỗi vụ thu hoạch 1ha lúa sẽ thu được 6 tấn rơm rạ, nếu đem đốt sẽ mất đi hơn 5,5 triệu đồng và ảnh hưởng lớn tới giao thông và gây ô nhiễm môi trường không khí, trong khi cùng khối lượng rơm rạ

ấy nếu đem xử lý bằng chế phẩm sinh học sẽ thu được khoảng 400kg phân hữu cơ Nếu toàn bộ số rơm rạ sau thu hoạch của cả nước (khoảng 45 triệu tấn) được xử lý sẽ đem lại 20 triệu tấn phân hữu cơ, người nông dân không phải bỏ tiền mua phân hóa học (NPK) là 200.000 tấn đạm, 190.000 tấn lân và 460.000 tấn kali, như vậy, sẽ tiết kiệm được gần 11.000 tỷ đồng (Lê Văn Tri, 2013) Trong nền kinh tế phát triển hiện nay, ngành nông nghiệp Việt Nam đang được đầu tư với hướng đi đúng đắn và chuyên biệt rõ rệt nhằm tạo ra những sản phẩm chất lượng, chi phí thấp và lợi nhuận cao

Và đó là điều mong mỏi của liên kết 4 nhà (nhà nông, nhà khoa học, nhà doanh nghiệp và nhà nước) tạo ra các mô hình sản xuất như cánh đồng mẫu lớn, các câu lạc bộ sản xuất giỏi và thực hành nông nghiệp tốt (vietGAP), …

Song song với việc phát triển nông nghiệp là sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực phân bón, trong đó phân bón hữu cơ đã được nông dân sử dụng từ thủa ban sơ trong quá trình trồng trọt như dùng trực tiếp các loại phân gia súc, gia cầm, ủ cây, lá…

Từ khi có phân hóa học ra đời nâng cao được năng suất thì vai trò phân hữu cơ giảm nhẹ, thậm chí lạm dụng phân hóa học trong sản xuất nông nghiệp

mà không cần sự hiện diện của phân hữu cơ nhưng việc sử dụng sai lầm này

đã dẫn đến một nền nông nghiệp không bền vững: chi phí sản xuất tăng, sâu bệnh nhiều, năng suất không ổn định và đặc biệt chất lượng nông sản thấp, giá thành giảm mạnh

Từ đó cần phải nhìn nhận thực tế rằng phân bón hữu cơ và phân hóa học có mối liên hệ tương hỗ và không thể tách rời, phân hữu cơ không thể thay phân hóa học và ngược lại, mỗi loại có vai trò khác nhau cùng tác động trực tiếp và quyết

định đến năng suất và chất lượng sản phẩm của ngành nông nghiệp và tạo nền nông nghiệp phát triển ổn định bền vững

Tại sao phân hữu cơ lại ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp nhiều vậy? Bởi vì chất hữu cơ đối với cây trồng thì không thể thiếu, nó có một số tác dụng

cụ thể như sau:

Thứ nhất chất hữu cơ tồn tại xen kẽ với các thành phần kết cấu của đất, tạo tạo ra sự thông thoáng giúp rễ phát triển mạnh nên có cường độ hô hấp tối đa và

dễ dàng hấp thu các nguồn dinh dưỡng

Thứ hai chất hữu cơ sẽ lưu giữ các khoáng chất đa, trung vi lượng từ các loại phân bón hóa học và cung cấp dần cho cây hạn chế được hiện tượng thất thoát phân bón trong quá trình sử dụng, giảm chi phí đáng kể trong sản xuất nông nghiệp, giúp đất giữ ẩm làm cây chống chịu khô hạn tốt hơn Thứ ba, sự hiện diện của chất hữu cơ làm môi trường sống cho các hệ vi sinh có ích, các hệ vi sinh này cân bằng môi trường của hệ sinh thái vì vậy sẽ hạn chế một số đối tượng gây bệnh, góp phần tăng năng suất và chất lượng nông sản (Minh Toàn, 2014) Trên địa bàn nước ta hiện nay nghề trồng nấm đang được phát triển khá mạnh ở ngoại thành Mỗi năm các doanh nghiệp này cũng thải hàng nghìn tấn bã thải trồng nấm Một phần các cơ sở sản xuất này tái sử dụng, một phần bán hoặc cho người trồng trọt nhưng ở dạng thô, chưa qua xử lý chế phẩm nên chất lượng dùng làm phân bón không cao, một phần bỏ không Điều này gây ra sự lãng phí

so với nhu cầu sử dụng phân bón hữu cơ rất lớn đối với nền nông nghiệp đang trên đà phát triển mạnh, đang cần sạch, cần an toàn như hiện nay và tiết kiệm được rất lớn lượng phân nhập khẩu

Bên cạnh đó, ngành chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi gia cầm cũng được phát triển mạnh, mỗi năm thải ra hàng tấn phân, lượng phân này hầu hết được sử dụng trực tiếp bón cho cây trồng làm ảnh hưởng tới môi trường đất, nước, không khí

và ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân (Minh Toàn, 2014)

2.2.3 Cơ sở pháp lý của việc xử lý phế thải chăn nuôi và trồng trọt bằng chế phẩm sinh học

Hiện nay, nước ta có nhiều quy định về việc sử dụng phân bón hữu cơ và bảo vệ môi trường đó là những cơ sở pháp lý của việc thực hiện đề tài

- Luật bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13 ngày 23 tháng 06 năm 2014;

- Quyết định số 1329- QĐ/BNN-KHCN ngày 15 tháng 5 năm 2007 của Bộ

NN và PTNT về việc công nhận tạm thời biện pháp kỹ thuật mới: “Biện pháp kỹ

thuật sản xuất giá thể dinh dưỡng làm bầu ươm cây giống, cây lâm nghiệp, cây

ăn quả, cây rau giống và rau thương phẩm” cho các tác giả: TS Cao Kỳ Sơn và

KS Phạm Ngọc Tuấn - Viện Thổ Nhưỡng Nông hoá;

- Thông tư số 41/2014/TT-BNNPTNT ngày 13/11/2014 của Bộ Nông nghiệp

và Phát triển Nông thôn về việc hướng dẫn một số điều của nghị định

số 202/2013/NĐ-CP ngày 27 tháng 11 năm 2013 của chính phủ về quản lý phân bón thuộc trách nhiệm quản lý nhà nước của bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn 2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẾ THẢI TRỒNG NẤM VÀ PHÂN GÀ

2.3.1 Đặc điểm của phế thải trồng nấm

Nguyên liệu đầu vào của sản xuất nấm chủ yếu là rơm rạ và mùn cưa Đây

là những nguyên liệu mà thành phần chính của nó là xenlulo Sau quá trình sử dụng để trồng nấm thì các nguyên liệu này đã bị phân hủy một phần Tính chất của bã thải sau trồng nấm được thể hiện ở bảng 2.3

Như vậy, có thể thấy thành phần dinh dưỡng có trong bã thải sau trồng nấm

là tương đối thấp Vì vậy để lấy bã thải sau trồng nấm làm nguyên liệu đầu vào của quá trình sản xuất phân hữu cơ thì cần phải bổ sung thêm khoáng (Nitơ) sao cho đảm bảo tỷ lệ C/N = 25-30

Bảng 2.3 Tính chất của bã thải sau trồng nấm

Mặt khác, số lượng vi sinh vật trong bã thải sau trồng nấm chưa đạt tiêu chuẩn phân vi sinh Chính vì vậy cần phải kích hoạt sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có sẵn trong mẫu bã thải Biện pháp kích hoạt sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bã thải cụ thể là tạo nguồn cơ chất dinh dưỡng và môi trường vật lý thuận lợi bằng cách xây dựng kích thước đống ủ, tạo nhiệt độ,

độ ẩm và pH chuẩn (Trần Thị Phương, 2005)

2.3.2 Đăc điểm của phân gà

Trong chăn nuôi gia cầm thường xuyên thải ra một lượng phân có hàm lượng đạm cao, chiếm tới 40% vật chất khô (Muller, 1984) Bên cạnh đó, trong phân gà có các thành phần dinh dưỡng khác gồm chất xơ, canxi, phốt pho, các chất khoáng, các nguyên tố vi lượng hay vitamin Tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc (FAO) khuyến cáo các nước đang phát triển không nên xem phân gà là phế thải mà nên coi

đó là "một nguồn tài nguyên", có thể tái sử dụng làm thức ăn cho gia súc khác như trâu, bò, lợn, cá thay thế một phần đáng kể các loại thức ăn giàu đạm như đậu tương, bột cá, khô dầu để giảm bớt sự thiếu hụt nguồn cung cấp protein, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh, đảm bảo người chăn nuôi có lãi, đồng thời ngăn ngừa được những nguy cơ có thể xảy ra từ phân và chống ô nhiễm môi trường - một vấn đề rất thời sự mang tính toàn cầu

Theo Bùi Hữu Đoàn (2009), các loại gà khác nhau ở các giai đoạn khác nhau có lượng phân thải ra là khác nhau Đối với gà sinh sản, lượng phân thải ra hàng ngày cao nhất và tương đối ổn định ở giai đoạn trên 20 tuần tuổi, tương ứng với các giống siêu thịt, siêu trứng và kiêm dụng là 149,23g; 128,76g và 141,32g thấp nhất ở giai đoạn từ 1-6 tuần tuổi tương ứng với các giống gà trên là 45,42; 37,73 và 42,57g, ở giai đoạn 7-12 tuần tuổi và 13-20 tuần tuổi, lượng phân thải ra không có sự sai khác đáng kể Riêng đối với giống gà siêu trứng, lượng phân mà chúng thải ra tăng lên đều đặn qua các giai đoạn

Bảng 2.4 Thành phần của phân gia cầm (%)

Gia cầm H2O Hữu cơ N P2O5 K2O CaO MgO SO3

Gà 50-56 25,5 1,6-2,2 1,5-1,8 0,9-1,1 2,4 0,7 0,4 Vịt 57-60 26,2 0,8-1,1 1,4-1,5 0,5-0,6 1,7 0,3 0,3 Ngỗng 77-80 23,4 0,6 0,5 0,9-1,0 0,6 0,3 1,1

(Nguồn: Lê Văn Căn, 1978)

Phân gia cầm là loại phân hữu cơ có tương đối nhiều dinh dưỡng Ngoài các chất dinh dưỡng đa lượng, trong phân gia cầm còn có chứa đáng kể các chất dinh dưỡng trung lượng Tại các trại chăn nuôi gia cầm có lượng phân rất lớn do gia cầm thải ra trong một năm có thể dao động từ 6-15kg đối với gà, 7-20kg đối với vịt và 10-30kg đối với ngỗng (Lê Văn Căn, 1978)

Tỷ lệ N, P, K trong phân gà cao hơn các loại gia cầm khác, tỷ lệ chất dinh dưỡng trong phân gà thay đổi nhiều phụ thuộc vào số lượng và chất lượng thức

ăn Đây là một loại phân hỗn hợp có hàm lượng chất dinh dưỡng khá cao, tác dụng nhanh do các chất dinh dưỡng chính có trong phân này cây đều có thể sử dụng ngay Tuy nhiên, N trong phân gia cầm chủ yếu nằm dưới dạng axit uric nên khi sử dụng phân tươi cho cây có thể gây ảnh hưởng xấu Thông qua quá trình ủ, dạng đạm này dễ chuyển thành Urê và (NH4)2CO3 cho cây sử dụng và cũng rất dễ bị mất đi dưới dạng khí NH3 (Lê Văn Căn, 1978)

Bảng 2.5 Các loại vi khuẩn có trong phân gia súc, gia cầm

Tên ký sinh vật ký sinh Lượng Khả năng gây bệnh Điều kiện bị diệt

Nhiệt độ oC Thời gian (phút)

Salmonella typhi

Escherichia coli 105/100ml Viêm dạ dày, ruột 55 60

Nguồn: Lê Trình (2002)

Trong thành phần phân gia súc, gia cầm còn chứa các loại virus, vi trùng, trứng giun sán và nó có thể tồn tại vài ngày tới vài tháng trong phân ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và vật nuôi (Lê Trình, 2002)

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA PHẾ THẢI TRỒNG NẤM VÀ CHĂN NUÔI GÀ TỚI MÔI TRƯỜNG

2.4.1 Ảnh hưởng của phế thải trồng nấm tới môi trường

Lượng bã thải sau trồng nấm của một đơn vị sản xuất nấm trong một năm lên tới hàng trăm nghìn tấn phế phẩm sau thu hoạch Các phế phẩm này ảnh hưởng ít nhiều tới môi trường

Vì nấm chủ yếu sống dị dưỡng lấy thức ăn từ các nguồn hữu cơ có sẵn trong bịch nấm Hầu hết các loại nấm đều lấy dinh dưỡng qua màng tế bào hệ sợi (giống rễ cây thực vât) Nhiều loại nấm có hệ men (enzym) phân giải tương đối mạnh, giúp chúng có thể sử dụng các dạng thức ăn phức tạp bao gồm các đại phân tử như chất xơ (xenlulozo, hemixenlulozo), chất đạm (protein), chất bột (amidon, polysaccharide), chất mộc (ligin)… Với cấu trúc sợi, tơ nấm len lỏi sâu vào trong cơ chất (rơm rạ, mùn cưa, gỗ…) rút lấy thức ăn để nuôi toàn bộ cơ thể nấm (Minh Như, 2014)

Tuy nhiên sau chu kỳ sinh trưởng, nấm không ăn hết phần dinh dưỡng có trong giá thể, một phần tinh bột và protein (có sẵn trong giá thể nhưng tỷ lệ rất ít, phần lớn protein có trong bã nấm đều do rễ nấm (tơ nấm) và gốc nấm khi người thu hái chỉ cắt phần tai nấm để đem tiêu thụ còn lại phần gốc nấm vẫn còn dính trong bịch) Tinh bột và protein không phải những chất trực tiếp gây ô nhiễm môi trường, nhưng sau thời gian dài để ngoài môi trường, tinh bột và protein sẽ phân hủy gây ra mùi hôi thối và làm ô nhiễm nguồn nước, đất do tinh bột phân hủy sinh ra khí H2S, SO2…, protein phân hủy tạo ra NH3, NO2…Những chất này chính là tác nhân gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường nước và môi trường không khí (Minh Như, 2014)

Thành phần chủ yếu có trong bã nấm là xenlulozo – rất khó phân hủy, thời gian phân hủy rất lâu, bên cạnh đó lượng bã nấm hàng năm rất lớn; do vậy lượng

bã thải này chiếm một diện tích không hề nhỏ

Bên cạnh mùi hôi thối do quá trình phân giải protein và tinh bột thừa trong

bã nấm gây ra, có rất nhiều các loại bọ mạt, côn trùng, ấu trùng có hại gây ngứa xuất hiện tại nơi tập trung bã thải nấm (Vũ Thị Thu Hằng, 2014)

2.4.2 Ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi gà tới môi trường

Phân gia súc, gia cầm được sử dụng rộng rãi để làm phân bón trong trồng trọt vì chúng cần thiết cho mùa vụ Tác dụng của phân gia súc, gia cầm là cải thiện điều kiện vật lý đất, tăng độ phì nhiêu của đất, ổn định và tăng năng suất cây trồng, Ngày nay, phân hóa học đã trở nên phổ biến và thay thế hầu như hoàn toàn phân hữu cơ trong trồng trọt Kết quả của hệ thống chăn nuôi là một lượng lớn chất thải được thải ra ngoài tự nhiên gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người cũng như vật nuôi Trong chất thải chăn nuôi gia cầm luôn tồn tại một lượng lớn vi sinh vật hoại sinh Nguồn thức ăn của chúng là các chất hữu cơ, vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan trong nước tạo ra những sản phẩm vô cơ: NO2, NO3, SO3, CO2

quá trình này xảy ra nhanh không tạo mùi hôi thối, nếu lượng chất hữu cơ quá nhiều vi sinh vật hiếu khí sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong nước làm khả năng hoạt động phân hủy của chúng kém, gia tăng quá trình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm CH4, H2S, NH3, H2, Indol, Scattol… tạo ra mùi hôi, nước có màu đen và có váng Những sản phẩm này là nguyên nhân làm gia tăng bệnh đường hô hấp, tim mạch ở người và động vật (Bùi Hữu Đoàn, 2009)

Chất thải từ chăn nuôi đặc biệt là chăn nuôi gia cầm là nguồn gây ô nhiễm rất lớn cho đất, nước và không khí Từ quá trình dự trữ, xử lý làm phân bón cho đồng ruộng, một lượng lớn CO2, CH4, N2O, NH3… được phát tán vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính, chất thải rắn có hàm lượng N và P cao, chúng theo dòng nước xâm nhập vào môi trường đất, nước gây ô nhiễm Từ quá trình phân hủy chất thải rắn phát thải ra các khí độc hại, gây ra mùi hôi thối trong chuồng nuôi Các vi sinh vật gây thối phân hủy phân gia súc thành

NH3, NH2 Để phân giải được protein trong chất thải rắn, các vi sinh vật phải tiết ra men protease ngoại bào, phân giải protein thành các polpeptid và olyopeptid Các chất này tiếp tục được phân giải theo những con đường khác nhau, thường là các phản ứng khử amin Khử cacboxyl hoặc khử amon và cacboxyl hình thành các khí thải Từ các chất thải rắn, như phân khô, vật liệu lót chuồng có thể hình thành nên bụi trong không khí chuồng nuôi Tác hại của bụi thường kết hợp với các yếu tố khác như vi sinh vật, endotoxin và khí độc Bụi bám vào niêm mạc gây kích ứng cơ giới, gây khó chịu làm cho gia súc, gia cầm mắc hội chứng bệnh hô hấp Chất thải rắn là nơi cư trú cho vi sinh vật có hại và mầm bệnh, hàng trăm bệnh lan truyền giữa vật nuôi và vật

nuôi, trên 150 bệnh lan truyền giữa vật nuôi và người Tùy vào điều kiện môi trường, phương thức thu gom và xử lý chất thải rắn mà vi sinh vật cũng như mầm bệnh có thể tồn tại trong thời gian ngắn hay dài Thời gian tồn tại của vi sinh vật gây bệnh trong chất thải rắn còn phụ thuộc tùy theo chất thải của loài động vật Vi sinh vật và mầm bệnh sống ngắn nhất trong phân gia cầm nuôi lồng (Bùi Hữu Đoàn, 2009)

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ PHẾ THẢI TRỒNG NẤM VÀ CHĂN NUÔI GÀ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.5.1 Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải trồng nấm và chăn nuôi gà trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới việc sản xuất phân hữu cơ bằng các biện pháp dùng chế phẩm sinh học được áp dụng rộng rãi Đặc biệt là các nước có nền nông nghiệp phát triển như Nhật Bản hay một số nước khác Các chế phẩm được xem như một biện pháp thúc đẩy mạnh mẽ tới quá trình biến đổi của các chất hữu cơ Tại viện Nghiên cứu Khoa học Nhật Bản, việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm sinh học tạo ra nguồn lớn các sản phẩm sử dụng trong nông nghiệp và việc làm sạch môi trường đó là một biện pháp rất tốt nhằm bảo vệ môi trường đồng thời tăng sản lượng nông nghiệp thông qua việc sử dụng các chế phẩm đó trong việc sản xuất phân hữu cơ (Đào Huy Đăng, 2011)

Tại Nhật Bản, chế phẩm sinh học được nghiên cứu và ứng dụng từ rất sớm Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa – Trường Đại học tổng hợp Ryukyu, Okinawa, Nhật Bản đã nghiên cứu và phát minh ra công nghệ vi sinh vật hữu hiệu vào những năm

70 của thế kỷ 20 TS.T.Higa đã nghiên cứu phân lập, nuôi cấy và trộn lẫn 5 nhóm vi sinh vật có ích là vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn và nấm sợi được tìm thấy trong tự nhiên tạo ra chế phấm Effective Microorganisms (EM) Công nghệ EM dần trở nên nối tiếng và có ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước

Yong Xia Hou (2013) đã có nghiên cứu “Ảnh hưởng của việc sử dụng bã nấm trên đất bị xói mòn tới sự phát triển của cây cà chua” Qua các thí nghiệm cho thấy, bã nấm giúp cải thiện chiều cao cây, tỷ lệ quang hợp của lá, tốc động tăng trưởng của cây được nâng cao Trong các công thức thí nghiệm việc bổ xung 2,5%, 5%, 10% bã nấm, thêm 10% bã nấm là tốt nhất Nó có thể làm tăng đáng kể sự sinh trưởng và quang hợp của cà chua và là một trong nhưng biện pháp hữu hiệu đối với đất bị xói mòn

LIANG Hai-tian và cs (2015) đã có nghiên cứu: “ Ảnh hưởng của bã nấm, than bùn và khoáng chất đến đặc điểm tăng trưởng của cây cà chua giống” Nghiên cứu tập trung vào những ảnh hưởng của bã nấm, than bùn và khoáng chất đến đặc điểm sinh trưởng của cà chua giống Sau khi được bổ sung khoáng chất, bã nấm được bón cho cây cà chua giống Bã nấm đã được bổ sung khoáng chất và than bùn với các tỷ lệ khác nhau: 0,33%, 50%, 67% tương ứng, và tỷ lệ sống và tăng trưởng của cây cà chua giống được thử nghiệm sau 25, 45 và 65 ngày Kết quả cho thấy tỷ

lệ sống của cây giống cà chua với các công thức khác nhau là khác nhau Tỷ lệ sống của cây cà chua giống, đường kính thân cây và chỉ số phát triển rễ ở công thức bã nấm:than bùn:khoáng chất =1:1:1 cao hơn so với các công thức khác

Theo GAO Xian-biao (2009), quy trình công nghệ xử lý phế thải trồng nấm bao gồm các bước: Sau khi thu hoạch nấm, phế thải xếp thành đống, tưới nước rồi phủ nilon 3- 4 tháng, sau đó đem phơi khô, tán nhỏ và sàng Nguyên liệu thu được có dung trọng 0,41g/cm2, hàm lượng nước 60,5%, Nts: 1,8% , Pts 0,84%, Kts 1,77% Phế thải trồng nấm trộn với cát, xỉ than… để sử dụng

Sơ đồ 2.1 Công nghệ xử lý phế thải trồng nấm

bằng phương pháp ủ đống

Nguồn: GAO Xian-biao (2009)

Phế thải trồng nấm các loại Loại bỏ các tạp chất Làm tơi xốp

Chỉnh độ ẩm từ 55-65%, ủ đống Bổ sung

chế phẩm vi sinh Phân hữu cơ Kiểm tra chất lượng Đóng gói

Bên cạnh đó, theo Judy Duncan (2005), phân gà sau khi được ủ thành phân compost có tác dụng tốt với đất, thêm chất hữu cơ, làm tăng khả năng giữ nước

và vi sinh vật có lợi trong đất Phân gà cung cấp Nitơ, Phốt pho và Kali nhiều hơn là phân ngựa, phân bò…

Các bước ủ phân gà được tiến hành như sau:

Sơ đồ 2.2 Các bước ủ phân gà thành phân hữu cơ

Nguồn: Judy Duncan (2005)

- Phân gà độn trấu với tỷ lệ khối lượng 80:20 được phối trộn đều với mùn cưa (đảm bảo tỷ lệ C/N :30/1) Hòa chế phẩm sinh học phun đều lên đống ủ Đảo trộn đều đống ủ, đảm bảo độ ẩm đạt 45-50%

- Sau khi hoàn thành công việc đảo trộn nguyên liệu, tiến hành ủ Sử dụng vật liệu đơn giản để che bề mặt đống ủ (nilon), tránh tiếp xúc với không khí

- Định kỳ kiểm tra đống ủ và bổ sung thêm nước cho vi sinh vật phát triển Sau 10 ngày đảo trộn 1 lần Sau khi đảo trộn xong đậy kín đống ủ lại tránh tiếp xúc với không khí

- Sau 20 -30 ngày phân đã đạt độ chín kết thúc quá trình ủ

2.5.2 Tình hình nghiên cứu xử lý phân gà và bã nấm tại Việt Nam

Dự án: “Xây dựng mô hình sử dụng bã nấm tạo giá thể để sản xuất rau, hoa trong chậu” do Hội Nông dân tỉnh Thái Nguyên chủ trì thực hiện trong vòng 24 tháng (8/2013 - 8/2015) với mục tiêu áp dụng công nghệ sinh học để xử lý bã nấm và thực hiện quy trình phối trộn các nguyên liệu dinh dưỡng để sản xuất giá thể sạch phục vụ trồng rau an toàn, hoa tươi Các hộ dân tham gia Dự án đã được tập huấn, chuyển giao quy trình xử lý cho từng loại bã nấm; quy trình phối trộn

Phân gà độn trấu, mùn cưa hoặc rơm rạ Phối trộn

Chế phẩm

Ủ 20-30 ngày Phân hữu cơ