ĐỀ TÀI: ĐIỀU TRA VÀ ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐỂ Ủ PHÂN MÙN TỪ RƠM TẠI HUYỆN CÁI BÈ, TỈNH TIỀN GIANG

Các nghiên cứu thực hiện ở viện lúa đồng bằng Sông Cửu Long về ảnh hưởng của các phụ phẩm nông nghiệp hữu cơ đối với sự bền vững nông nghiệp có ghi nhận dòng nấm Trichoderma viride phân

Cán bộ thực hiện: Dương Thị Giáng Hương

Nguyễn Xuân Dũ Nguyễn Thị Quỳnh Trang

Thành phố Hồ Chí Minh, 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH SÁCH BẢNG iii

DANH SÁCH HÌNH Error! Bookmark not defined. MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 4

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT HỮU CƠ 4

1.1.1 Khái niệm về chất hữu cơ 4

1.1.2 Vai trò của chất hữu cơ trong đất 4

1.1.3 Vai trò của chất hữu cơ đối với sự tăng trưởng của cây trồng 5

1.1.4 Đối với đất canh tác Nông Nghiệp 5

1.1.5 Sự chuyển hóa hữu cơ trong đất 5

1.2 PHÂN HỮU CƠ 6 1.2.1 Khái niệm phân hữu cơ 6

1.2.2 Vai trò của phân hữu cơ trong sản xuất Nông Nghiệp 7

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP Ủ COMPOST 10

1.3.1 Các phương pháp ủ compost 10

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ủ phân hữu cơ (compost) 10

1.3.3 Các dấu hiệu kết thúc của tiến trình ủ phân 16

1.3.4 Chất lượng phân Compost 16

1.4 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CELLULOSE BỞI VI SINH VẬT 16

1.4.1 Phân tử cellulose 16

1.4.2 Vi sinh vật phân giải cellulose 17

1.4.3 Sự phân giải cellulose 18

1.5 CHẾ PHẨM SINH HỌC DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM 19

1.5.1 Chế phẩm Emic 19

1.5.2 Chế phẩm Biomix 20

1.5.3 Chế phẩm Tricho-Compost 21

1.5.4 Nước thải và chất thải Biogas ………22

CHƯƠNG 2 24

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 24

2.2 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 24

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 333

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU

333

3.2 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHÂN HỦY RƠM CỦA CÁC CHẾ PHẨM SINH HỌC VÀ NƯỚC THẢI BIOGAS 343.2.1 Hiện trạng xử lý rơm ở khu vực nghiên cứu ……… 34 3.2.2 Diễn biến nhiệt độ 343.2.3 Ẩm độ 366

3.2.4 Sự thay đổi khối lượng rơm 388

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mối tương quan tỉ lệ C/N và lượng đạm thất thoát 19

Bảng 1.2 Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu vi sinh có trong chế phẩm Emic 19

Bảng 1.3 Thành phần vi sinh vật, pH, BOD trong nước thải biogas 22

Bảng 1.4 Thành phần nước thải biogas của phân heo và phân bò 23

Bảng 2.1 Đặc tính dinh dưỡng trong rơm rạ 25

Bảng 3.1 Kết quả một số thành phần hóa học của rơm và chất thải biogas 33

Bảng 3.2 Kết quả phân tích đạm tổng số và lân tổng số của nước thải biogas 33

Bảng 3.3 Ẩm độ các nghiệm thức theo thời gian 37

Bảng 3.4 Giá trị pH các nghiệm thức theo thời gian 40 Bảng 3.5 Hàm lượng carbon hữu cơ các nghiệm thức theo thời gian 422 Bảng 3.6 Hàm lượng đạm tổng số (Ntổng số) của các nghiệm thức theo thời gian 444 Bảng 3.7 Tỷ lệ C/N các nghiệm thức theo thời gian 466 Bảng 3.8 Hàm lượng lân (Ptổng số) của các nghiệm thức theo thời gian 488 Bảng 3.9 Một số thành phần hóa học của rơm sau khi ủ 50

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hóa chất hữu cơ 6

Hình 1.2 Chế phẩm sinh học Emic 19

Hình 1.3 Chế phẩm sinh học Tricho-Compost 21

Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm tại Xã Hậu Mỹ Trinh, Huyện Cái Bè, Tỉnh Tiền Giang 24

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 27

Hình 3.1 Diễn biến nhiệt độ trung bình của các nghiệm thức trong quá trình ủ 355 Hình 3.2 Sự giảm khối lượng lượng rơm ở các nghiệm thức sau khi ủ 388 Hình 3.3 Rơm trước và sau khi ủ compost 49

MỞ ĐẦU

Với nền kinh tế sản xuất nông nghiệp chiếm ưu thế, hàng năm Việt Nam nói chung và Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng thải ra môi trường một lượng rơm rất lớn sau mỗi vụ thu hoạch Vài năm trở lại đây, phần lớn nông dân áp dụng cách đốt rơm là biện pháp xử lý nguồn dư thừa thực vật này ngày càng phổ biến sau mỗi mùa gặt, chẳng những lãng phí nguồn nguyên nhiên liệu, gây ô nhiễm môi trường , đặc biệt

là môi trường không khí, mà còn gây tác hại lớn đến đối với sức khỏe con người, nhất

là người già, trẻ em, những người mắc bệnh mãn tính về hô hấp

Thành phần chính của rơm là những hydratcacbon gồm: lignocellulose 37.4%; hemicellulose 44.9%; lignin 4.9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9-14%, trong đó licnoxenluloza trong rơm khó phân hủy sinh học Quá trình đốt rơm ngoài trời không kiểm soát được lượng khí dioxit cacbon CO2 phát thải vào khí quyển cùng với cacbon monoxit CO, khí meetan CH4, các oxit nitơ NOx và một ít dioxit chất vô cơ do nhiệt độ cao Đồng ruộng bị khô, chai cứng, một lượng lớn nước bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy (Nguyễn Thụy Bảo Uyên, 2011)

Với tập quán làm lúa 3 vụ/năm, đất không có thời gian nghỉ Do đó đại đa số nông dân thường có tập quán là đốt bỏ để chuẩn bị đất cho vụ mùa tiếp theo Theo ước tính nếu đốt 1 tấn rơm thì sẽ thải ra 36,32 kg khí CO; 4,54 kg Hydrocarbon và 3,18 kg bụi tro và 56,00 kg CO2 các thành này góp phần gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường không khí và ảnh hưởng không nhỏ tới sức khỏe người dân

Rơm nếu để tự nhiên sẽ cần thời gian phân hủy rất lâu, và do tỷ lệ C/N rất cao nên tiến trình phân giải diễn ra rất chậm trong điều kiện ngập nước (Nguyễn Thành Hối, 2008) Ngoài ra, quá trình phân hủy trong điều kiện ngập nước có thể sinh ra nhiều độc tố như H2S, CH4, C2H4. Các acid hữu cơ có thể gây ngộ độc cho rễ lúa làm cản trở quá trình sinh trưởng và phát triển, tỷ lệ nhánh hữu hiệu thấp, tỷ lệ lép cao dẫn đến giảm năng suất lúa (Mai văn Quyền, 2001)

Những kết quả nghiên cứu trong thời gian qua cho thấy có thể tận dụng nguồn rơm rạ để sản xuất phân hữu cơ tại chỗ, làm tăng độ phì nhiêu cho đất, góp phần ổn định sự bền vững cho đất thâm canh và năng suất Tuy nhiên, nếu ủ rơm theo cách truyền thống, phơi khô và để rơm rạ phân hủy tự nhiên thì mất rất nhiều thời gian Các nghiên cứu thực hiện ở viện lúa đồng bằng Sông Cửu Long về ảnh hưởng của các phụ phẩm nông nghiệp hữu cơ đối với sự bền vững nông nghiệp có ghi nhận dòng nấm

Trichoderma viride phân giải rơm rạ, làm giảm lượng cacbon hữu cơ, giảm tỷ lệ C/N

và gia tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng N, P, K, Mn, Zn, Cu (Trần Thị Ngọc Sơn

và cộng tác viên, 2009) Theo Dương Minh (2010) các dư thừa thực vật như thân bắp,

cỏ lông tây, rơm, lục bình… là những nguyên liệu tốt để ủ phân hữu cơ Dưới tác động

của Trichoderma, chúng mau hoai mục đồng thời có tác dụng tốt để giúp Trochoderma khống chế nấm bệnh F.solani trong đất

Chất thải từ hầm ủ biogas là một trong những nguồn nguyên liệu có thể sản xuất phân hữu cơ hiệu quả Nguồn chất thải từ hầm ủ biogas có chứa khá nhiều dưỡng chất như đạm, lân, và các nguyên tố vi lượng khác Để tận dụng nguồn chất thải này, một số nơi nông dân đã bón trực tiếp cho cây trồng Tuy nhiên, hầm ủ biogas sử dụng các

nguồn phân thải của gia súc trong đó có rất nhiều vi khuẩn có hại như E.coli,

Samonella,… Nhiệt độ hầm ủ biogas chưa thể diệt hết nguồn vi khuẩn bất lợi này (trích

Lê Thị Thanh Chi, 2008)

Các chế phẩm sinh học như: EMic, Biomix, Tricho-Compost… rất có hiệu quả trong việc cải tạo môi trường nước (làm trong sạch, khử mùi hôi của nước); tăng sức đề kháng cho vật nuôi và cây trồng Đồng thời góp phần cải thiện môi trường khử mùi hôi chuồng trại, phân hủy chất hữu cơ, ủ phân compost, với nhiều nhóm vi sinh vật như:

nhóm vi khuẩn quang hợp, nhóm vi khuẩn lactobacillus, nhóm nấm men (Saccharomyses), nhóm nấm sợi (Aspergillus & Penicillium),… Người dân chuộng sử

dụng chế phẩm sinh học vì giá thành không cao, dễ mua và dễ sử dụng

Rơm và chất thải biogas là những nguồn nguyên liệu có ích, việc sử dụng rơm

và chất thải biogas đúng mục đích không chỉ giúp cải tạo đất, nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp mà còn hạn chế ô nhiễm môi trường Phân bón hữu cơ từ rơm góp phần gia tăng độ mùn, bổ sung chất dinh dưỡng, nâng cao chất lượng cây trồng

Mục tiêu chung:

Đề tài “Điều tra và đánh giá việc sử dụng chế phẩm sinh học để ủ phân mùn

từ rơm tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang” được thực hiện nhằm tận dụng nguồn tài

nguyên rơm và chất thải túi ủ biogas, tránh lãng phí và hạn chế gây ô nhiễm môi trường

Giới hạn, phạm vi nghiên cứu của đề tài: Thực hiện tại huyện Cái Bè, Tỉnh

Tiền Giang

Nội dung nghiên cứu:

- Ủ rơm theo quy trình và khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm Trichoderma và Biomix, Emic và chất thải Biogas

- Phân tích các chỉ tiêu: pH, nhiệt độ, độ ẩm, tỷ lệ C/N, N tổng, P tổng

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT HỮU CƠ

1.1.1 Khái niệm về chất hữu cơ

Chất hữu cơ là những hợp chất của cacbon, (ngoại trừ các oxit cacbon và các muối cacbonat), đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành đất và độ phì nhiêu của đất Số lượng và tính chất của chất hữu cơ quyết định đến nhiều tính chất hóa, lý và sinh học của đất (Nguyễn Thế Đặng, 1999) Chất hữu cơ là bộ phận của đất

Sự có mặt của chất hữu cơ cho đất có một tính chất đặc biệt, đó là độ phì, bao gồm những đặc tính về lý, hóa học và môi trường sống của vi sinh vật trong đất (Dương Minh Viễn, 2003)

1.1.2 Vai trò của chất hữu cơ trong đất

Trong chất hữu cơ, đặc biệt là acid mùn có tính chelate sẽ tham gia tích cực trong các quá trình phong hóa đá và các khoáng vật Humic acid phân giải các khoáng vật thuộc nhóm silicate và alumino silicate (Trần Kim Tính, 2000) Chất hữu cơ còn liên kết với sét tạo nên lớp phủ, một dấu hiệu quan trọng về các tiến trình thành lập đất

đã hoặc đang xảy ra Lớp phủ là chất hữu cơ thường có màu tối, thường không nhẵn và không cứng Lớp phủ gồm chất hữu cơ và sét thường hiện diện ở những đất có hàm lượng Na cao Chất hữu cơ kết hợp với phần trăm Na trao đổi, chúng rời rạc tạo nên các hạt đất nhỏ làm cho đất khô rất nhanh Trên đất phù sa có hàm lượng sét cao, chất hữu cơ là một trong những biến làm thay đổi sức căng của đất Do đó chất hữu cơ đóng

khá vai trò quan trọng trong việc hình thành và ổn định cấu trúc đất

1.1.3 Vai trò của chất hữu cơ đối với sự tăng trưởng của cây trồng

Chất hữu cơ có chứa các nguyên tố như: N, P, K, Mg và các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng Cây có thể hút một lượng nhỏ chất đạm hữu cơ dưới dạng amino acid như: Alanine, Glycine; còn thông thường cây hút dinh dưỡng dưới dạng muối khoáng có được từ sự khoáng hóa chất hữu cơ Ví dụ: cây lúa hút 80% chất đạm

từ sự khoáng hóa hữu cơ trong đất ngay cả khi đất được bón phân (trích dẫn Huỳnh Duy Khang, 2007) Bón kết hợp thích đáng giữa phân hóa học và phân hữu cơ sẽ có tác dụng tăng năng suất cây trồng

1.1.4 Đối với đất canh tác Nông Nghiệp

Tác dụng cải tạo và bảo vệ đất: giúp đất ít bị rửa trôi, chất hữu cơ có tác dụng như keo giữ lại các hạt đất nhỏ, nếu chất mùn trong đất cao thì các chất dinh dưỡng cho cây ít bị rửa trôi hay bay hơi Ngoài ra, nhờ vào đặc tính keo của chất mùn mà chất hữu

cơ làm tăng tính đệm cho đất Thông qua hoạt động của vi sinh vật, chất hữu cơ bị phân hủy thành mùn và mùn có khả năng liên kết các hạt đất phân tán làm cho đất có cấu trúc tốt, thoáng khí, dễ cày bừa, giữ nước và giữ phân tốt hơn (Đỗ Thanh Ren, 1998)

Ảnh hưởng đến tiến trình hóa học đất: Hầu hết các loại đất nếu bón phân đạm lâu ngày sẽ có xu hướng giảm pH đất Chất hữu cơ sẽ có tác dụng đệm, nếu độ chua của đất do nhôm có thể điều chỉnh bằng cách tạo hợp chất hữu cơ với nhôm Chất hữu

cơ có thể tạo thành phức chất với sắt, nhôm từ phosphate của chúng, và sự tạo thành

CO2 từ sự phân hủy chất hữu cơ có thể làm xuất hiện dạng lân liên kết với Canxi (trích dẫn Huỳnh Duy Khang, 2007)

1.1.5 Sự chuyển hóa hữu cơ trong đất

Sự biến đổi và chuyển hóa các xác hữu cơ trong đất là một hóa trình sinh hóa phức tạp Được thực hiện với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, oxy, không khí và nước

Xác sinh vật tồn tại trên mặt đất hoặc trong các tầng đất, trong quá trình phân giải chúng mất cấu tạo hình dạng, còn các hợp chất cấu tạo nên xác sinh vật thì bị chuyển đổi thành những hợp chất linh hoạt hơn, dễ tan hơn Một phần hợp chất này được khoáng hóa hoàn toàn để tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Trong quá trình khoáng hóa, một số hợp chất trung gian đơn giản là dinh dưỡng cho vi sinh vật, động vật và thực vật Một phần sản phẩm của quá trình khoáng hóa được vi sinh vật

dùng để tổng hợp protit, lipit, gluxit và một loạt hợp chất mới Xây dựng cơ thể chúng

và khi chết đi đƣợc phân hủy tiếp tục Phần thứ ba của quá trình chuyển hóa chất hữu

cơ là tạo thành những hợp chất cao phân tử có cấu tạo phức đó là axit mùn Những hợp chất mùn này có thể tiếp tục bị khoáng hóa để giải phóng dinh dƣỡng cho cây trồng (Nguyễn Thế Đặng, 1999)

Nhƣ vậy, xác hữu cơ trong đất chịu sự tác động của 2 quá trình song song tồn tại Tùy thuộc điều kiện ngoại cảnh, hệ vi sinh vật và loại xác hữu cơ mà quá trình này hay quá trình kia chiếm ƣu thế Hai quá trình đó là: quá trình khoáng hóa chất hữu cơ

và quá trình mùn hóa chất hữu cơ

(Nguyễn Thế Đặng, 1999) Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hóa chất hữu cơ

1.2 PHÂN HỮU CƠ

1.2.1 Khái niệm phân hữu cơ

Phân hữu cơ là tên gọi chung cho các loại phân đƣợc sản xuất từ các vật liệu hữu cơ nhƣ: xác bã thực vật, chất thải động vật, phế phẩm nông nghiệp hay công nghiệp bị chôn vùi trực tiếp vào đất hoặc ủ thành phân Sau khi phân giải có khả năng cung cấp dinh dƣỡng cho cây Quan trọng hơn nữa là có khả năng tái tạo lớn Phân hữu

cơ không những làm tăng năng suât cây trồng mà còn có khả năng tăng hiệu quả của phân bón hóa học, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu của đất

Kinh nghiêm trong quá trình sử dụng, nghiên cứu phân bón cho thấy để đảm bảo năng suất cao và ổn định, việc cung cấp dinh dƣỡng cho cây trồng chỉ dựa vào phân vô

cơ là chƣa đủ mà phải có hữu cơ ít nhất 25% trong tổng số dinh dƣỡng

Chất hữu cơ có tỷ lệ C/N cao đƣợc vùi trực tiếp trong đất không qua xử lý, chức năng chủ yếu cải tạo đất thì đƣợc gọi là chất hữu cơ cải tạo đất Chất hữu cơ thông qua xử lý hoặc không qua xử lý có tỷ lệ C/N thấp thì đƣợc gọi là phân hữu cơ

1.2.2 Vai trò của phân hữu cơ trong sản xuất Nông Nghiệp

Phân bón là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng

Qua thực tiễn của nền văn minh lúa nước nông dân Việt Nam đã thấy rõ vai trò của phân bón đối với sản xuất và năng suất lúa Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển Nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dưỡng mà phải lấy thêm phần lớn từ phân bón Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong số các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, bón phân luôn là biện pháp có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất cây trồng (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005)

Tổng kết trên phạm vi toàn thế giới, 1989 tổ chức Lương Nông Liên Hợp Quốc (FAO) đưa ra nhận xét: “mỗi tấn chất dinh dưỡng sản xuất được mười tấn ngũ cốc” Nhận xét này khẳng định vai trò hàng đầu của phân bón đối với việc sản xuất lương thực trên thế giới

Phân bón ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm

Cây trồng hút chất dinh dưỡng từ trong đất và phân bón, kết hơp với sản phẩm của quá trình quang hợp tạo thành sản phẩm của mình Cho nên sản phẩm thu hoạch phản ánh tình hình đất đai và việc cung cấp chất dinh dưỡng cho cây Bón phân cân đối

và hợp lý còn làm tăng chất lượng nông sản, cụ thể làm tăng hàm lượng chất khoáng, Protein, đường và Vitamin cho sản phẩm Tuy nhiên, nếu thiếu chất dinh dưỡng, hoặc bón phân quá nhiều và không cân đối cũng có thể làm giảm năng suất và chất lượng nông sản (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005)

Ngoài ra, bón phân hợp lý còn làm tăng khả năng chống chịu cho cây Ảnh hưởng gián tiếp do cải thiện được sức sinh trưởng của cây để chống chịu với các yếu tố khí hậu, sâu bệnh và các loài gây hại

Bón phân là một biện pháp cải tạo môi trường

Bón phân làm tăng độ phì nhiêu của đất, đất tốt hơn, cân đối hơn, đặc biệt phân hữu

cơ và vôi là biện pháp cải tạo đất rất hữu hiệu Ở những đất có độ phì nhiêu ban đầu thấp, đất xấu thì việc bón phân càng có tác dụng rõ Tuy vậy, bón phân không hợp lý, không đúng kỹ thuật có thể làm cho đất xấu đi hoặc gây ô nhiễm môi trường Phân hữu cơ có thể tạo ra nhiều chất CH4, CO2, NH4, NO3 Phân vô cơ tạo ra nhiều đạm ở thể khí làm đất trở nên độc với cây trồng và ô nhiễm không khí, nguồn nước (Nguyễn Đăng Nghĩa, 2005)

Cải tạo hóa tính và bồi dưỡng đất

Chất hữu cơ là nhân tố tích cực tham gia vào quá trình chuyển hóa lân trong đất

từ dạng khó tiêu sang dạng dễ tiêu, hữu dụng cho cây trồng Mặt khác, chất hữu cơ còn

có tác dụng đệm trong hầu hết các loại đất (Đỗ Thị Thanh Ren, 1998) hay tạo thành các phức chất hữu cơ – khoáng để khắc phục các yếu tố độc hại trong đất Bên cạnh đó, chất hữu cơ còn phát huy tác dụng của các chất điều hòa tăng trưởng sinh ra trong đất (Hoàng Minh Châu, 1998)

Cải tạo lý tính của đất

Chất hũu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của đất, một trong những ảnh hưởng quan trọng là hình thành cấu trúc đất và duy trì độ bền cấu trúc đất (Thomas và cộng tác viên., 1996) khi trộn chất hữu cơ vào đất làm tăng độ ổn định kết cấu đất, giúp đất tơi xốp do hoạt động của vi sinh vật đất và tạo lớp phủ bề mặt cho đất Phân hữu cơ ảnh hưởng đến sự tuần hoàn nước trong đất, làm cho nước thấm vào đất thuận lợi, khả năng giữ nước của đất cao, việc bốc hơi bề mặt giảm đi, ngoài ra còn hạn chế đóng váng bề mặt

Bên cạnh đó, phân hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi và nâng cao độ phì nhiêu của đất thoái hóa Khối lượng phân hữu cơ vùi vào đất càng lớn thì độ phì nhiêu phục hồi càng nhanh (Lê Hồng Tịch, 1997)

Tác dụng lên đặc tính sinh học của đât

Sau khi vùi phân hữu cơ vào đất thì tập đoàn sinh vật đất phát triển rất nhanh, làm phong phú thêm tập đoàn sinh vật đất có lợi cũng như có hại Chất hữu cơ là môi trường sống tốt cho sinh vật sống và phát triển nhanh chóng, chất mùn từ phân chuồng

làm tăng hiệu quả cố định đạm của Rhirobium và Azobactor và khả năng Nitrat của đất

cũng tăng lên Phân hữu cơ là sản phẩm năng lượng, là nguồn thức ăn đối với vi khuẩn đất và cũng là nguồn cung cấp sinh vật cho đất (Trần Thị Anh Thư, 2010)

Tác dụng trực tiếp đến cây trồng

Theo Hoàng Minh Châu (1998): Nhờ acid humic trong phân hữu cơ mà nó giúp cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng, các chất hữu cơ cũng là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây do mùn bị phân hủy và tan các chất vô cơ trong đất Chất hữu cơ không chỉ

là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng mà còn giúp đạt năng suất cao nhất nhờ con đường khoáng hóa và cải tạo tính chất lý – hóa của đất Nguồn đạm bổ sung cho đất chủ yếu dựa vào nguồn phân hữu cơ và sự cố định đạm của các vi sinh vật sống trong đất Ngoài ra, bản thân phân hữu cơ có chứa các nguyên tố N, P, K, Ca, Mg và nhiều nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng

Một vài nghiên cứu về ủ phân hữu cơ và ứng dụng trong nông nghiệp

Tính bền vững trong nông nghiệp được nhiều nơi trên thế giới quan tâm, trong

đó chất hữu cơ giữ vai trò quan trọng nhờ khả năng giúp điều hòa các tiến trình lý, hóa

và sinh học trong đất (Chong, 2005) Trong khi đó, việc canh tác cây trồng ở Đồng bằng sông Cửu Long còn lệ thuộc chủ yếu vào phân hóa học và các hóa chất bảo vệ thực vật,… nên đã gây nhiều tác hại đến môi trường (Lê Văn Hưng, 2004) trong khi đó việc sử dụng các loại phân hữu cơ rất ít được người dân quan tâm, các phế phẩm nông nghiệp, các chế phế phẩm nông nghiệp, rác nông nghiệp thường bị bỏ phí,…vô tình đã tạo thêm điều kiện gây ô nhiễm môi trường (Phạm Xuân Hồng, 2004)

Trong nghiên cứu của Dương Minh (2009), mô hình ủ phân hữu cơ tù rác thải hữu cơ: rơm rạ, cỏ, rác chợ được thực hiện tại huyện Châu Thành tỉnh Hậu Giang Vật liệu được xếp theo từng lớp và thể tích đóng ủ là 4,5 m3 có bao bạt nhựa xung quanh và

có tưới chế phẩm Tricho-ĐHCT (30mg/m3) Trong quá trình phân hủy, nhiệt độ đống ủ tăng dần và đạt tối đa 53 – 54 0C sau 5 tuần, sau đó giảm dần và ổn định từ tuần 7 – 8 (khoảng 36 0C, khi đống ủ hoai) Thể tích đống ủ giảm dần và ổn định Sau 8 tuần, đống ủ được trộn đều và sử dụng trong mô hình trồng khổ qua, cải tùa xại và Cam mật Kết quả cho thấy: Việc kết hợp bón phân hóa học và 10 tấn phân hữu cơ cho năng suất cao hơn các thương phẩm đạt 33,9 tấn/ha, tỷ suất lợi nhuận đạt 1,40 ở mô hình trồng khổ qua và 18,8 tấn/ha, tỷ suất lợi nhuận 0,74 ở mô hình cải tùa xại Năng suất cam mật ở các nghiệm thức co bón phân hữu cơ đều cao hơn so với cách bón phân của nông dân Như vây, so với biện pháp canh tác truyên thống của nông dân chỉ sử sụng đơn thuần phân hóa học, thì sử dụng phân hữu cơ có thể năng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận trong sản xuất và hạn chế ô nhiễm môi trường

Theo nghiên cứu của Trần Thị Ba và ctv, ảnh hưởng của phân hữu cơ và phân

vô cơ lên sự sinh trưởng, năng suất và chất lượng rau cần nước năm 2009 Kết quả thí nghiệm cho thấy bón phân hữu cơ kết hợp với phân vô cơ theo tỷ lệ hợp lý sẽ cho năng suất và chất lượng cao hơn hẳn so với chỉ bón phân vô cơ Cụ thể, khi bón 15 tấn phân hữu cơ + 60-60-20 kg NPK /ha năng suất 17,63 tấn/ha, thấp nhất là chỉ sử dụng đơn thuần phân vô cơ năng suất chỉ 10,75 tấn/ha Hàm lượng Nitrate trong thân và lá cần nước khi sử dụng 30 tấn phân hữu cơ hoai mục thấp nhất 35,5 mg/kg, cao nhất là 138,5 mg/kg nhưng vẫn ở ngưỡng cho phép của tổ chức Y tế Thế Giới Như vậy, việc

sử dụng đơn thuần phân hữu cơ có thể làm giảm hàm lượng nitrate trong thương phẩm

và khi kết hợp với phân vô cơ với tỷ lệ hợp lý sẽ làm tăng năng suất và chất lượng rau cần nước cũng đc tốt hơn

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP Ủ COMPOST

1.3.1 Các phương pháp ủ compost

Ủ phân compost là một hoạt động tái sử dụng chất thải hữu cơ được nông dân

áp dụng rất lâu đời Quá trình ủ phân compost là quá trình phân hủy và cố định các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, nhiệt được sản sinh ra trong các quá trình sinh học này làm cho nhiệt độ trong khối ủ tăng lên đến mức thích hợp cho sự phát triển của các vi sinh vật ưa nhiệt, quá trình ủ phân compost tạo ra sản phẩm ổn định, không còn mầm bệnh và các hạt cỏ dại, có thể dùng để bón cho đất trồng (Lê Hoàng Việt, 2004)

Thông thường có 3 cách ủ compost điển hình: ủ hiếu khí, ủ yếm khí và vermicompost:

Ủ hiếu khí

Vi sinh vật phân giải chất hữu cơ với sự hiện diện của oxy và tổng hợp thành những hợp chất hữu cơ mới Quá trình ủ hiếu khí sinh ra nhiệt rất lớn trong một thời gian dài và một lượng lớn C và N mất đi thông qua sự biến đổi thành CO2 và NH3

Ủ yếm khí

Trong hệ thống ủ yếm khí vi sinh vật tiêu hủy từng phần và lên men chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Hoạt động của vi sinh vật và sự phân hủy sẽ không tốt nếu việc quản lý đống ủ kém hiệu quả, nhiệt độ khối ủ không cao Trong quá trình ủ yếm khí sẽ tạo ra một số acid hữu cơ và một số hợp chất có hại cho cây trồng nhưng hệ thống ủ yếm khí sẽ không làm mất đi lượng N trong đống ủ

Vermicompost

Đây là phương pháp ủ hiếu khí sử dụng trùng đất để phân hủy chất hữu cơ Sản phẩm của tiến trình ủ này có chất lượng rất cao trong việc nâng cao độ phì nhiêu của đất và sự phát triển của cây trồng Trùng rất nhạy cảm với điều kiện yếm khí, ammonia, nhiệt độ cao và sự thiếu ẩm độ Trùng hoạt động tốt nhất ở 600

-850 F (160 - 290C) và nhiệt độ trong khối ủ gần bằng nhiệt độ xung quanh (trích dẫn Lê Thị Thanh Chi, 2008)

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ủ phân hữu cơ (compost)

Nguyên liệu

Những nguyên liệu ủ phân hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật do đó chúng chứa nhiều dưỡng chất vi lượng và đa lượng thiết yếu cho cây trồng Với một lượng đạm bổ sung đáng kể, hầu hết những dinh dưỡng khoáng hiện diện trong phân hữu cơ sẽ được

duy trì trong suốt quá trình ủ nếu đống ủ được quản lý các điều kiện ủ tốt Tuy nhiên,

có sự thay đổi đáng kể đối với lượng dưỡng chất trong phân hữu cơ do việc sử dụng các nguồn nguyên liệu ủ khác nhau Những loại phân hữu cơ được ủ từ những nguyên liệu khác nhau sẽ có lượng dưỡng chất khác nhau (trích dẫn Lê Thị Thanh Chi, 2008)

Nhiệt độ

Nhiệt sinh ra trong đống ủ là do hoạt động phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh vật

Sự gia tăng nhiệt trong đống ủ sẽ giúp chất hữu cơ nhanh hoai mục hơn Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm vô hiệu quá hoạt động phân huỷ của một số enzym do

vi sinh vật tiết ra để xúc tác phản ứng phân huỷ chất hữu cơ (Atlas và Bartha, 1981)

Mỗi loài vi sinh vật chỉ có thể phát triển và hoạt động tốt trong khoảng nhiệt độ nhất định Vi sinh vật có thể bị chết khi nhiệt độ đạt trên khoảng chịu đựng Do đó, trong quá trình ủ, yếu tố nhiệt độ đôi khi rất có lợi, có thể dùng để loại trừ những loài

vi sinh vật gây bệnh Nếu nhiệt độ đống ủ đạt trên 70 0C thì có thể tiêu diệt được phần lớn các mầm bệnh có trong vật liệu ủ phân hữu cơ Tuy nhiên nhiệt độ quá cao và kéo dài cũng tiêu diệt luôn cả các nhóm vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ và làm giảm tốc

độ hoai mục Bach và cộng tác viên (1984) cho rằng tốc độ phân huỷ chất hữu cơ tối

ưu trong khoảng 60 – 65 0C Ở nhiệt độ cao trên 70 0C vẫn có thể có một số vi sinh vật

ưa nhiệt hiếu khí hoạt động nhưng mật số của chúng thường thấp do lượng oxy trong đống ủ giảm ở nhiệt độ cao (Blain Metting, 1995)

Nhiệt độ trong đống ủ thường tăng cao do sự phát nhiệt và sự lưu giữ nhiệt của chính khối ủ Nguyên nhân phát nhiệt do sự oxy hoá của một số chất béo (Blain Metting, 1995) và khi hoá năng chuyển thành nhiệt năng trong hoạt động trao đổi chất và phân huỷ hữu cơ của vi sinh vật (Batley, 1987) Sự phát nhiệt và nhiệt độ của đống ủ có mối quan hệ điều chỉnh lẫn nhau Khi hoạt động của vi sinh vật mạnh dẫn đến gia tăng phát nhiệt và có thể làm nhiệt độ của khối ủ tăng cao Nhiệt độ quá cao lại có tác dụng nghịch là giảm hoạt động của vi sinh vật và dẫn đến giảm sự phát nhiệt Do đó đống ủ thường có nhiệt độ tối đa khoảng 80-82 0C Nếu đống ủ được quản lý tốt, nhiệt độ có thể được duy trì ở mức độ cao khỏang vài tuần (ngoại trừ giai đoạn xới trộn) Do đó, yếu tố quan trọng nhất để theo dõi đống ủ là nhiệt độ Nhiệt độ đống ủ cần được theo dõi ít nhất là hàng tuần (Mark, 1995) Nhiệt độ đống ủ và khả năng dẫn nhiệt của chất ủ đặc biệt quan trọng, liên quan đến khả năng giữ nhiệt và sự phân bố đồng đều nhiệt trong khối ủ Nguyên liệu ủ có ẩm độ càng cao thì khả năng giữ nhiệt càng lớn Do tính dẫn nhiệt của chất hữu cơ thường thấp, ngược lại lượng nhiệt sinh ra trên mỗi đơn vị thể tích lại tương đối cao nên nhiệt có xu hướng giữ lại hơn là mất đi do nhiệt bị dẫn thoát ra ngoài đống ủ Đống ủ có nhiệt độ quá cao cũng

dẫn đến bất lợi cho hoạt động của vi sinh vật và giảm tốc độ hoai mục chất hữu cơ

Do đó vấn đề quản lý nhiệt, làm thế nào loại bỏ lượng nhiệt dư thừa trong quá trình ủ rất quan trọng (Blain Metting, 1995)

Trên thực tế để loại bỏ nhiệt dư thừa sinh ra trong quá trình ủ người ta quản lý thông qua hình dáng và kích thước của khối ủ để có thể tăng sự đối lưu tự nhiên và bốc hơi nước Một biện pháp hữu hiệu thường hay dùng là đảo trộn để có thể vừa loại bỏ được nhiệt độ dư thừa và cung cấp thêm oxy cho hệ thống

Ẩm độ

Nước cần thiết cho hoạt động sinh lý của vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ chất hữu cơ Nước đóng vai trò hoà tan muối và một số chất hữu cơ, là môi trường sinh sống của vi sinh vật Ẩm độ của nước có liên quan trực tiếp đến sự trao đổi khí của đống ủ (Blain Metting, 1995) Thừa ẩm độ làm giảm sự trao đổi khí, dẫn đến thiếu oxy, thoát nhiệt kém Tuy nhiên khi ẩm độ thấp có thể dẫn đến hạn chế sự phát triển của vi sinh vật Khả năng chịu hạn của vi khuẩn kém hơn nấm và xạ khuẩn nhưng lại

có vai trò quan trọng hơn trong phân huỷ chất hữu cơ ở giai đoạn đầu của quá trình ủ Trong trường hợp ủ hiếu khí, ẩm độ cao sẽ ngăn cản quá trình thông khí và làm cho

mẻ ủ trở nên yếm khí Ẩm độ của nguyên liệu từ 50 – 70 % (trung bình là 60%) thích hợp cho ủ compost và nên giữ ẩm độ cho đến cuối giai đoạn nhiệt độ cao (Lê Hoàng Việt, 2004)

Oxy

Oxy là nguyên tố rất quan trọng trong ủ compost Thiếu oxy làm cho phân huỷ chất hữu cơ chậm lại, sự phát nhiệt của đống ủ sẽ giảm xuống Do đó điều kiện yếm khí là điều không mong muốn trong ủ phân hữu cơ (Blain Metting, 1995) Trong môi trường ẩm độ quá cao dể tạo điều kiện yếm khí, làm giảm tốc độ phân huỷ chất hữu cơ, tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ trung gian có hại cho cây trồng Ẩm

độ cao dẫn đến các khoảng trống trong đống ủ bị lắp đầy nước, làm giảm trao đổi khí, giảm cung cấp oxy, tăng tính giữ nhiệt của đống ủ Sự trao đổi hay khuếch tán không khí trong ủ phân hữu cơ bị ảnh hưởng bởi hình dáng, kích thước của đống ủ Thiết kế nơi ủ để tạo sự đối lưu tốt hoặc sử dụng thêm hệ thống quạt để tăng sự đối lưu là yếu tố rất quan trọng Sự thông thoáng của đống ủ được đánh giá theo hàm lượng O2 có trong không khí của đống ủ Có nhiều ý kiến khác nhau về vấn đề này Willson và cộng tác viên (1980) cho rằng hàm lượng oxy trong không khí đống ủ đạt 5% là thoáng khí Hoạt động của vi sinh vật tối ưu nhất khi nồng độ oxy đạt 15-20% (trích Lê Hoàng Việt, 2004)

Tỉ lệ C/N

C/N là thông số quan trọng nhất về các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật Quá nhiều cacbon sẽ làm chậm quá trình phân hủy, còn lượng đạm cao sẽ gây mùi hôi thối Cacbon trong các chất thải hữu cơ được vi sinh vật đồng hóa để tạo nên

tế bào mới chiếm khoảng 20-40%, phần còn lại được biến đổi thành CO2 và quá trình sinh năng lượng Các tế bào vi khuẩn chứa 50% C và 5%N, do đó lượng đạm cần thiết trong khối ủ phải chiếm từ 2-4%

C/N tối ưu cho quá trình ủ là 35-40, nếu tỉ lệ này nhỏ hơn 35 thì quá trình phân hủy diễn ra nhanh, N mất đi thông qua sự bay hơi NH3, nếu C/N trên 40 quá trình phân hủy sẽ chậm lại, phân sẽ chậm hoai mục (Stratton, 1995 )

Mối tương quan giữa tỉ số C/N và thời gian ủ compost như sau:

C/N = 20 Thời gian ủ 12 ngày

C/N = 20 – 50 Thời gian ủ 14 ngày

C/N = 78 Thời gian ủ 21 ngày

Khi C/N nhỏ hơn 20, đạm N sẽ mất đi do quá trình chuyển đổi thành NH3 đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ, pH cao

Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất thoát được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Mối tương quan giữa tỷ lệ C/N và lượng đạm bị thất thoát

vai trò tiêu thụ H+

Khi quá trình amon hoá giảm xuống thì pH cũng tụt xuống còn khoảng 7.5-8.0 Có thể không cần điều chỉnh pH nguyên liệu ủ vì pH môi trường ủ có khả năng tự điều chỉnh cho phù hợp (Blain Metting, 1995)

Vi sinh vật

Sự phân huỷ chất hữu cơ trong phân hữu cơ được thực hiện bởi nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau Hoạt động của chúng tạo ra sự thay đổi của môi trường ủ như phát nhiệt, oxy hoá khử, thay đổi pH,… Mỗi loài vi sinh vật có vai trò khác nhau trong phân huỷ chất hữu cơ Tuỳ theo mục đích ủ và sản phẩm cần thu được người ta quan tâm đến các loài vi sinh vật khác nhau và sự phát triển của chúng trong quần thể vi sinh vật trong hệ thống ủ

Nguyên liệu sau khi ủ trở nên hoai mục là do hoạt động vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn thức ăn giúp chuyển hoá xác bã hữu cơ tươi thành chất mùn, phân huỷ các chất hữu cơ dễ phân huỷ Khả năng phân huỷ các thành phần chất hữu cơ của các nhóm vi sinh vật khác nhau rất nhiều Vi khuẩn dễ phân hủy amino acid và các thành phần hữu cơ chứa nhiều đạm với tỉ lệ C/N 10:1 đến 20:1 Trong khi đó nấm có thể phân huỷ chất hữu cơ có tỉ lệ C/N từ 75:1 đến 200:1 như rơm rạ, xác mía Trong chất liệu ủ giàu hợp chất đạm vi khuẩn phát triển rất mạnh ở giai đoạn đầu vì có nhiều đạm dễ phân huỷ Ở giai đoạn sau nấm lại dễ thích nghi với môi trường hơn vì còn lại nhiều hợp chất hữu cơ khó phân huỷ (Blain Metting, 1995)

Sự biến động của quần thể vi sinh vật về loài và số lượng trong ủ phân hữu cơ rất phức tạp, thường gắn liền với sự thay đổi nguồn thức ăn tương thích, điều kiện môi trường như O2, pH, nhiệt độ và độ ẩm

Vi khuẩn: có vai trò rất quan trọng trong phân huỷ chất hữu cơ, đặc biệt giai đoạn đầu của quá trình ủ Hơn 40% thành phần rắn dễ phân huỷ của chất bùn thải bị phân huỷ bởi vi khuẩn ở nhiệt độ dưới 60 0C trong 7 ngày ủ đầu tiên Sự phân huỷ chất hữu cơ mạnh trong 1-2 tuần ủ đầu tiên dẫn đến sự phát nhiệt mạnh, nhiệt độ của đống ủ cao và rất dễ tạo ra điều kiện yếm khí Môi trường như thế phù hợp cho sự phát triển

của một số loài vi khuẩn yếm khí ưa nhiệt, chủ yếu là nhóm Bacillus

Xạ khuẩn: thích hợp với môi trường trung tính, có thể hơi kiềm Xạ khuẩn có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ tương đối khó phân huỷ Nhiều loài chịu nhiệt,

có thể phát triển ở nhiệt độ khoảng 50 0C Một số loài có thể sống ở nhiệt độ 60 - 65

0C Hầu hết xạ khuẩn sinh trưởng tốt trong điều kiện ẩm, thoáng khí, đây là môi trường sau vài tuần ủ (sau giai đoạn phân huỷ tích cực ban đầu) Sự phát triển của xạ khuẩn thường kéo dài trong giai đoạn sau của quá trình ủ

Nấm: thường phát triển trong giai đoạn sau của ủ phân hữu cơ khi chất liệu ủ còn chủ yếu là cellulose và lignin (De Bertordi và cộng tác viên, 1983), là những thành phần khó phân huỷ Nhiệt độ môi trường ủ cao cũng ức chế sự phát triển của nấm Rất

ít loài nấm có thể phát triển ở nhiệt độ trên 50 0C Mật số và hoạt động của nấm thường nhỏ hơn vi khuẩn khoảng 10 lần Hầu hết nấm đều thích hợp trong môi trường háo khí

Động thái của quần thể vi sinh vật trong quá trình ủ: nhu cầu C và N của vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm khác nhau Trong quần thể hỗn hợp khoảng 3-10 % C của chất liệu ủ bị tiêu thụ bởi vi khuẩn, 15-30 % bởi xạ khuẩn, 30-40 % bởi nấm Vi khuẩn cần 1-2 % N của chất liệu ủ để tạo một đơn vị C trong tế bào, xạ khuẩn cần 3-6 %, còn nấm cần 3-4 % Do đó sự phân huỷ chất hữu cơ ở giai đoạn ủ đầu sẽ tạo ra đạm dễ tiêu cho

xạ khuẩn và nấm sử dụng ở giai đoạn sau Như vậy diễn thế của các nhóm vi sinh vật phụ thuộc vào thành phần dinh dưỡng của chất liệu trong quá trình ủ Sự phát triển ban đầu của vi khuẩn sẽ tạo điều kiện cho nấm và xạ khuẩn phát triển ở giai đoạn tiếp sau (Alexander, 1977)

Diễn thế của quần thể vi sinh vật còn phụ thuộc vào động thái của nhiệt độ trong quá trình ủ Khởi đầu là sự phát triển của nhóm ưa nhiệt độ trung bình (40- 45 0C) Khi nhiệt độ của đống ủ tăng kéo theo ưu thế của nhóm ưa nhiệt (55-65 0C) Nhiệt độ giảm xuống trong giai đoạn sau của quá trình ủ dẫn đến sự phục hồi của nhóm ưa nhiệt độ trung bình, trong đó có cả nấm (Walker và Harrison, 1960; Chang và Hudson, 1967) Ở nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao số lượng vi khuẩn đều chiếm ưu thế Số lượng vi khuẩn ở nhiệt độ cao khoảng 108-1012/g Ở nhiệt độ trung bình mật số vi khuẩn khoảng một bậc cao hơn mật số ở nhiệt độ cao Dưới 60 0C mật số xạ khuẩn nhỏ hơn vi khuẩn khoảng một bậc Nấm hầu như biến mất khi nhiệt độ trên 600C, đối với xạ khuẩn

là trên 70 0C Dưới 50 0C mật số của nấm có thể đạt đến 105 - 108/g (Blain Metting, 1995)

Quan hệ quần thể vi sinh trong hệ thống ủ: quần thể vi sinh vật luôn có sự tương tác hỗ trợ nhau hoặc đối kháng nhau trong phân huỷ chất hữu cơ Điển hình của sự tương tác hỗ tương là một vài nhóm vi sinh vật tiên phong trong phân huỷ chất hữu cơ Sản phẩm phân huỷ của chúng sẽ là nguồn thức ăn của một số nhóm khác, nhưng lại có thể ức chế hoạt động của một số nhóm vi sinh vật nào đó Qua đó cho thấy nếu không

có sự tương trợ nhau thì chất hữu cơ không được phân huỷ gần đạt mức hoàn toàn Vai trò của mỗi nhóm vi sinh vật như là một mắc xích trong quá trình phân huỷ chất hữu

cơ Tuy nhiên trong tự nhiên vẫn có những trường hợp đối kháng Hoạt động của các nhóm vi sinh vật tiết ra các chất ức chế hoặc sản phẩm phân hủy của chúng ức chế hoạt động của các nhóm vi sinh vật khác Sự đa dạng của quần thể vi sinh vật trong ủ phân

hữu cơ giúp phân huỷ được nhiều chất hữu cơ hơn so với quần thể đơn

1.3.3 Các dấu hiệu kết thúc của tiến trình ủ phân

- Nhiệt độ mẻ ủ giảm dần đến mức cân bằng với nhiệt độ bên ngoài

- Thể tích, trọng lượng khối ủ giảm so với ban đầu

- Hàm lượng chất hữu cơ giảm biểu hiện qua các chỉ tiêu vi sinh, COD, %C, tỷ lệ C/N giảm đều

- Sự hiện diện của NO3

và không còn NH3.

- Không còn hấp dẫn côn trùng và có sự phát triển của các ấu trùng côn trùng

- Không còn mùi hôi

- Xuất hiện các đốm trắng và xám do sự phát triển của Actinomyces (Lê Hoàng

Việt, 2004)

1.3.4 Chất lượng phân Compost

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

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

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

- Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp ở mức không ảnh hưởng có hại đến cây trồng);

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

(Nguồn: Nghiên cứu quy trình chế biến phân Compost từ rác thải sinh hoạt tại Thành Phố Đà Lạt, http://www.moitruongbenvung.com.vn)

1.4 QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CELLULOSE BỞI VI SINH VẬT

1.4.1 Phân tử cellulose

Cellulose là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật Hàng ngày một lượng lớn Cellulose từ xác bã thực vật, phế phẩm nông nghiệp, rác sinh hoạt…tích lũy trong đất Nếu không có nhóm vi sinh vật phân hủy Cellulose thì lượng chất hữu cơ này sẽ tràn ngập trái đất trong một thời gian ngắn

Cellulose là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydratcacbon trên trái đất Trong vách tế bào thực vật, Cellulose tồn tại trong mối liên

kết chặt với các polisaccarit khác, Hemicellulose, pectin và lignin tạo thành liên kết bền vững

Trong các phế liệu, cellulose thường có mặt trong các dạng sau:

- Phế liệu nông nghiệp: rơm, rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, lõi than ngô,…

- Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả; bã mía, bã cà phê, bã sắn,…

- Phế liệu trong công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn cưa, gỗ vụn,…

- Các chất thải gia đình: rác, giấy loại,…

Cellulose có cấu trúc và tính chất rất đặc biệt, gốc glucose trong công thức cấu tạo của cellulose thường tồn tại dưới dạng ghế bành, không phân bố theo mặt phẳng cố định Chính vì thế chúng tạo ra sự vững chắc cho cellulose Cellulose chỉ bị phá huỷ bởi vi sinh vật trong những điều kiện thích hợp

1.4.2 Vi sinh vật phân giải cellulose

Cellulose là hợp chất không hòa tan, khó bị phân hủy Enzyme phân hủy Cellulose nhờ hệ enzyme cellulose gồm 4 enzyme

- Enzyme 1: cellobiohydrolase cắt đứt liên kết hydro

- Enzyme 2: endoglucanase cắt đứt các liên kết β- 1,4 bên trong phân tử tạo thành những chuỗi carbon dài

- Enzyme 3: exoglucanase phân cắt các chuỗi carbon dài thành các disaccharide

là cellobiose

- Enzyme 4: β- glucosidase thủy phân cellobiose thành glucose

Trong tự nhiên vi sinh vât phân giải cellulose vô cùng phong phú bao gồm: vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật…

Vi khuẩn: Là nhóm vi sinh vật lớn nhất và cũng được nghiên cứu nhiều nhất

Từ thế kỉ XIX các nhà khoa học đã phát hiện thấy một số loại vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân giải cellulose Những năm đầu thế kỉ XX người ta lại phân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này Trong các vi khuẩn hiếu khí phân giải cellulose,

thì vi khuẩn có vai trò lớn nhất chủ yếu là các chủng: Cytopphaga, Soprocytophaga và

Sorangium Vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hóa các sản phẩm của sự phân

giải Cellulose thành CO2 và H2O Ngoài ra còn thấy giống Cellvibrio cũng có khả năng phân giải Cellulose Trong điều kiện kỵ khí, các vi sinh vật ưa ẩm, ưa nhiệt thuộc giống

Clostridium và Bacillus tiến hành phân giải Cellulose thành glucose và xenlobioza,

chúng sử dụng năng lượng từ các loại đường đơn và nguồn carbon đồng thời thường kèm theo việc tạo nên các axit hữu cơ, CO2 và H2O

Trong dạ dày của động vật ăn cỏ tồn tại hệ vi sinh vật để phân giải cellulose đó

là: Ruminococus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides Ngoài ra, các chủng

Cellulomonas, Bacillus, Acetobacter cũng phân giải mạnh cellulose

Nhiều tác giả còn phân lập tuyển chọn trong đống ủ phế thải phân giải Cellulose có

Clostririum, Preudomonas chứa phức hệ enzim cellulose: Acteromibacter, Cytophaga, Sporocytophaga và Sorangium, Sporocytophaga

Nấm sợi: Nấm sợi phân giải cellulose mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi

trường lượng enzyme ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn Vi khuẩn thường tiết vào môi trường phức hệ cellulose không hoàn chỉnh chỉ thủy phân được cơ chất đã cải tiến như giấy lọc và CMC, còn nấm tiết vào môi trường hệ thống cellulose hoàn chỉnh nên có thể thủy phân cellulose hoàn toàn Các loại nấm phân hủy mạnh cellulose là:

Trichoderma, Penicillium, Phanerochate, Sporotrichum, Sclerotium

Nấm ưa nhiệt, chúng có thể tổng hợp các enzyme bền nhiệt hơn, chúng sinh trưởng và phân giải nhanh cellulose Nấm có thể phát triển ở pH = 3,5 – 6,6 Nguồn carbon giúp cho nấm phân giải xenluloza Trong phế thải chứa nhiều nitrat cũng kích thích nấm phân giải cellulose, nguồn nitơ hữu cơ cũng giúp cho nấm phân giải cellulose mạnh hơn

Người ta đã tìm thấy trong đống ủ phế thải có nhiều loại nấm như: Aspergillus,

Alternaria, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Fusarium, Myrothecium, Penicillium, Polypones, Rhizoctonia, Rhizocpus, Trichoderma…

Xạ khuẩn: Xạ khuẩn có tác dụng phân giải phế thải khá mạnh Người ta chia xạ

khuẩn thành 2 nhóm: Xạ khuẩn ưa ấm, chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 28 – 300

C, và

xạ khuẩn ưa nhiệt, chúng có thể phát triển mạnh ở nhiệt độ 60 – 700

C

Trong đổng ủ phế thải người ta nhiều loại xạ khuẩn đó là: Actinomyces, Frankia,

Nocardia, Actinopolyspora, Actinosynoema, Dermatophilus, Pseudonocardia, Cellulomonas (Chu Thị Thơm và cộng tác viên, 2006)

1.4.3 Sự phân giải cellulose

Quá trình oxy hóa xảy ra bắt đầu bằng sự thủy phân phân tử cellulose nhờ hệ enzyme cellulase Sau đó tiếp tục chuyển hóa thành CO2 và H2O Sự phân giải này xảy

ra rất nhiều trong tự nhiên và có ý nghĩa vô cùng to lớn là vô cơ hoá các xác bã thực vật có trong tự nhiên Những sản phẩm trung gian trong quá trình này là nguồn cacbon

tốt nhất, có vi khuẩn cố định nitơ, thích hợp để làm phân bón hữu cơ sinh học (Lê Hoàng Việt, 2004)

1.5 CHẾ PHẨM SINH HỌC DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM

1.5.1 Chế phẩm Emic

Hình 1.2 Chế phẩm sinh học Emic

(http://images04.jaovat.com ngày truy cập 20/08/2012)

Chế phẩm sinh học Emic do Công ty Cổ phần Công nghệ Vi sinh và Môi trường sản xuất và được phân phối bởi Công ty trách nhiệm hữu hạn Deta địa chỉ số 102/8 A

đường Tầm Vu, Ninh Kiều, TP Cần Thơ Thành phần của chế phẩm gồm có hỗn hợp vi

sinh vật hữu ích có khả năng phân giải cellulose, tinh bột, protein, lipit Chế phẩm này

có khả năng sinh chất ức chế, chất kháng sinh Hàm lượng vi sinh vật tổng hợp có trong chế phẩm > 109 CFU/g Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu vi sinh vật có trong chế phẩm Emic của Bộ y tế, Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu vi sinh có trong chế phẩm Emic

Tên chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp thử Kết quả

nhanh quá trình làm sạch nước thải, làm giảm tối đa mùi hôi thối của chất thải hữu cơ, diệt mầm bệnh và vi sinh vật có hại trong chất thải Ngoài ra còn có tác dụng phân giải nhanh rác thải nông nghiệp như xác bã thực vật, mùn bã hữu cơ, phân bắc và phân chuồng làm phân bón hữu cơ vi sinh

Cách sử dụng chế phẩm Emic để ủ compost: phần hữu cơ từ rác được trộn đều với chế phẩm Emic dạng bột với liều lượng 200g/m3 rác thải, tạo ẩm độ khối ủ khoảng 60%, thời gian ủ từ 18 – 20 ngày

1.5.2 Chế phẩm Biomix

Biomix là chế phẩm sinh học đang được nghiên cứu tại Viện Công Nghệ Môi Trường - Viện Khoa Học và Công nghệ Việt Nam Biomix được sử dụng để phân huỷ nhanh các phế thải hữu cơ (rác thải sinh hoạt, rơm rạ, bã dong riềng, than bùn, phân gia súc gia cầm, ) thành phân bón hữu cơ bằng các chủng vi sinh vật ưa nhiệt

Chế phẩm Biomix có thể phân huỷ nhanh các chất hữu cơ thành mùn, tăng nguồn phân bón hữu cơ cho đất, làm sạch môi trường, góp phần giảm chi phí sản xuất cho nông hộ, hạn chế sử dụng phân hoá học và góp phần cải tạo đất Ngoài ra, chế phẩm Biomix còn có thể tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh cho động vật và thực vật có trong chất thải

Với liều lượng 1kg chế phẩm Biomix có thể xử lý được 2,5 – 3m3 các chất phế thải hữu cơ trong khoảng thời gian từ 35 – 40ngày Đối với các loại phế thải nông nghiệp như rơm rạ, cỏ, thân lá cây thì bổ sung thêm 0,5 – 1kg NPK (hòa tan và tưới lên đống ủ) Rơm phải được làm ẩm sao cho ẩm độ đạt từ 50 - 55%

Mật độ vi sinh vật hữu hiệu trong Biomix đạt 109 CFU/g chế phẩm Thành phần

vi sinh vật của chế phẩm Biomix bao gồm 30 chủng xạ khuẩn ưa nhiệt nhóm

Streptomyces và 20 chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhóm Bacillus

1.5.3 Chế phẩm Tricho-Compost

Hình 1.3 Chế phẩm sinh học Tricho-Compost Chế phẩm sinh học Tricho-Compost được sản xuất tại Nhà máy phân bón Điền Trang Sản phẩm lưu hành theo QĐ số 2702/QĐ – BNN – KHCN ngày 10/10/2005 Thành phần và hàm lượng vi sinh vật có trong chế phẩm Tricho-Compost bao gồm vi

sinh vật phân giải cellulose (Trichoderma spp., Streptomyces spp.) hàm lượng 109

CFU/g, vi sinh vật phân giải lân (Bacillus subtilis, Pseudomonas sp.) Ngoài ra, chế

phẩm Tricho-Compost còn có N: 2%, P2O5: 2%, K2O: 1%, CaO: 1%, MgO: 0,5%, chất hữu cơ ≥ 23%

Tricho-Compost dùng để sản xuất phân hữu cơ từ các chế phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê, vỏ đậu, mạt cưa, rơm rạ, phân chuồng,…) Tricho-Compost được tăng cường hệ vi sinh vật phân giải cellulose, protein, lân Tricho-Compost có khả năng phân hủy lignin, Chitin,… giúp đống ủ mau hoai mục và khử mùi chuồng trại Đặc biệt Tricho-Compost có hiệu quả cao trong việc phòng ngừa bị xỉ mủ, vàng lá thối rể, chết

nhanh, chết chậm, chạy dây, lở cổ rễ trên cây trồng do các loại nấm Phytophthora,

Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Verticillium, Sclerotium,… và tuyến trùng gây hại

Tỷ lệ phối trộn cho đống ủ: xác bã thực vật: 700 kg, phân chuồng: 300 kg, supper lân: 30 kg, nước: tạo ẩm độ đống ủ khoảng 45 – 50 %, Tricho-Compost: 2 – 3

kg Cách ủ phân: Trộn Tricho-Compost + xác bã thực vật + phân chuồng + Supper lân, tưới nước vùa đủ ẩm độ 40 – 45 %, đảo trộn đều, đánh đóng ủ cao 1 – 1.5m, che mưa nắng Sau 10 – 15 ngày đảo trộn đống ủ (nhiệt độ có thể lên đến 700C), sau 35 – 40 ngày (nhiệt độ giảm xuống) phân hoai mục, sạch mầm bệnh, mầm cỏ dạy

1.5.4 Nước thải và chất thải Biogas

Chất thải hầm ủ biogas bao gồm cả chất rắn và nước thải là sản phẩm của quá trình lên men yếm khí nhờ các vi sinh vật Đặc điểm của chất thải hầm ủ biogas là giàu dưỡng chất với lượng hữu cơ khá cao và các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (Lê Hoàng Việt, 1998)

Nước thải trong chăn nuôi gia súc có chứa nhiều thành phần gây nguy hại cho môi trường trong đó có khoảng 70% nitơ, khoáng (P, K, Mg) và kim loại nặng, các chất này nếu đưa vào môi trường nước hay môi trường đất đều gây ra những ảnh hưởng xấu (Menzi, 2001) Khối lượng chất thải trong chăn nuôi rất lớn, bao gồm cả phân, nước tiểu và nước rửa chuồng Các hợp chất hóa học trong phân và nước thải dễ dàng phân hủy, trong điều kiện thiếu oxy sự phân hủy các hợp chất hữu cơ theo con đường yếm khí sản sinh ra các khí như CH4, NH3… tạo mùi hôi thối trong khu vực chăn nuôi và ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh

Chất thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách thải vào môi trường với lượng quá lớn sẽ làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm giảm lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy vực và đời sống thủy sinh vật Nitơ và photpho trong chất thải chăn nuôi là 2 thành phần dễ gây ô nhiễm nguồn nước (Dương Nguyên Khang, 1994)

Biogas (khí sinh học) là một hỗn hợp khí được sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới dạng tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí Hỗn hợp khí này gồm: CH4 (55 – 65%), CO2 (35 – 45%), phần còn lại là một lượng nhỏ khí N2,

H2, H2S,… CH4 có số lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khí đốt Biogas được sử dụng trong các hộ gia đình để nấu nướng, thắp sáng, sưởi ấm… Ở quy mô lớn hơn, biogas được dùng chạy máy phát điện, là nguồn năng lượng có tiềm năng lớn nhất

Bảng 1.3 Thành phần vi sinh vật, pH, BOD trong nước thải biogas

Kết quả nghiên cứu ở bảng 1.3 của Dương Nguyên Khang (1994) lượng nước thải này chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ, mầm bệnh, và mật số vi sinh vật khá cao

Bảng 1.4 Thành phần nước thải biogas của phân heo và phân bò

(Cao Kỳ Sơn và cộng tác viên, 2008)

Kết quả ở bảng 1.4 đã cho thấy nước thải biogas có hàm lượng đạm và kali cao, bên cạnh đó có sự hiện diện của vi sinh vật trong nước thải biogas Do đó, nước thải biogas có thể sử dụng như chế phẩm sinh học, để bổ sung mật số vi sinh vật trong quá trình ủ phân compost, làm cho quá trình hoai mục diễn ra nhanh hơn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Thời gian tiến hành nghiên cứu: từ tháng 10/2011 đến tháng 9/2012

Bố trí thí nghiệm 07/03/2012 đến 20/5/2012

Địa điểm nghiên cứu: Xã Hậu Mỹ Trinh, Huyện Cái Bè, Tỉnh Tiền Giang

Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm

2.2 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

- Chế phẩm Tricho-Compost; chế phẩm Emic; chế phẩm Biomix

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu ủ

Rơm sau khi thu hoạch sẽ được vận chuyển về khu vực thí nghiệm, bố trí trong

2 ngày sau đó Rơm còn tươi, ẩm độ 45 – 50 %, màu vàng tươi Rơm sử dụng trong thí nghiệm của đề tài là rơm vụ đông xuân tại ruộng của hộ gia đình Lê Văn Cạn, Xã Hậu

Mỹ Trinh, Huyện Cái Bè, Tỉnh Tiền Giang

Bảng 2.1 Đặc tính dinh dưỡng trong rơm rạ

Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả phân tích

(nguồn:Trần Thị Anh Thư, 2010)

Chất thải biogas trong thí nghiệm được lấy từ hầm ủ biogas của nông hộ Lê

Văn Cạn, địa chỉ xã Mỹ Trinh, huyện Cái Bè, Tỉnh Tiền Giang Thời điểm tiến hành nghiên cứu, chuồng heo có 5 con, mỗi con khoảng 45kg, lượng chất thải (bao gồm phân, nước tiểu và nước rửa chuồng)

Các chế phẩm sinh học: Các chế phẩm Emic, Biomix và Tricho-Compost có thành phần và chất nền khác nhau Do đó tỷ lệ phối trộn và liều lượng sử dụng chế phẩm sẽ theo khuyến cáo của nhà sản xuất, nhằm đảm bảo hiệu quả ủ compost tốt nhất cho từng loại chế phẩm

Chê phẩm Emic: Là hỗn hợp vi sinh vật hữu ích có khả năng phân giải

cellulose, tinh bột, protein, lipit Có khả năng sinh chất ức chế, chất kháng sinh Mật độ

vi sinh vật tổng hợp > 109 CFU/g

Liều lượng sử dụng: 2kg chế phẩm Emic/tấn hữu cơ, không trộn thêm chất thải, tưới thêm 0,2% (khối lượng đống ủ) đường glucose để cung cấp thức ăn cho vi sinh vật

Chế phẩm Tricho-Compost: Là chế phẩm chuyên dùng để ủ compost với

thành phần chính là các chủng nấm Trichoderma spp, xạ khuẩn Streptomyces spp với các chủng vi sinh vật phân giải lân như Bacillussubtilis, Pseudomonas sp

Liều lượng sử dụng: 2,5 kg chế phẩm Tricho-Compost/tấn hữu cơ, trộn rơm với

chất thải biogas theo tỷ lệ 7:3, tưới thêm 3% (khối lượng đống ủ) phân supper lân

Chế phẩm Biomix: Là chế phẩm sinh học đang được nghiên cứu tại Viện Khoa

Học và Công nghệ Việt Nam, Viện Công Nghệ Môi Trường Chế phẩm Biomix dùng

để phân huỷ nhanh các phế thải hữu cơ (rác thải sinh hoạt, rơm rạ, bã dong riềng, than bùn, phân gia súc gia cầm, thành phân bón hữu cơ bằng các chủng vi sinh vật ưa

nhiệt Thành phần của chế phẩm Biomix gồm 30 chủng xạ khuẩn ưa nhiệt nhóm

Streptomyces và 20 chủng vi khuẩn ưa nhiệt nhóm Bacillus, vi sinh vật hữu hiệu đạt

109 CFU/g chế phẩm Phối trộn rơm với chất thải biogas theo tỷ lệ 7:3

Chất thải biogas được phơi khô ngoài không khí để phối trộn vào đống ủ, làm

môi trường nền cho vi sinh vật phát triển trong giai đoạn đầu Ẩm độ của chất thải biogas phải tương đồng với ẩm độ của rơm (khoảng 45-50%) để hạn chế ảnh hưởng tới

ẩm độ của đống ủ Chất thải biogas có thể duy trì nhiệt độ, ẩm độ của đống ủ và xúc tiến quá trình phân hủy

Nước thải biogas có nhiều vi sinh vật, có thể sử dụng thay cho chế phẩm sinh

học

Lượng nước tưới để đảm bảo ẩm độ đống ủ đạt 60% theo công thức

Với m: khối lượng rơm ( 50kg)

5 Rơm + nước thải biogas

(Theo Lê Hoàng Việt, 2004)