Nghiên cứu, đánh giá quá trình ủ và chất lượng phân ủ từ vỏ cà phê

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá tính chất của phụ phẩm cà phê và phân tích những thay đổi về đặc tính lý hóa trong quá trình ủ phân. Để đạt được mục tiêu này, vỏ cà phê được phối trộn với các phụ gia khác phân chuồng, phân lân, phân urê, đường cát, vôi bột và được bổ sung chế phẩm vi sinh Trichoderma ở các liều lượng khác nhau trước khi ủ.

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH Ủ VÀ CHẤT LƯỢNG

PHÂN Ủ TỪ VỎ CÀ PHÊ

(1) Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội

(2) Khoa Lâm học, Trường Đại học Lâm nghiệp

TÓM TẮT

Vỏ cà phê là những phụ phẩm chính, o các cơ sở chế iến cà phê tạo ra và ược thải vào

ất canh tác và nguồn nư c mặt Do các sản phẩm phụ này g p phần gây ô nhiễm môi trường, nên các phương pháp xử lý thân thiện v i môi trường là cần thiết Vì vậy, việc ủ phân hữu cơ như một lựa chọn thân thiện v i môi trường, tận ụng các sản phẩm phụ của cà phê, là rất quan trọng Mục tiêu của nghiên cứu là ánh giá tính chất của phụ phẩm cà phê và phân tích những thay i về ặc tính lý h a trong quá trình ủ phân Đ ạt ược mục tiêu này, vỏ cà phê ược phối trộn v i các phụ gia khác phân chuồng, phân lân, phân urê, ường cát, vôi ột và ược sung chế phẩm vi sinh Tricho rma ở các liều lượng khác nhau trư c khi ủ Các chỉ tiêu h a lý ược xác ịnh cho tất cả các nghiệm thức

ở thời i m ủ phân 5, 45 và 65 ngày Kết quả thí nghiệm cho thấy, nhiệt ộ, ộ pH, lượng

P và K trong phân trộn phụ phẩm cà phê ược sung chế phẩm nzim rất c ý nghĩa p < , so v i ối chứng Hơn nữa, mức nitơ t ng số, chất hữu cơ và tỷ lệ C N trong 5 ngày ủ phân c ng c ý nghĩa cao p < , , so v i 65 ngày ủ phân Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy, phụ phẩm cà phê ủ ến 65 ngày là rất quan trọng c ược phân ủ chất lượng Phân tích và so sánh các kết quả thí nghiệm ã chứng minh rằng, phụ phẩm cà phê ủ trộn v i chế phẩm vi sinh Trichoderma và phân chuồng trên nền ất tốt hơn các phương pháp xử lý khác làm phân trộn chất lượng Đ cải thiện chất lượng của phân trộn, việc tiền xử lý các phụ phẩm cà phê ằng vật liệu hữu cơ trư c khi ủ là rất cần thiết

Từ khóa: Vỏ cà phê, phân ủ, chất lượng phân trộn, Trichoderma sp

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu cà phê lớn nhất thế giới, với sản lượng hằng năm ước tính một triệu tấn, trong đó, Tây Nguyên đóng góp tới 90% tổng sản lượng cà phê xuất khẩu của cả nước, với tổng diện tích trồng cà phê là 500.000 ha và sản lượng trung ình từ 800.000 đến 900.000 tấn hạt cà phê

Hạt cà phê được chế iến theo hai phương ph p là phơi khô và “xử lý nước” Ở Việt Nam, 90% hạt cà phê được chế iến ằng phương ph p sấy khô B và vỏ cà phê xuất hiện sau khi h i quả

cà phê, quả phải trải qua một số ước xử lý, để loại ỏ c c phần ên ngoài của quả Sản phẩm phụ của qu trình chế iến cà phê ướt, đặc iệt là nước thải chế iến cà phê và thải ra từ ủ, có thể gây ô nhiễm đ ng kể nguồn nước (Anon, 1991), vốn chủ yếu là nguồn nước không chỉ cho chế iến cà phê, mà còn cho sinh hoạt và c c yêu cầu về nông nghiệp

B và vỏ cà phê là những phụ phẩm chính, do c c cơ sở chế iến cà phê tạo ra, và được thải vào đất canh t c và nguồn nước ề mặt Thêm vào đó, vỏ cà phê chứa một lượng lớn cà phê in và tanin, vì vậy có thể gây ô nhiễm và khó phân hủy trong tự nhiên, đặt ra nhiều vấn đề trong qu trình xử lý vỏ cà phê Tuy nhiên, những chất thải này chứa nồng độ cao c c hợp chất hữu cơ dễ

phân hủy sinh học và kho ng chất có nguồn gốc thực vật, có thể được sử dụng tốt hơn ằng c ch

ủ với c c vật liệu hữu cơ kh c

Vỏ cà phê và cà phê đ được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất khí gas sinh học, enzim,

nấm và phân hữu cơ (Pandey et al., 2000) Vỏ cà phê và ột cà phê thường được ủ để t i chế chất

thải hữu cơ trong nông nghiệp Phân ón của vỏ cà phê cũng o c o trong nghiên cứu của Bidappa (1998) Hỗn hợp vỏ cà phê, phân động vật được lên men ằng hai phương ph p kỵ khí

và hiếu khí, có thể sử dụng ón cho đất sau 6 th ng ủ Sử dụng phân ủ hoai vỏ cà phê giúp tăng khả năng kh ng ệnh gỉ sắt ở l cây cà phê Ngoài ra, vỏ cà phê chưa được xử lý đ được sử

dụng làm chất hấp thụ sinh học, để xử lý nước nhiễm ẩn và kim loại nặng (Oliveira et al.,

2008)

Trong nghiên cứu gần đây đ o c o việc ủ vỏ cà phê ằng phân ò, tr i cây/rau, vi sinh vật phù

hợp và khat (Catha edulis) (Degefe et al., 2016) Tuy nhiên, c c nghiên cứu này v n còn một số

hạn chế, như hàm lượng chất dinh dưỡng còn thấp, hiệu suất chuyển hóa chưa cao

Phân chuồng là loại phân do gia súc thải ra Phân chuồng là hỗn hợp chủ yếu của phân, nước tiểu gia súc và chất thải nông nghiệp, như rơm, rau, củ quả hỏng… Nó không những cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, mà còn ổ sung chất hữu cơ cho đất, giúp cho đất được tơi xốp, tăng

độ phì nhiêu, tăng hiệu quả sử dụng phân hóa học…

Trong nghiên cứu này, tiềm năng phân hủy vỏ cà phê ằng phân chuồng và chế phẩm Trichoderma được thực hiện trên nền đất, cùng với việc phân tích c c thông số đặc trưng của c c

m u phân ủ trưởng thành và kiểm tra sự nảy mầm và tăng trưởng của hạt trên c c m u phân ủ

2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Thí nghiệm được tiến hành tại Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội

Vỏ cà phê được thu gom từ trạm chế iến cà phê khô và ướt tại Th i Nguyên Phân chuồng được

mua từ một trang trại lợn tại Xuân Mai Vi sinh vật hữu hiệu (có chứa chủng nấm Trichoderma)

được mua từ Viện Di truyền Nông nghiệp Ngoài ra, còn có c c nguyên liệu kh c như đường c t, phân lân, urê, được mua tại c c cửa hàng kinh doanh

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Chuẩn bị vật liệu ủ phân compost

Dựa trên c c nghiệm thức, c c đống ủ riêng lẻ có kích thước chiều dài 1 m, chiều rộng 1 m và chiều cao 1 m đ được chuẩn ị Vật liệu làm phân trộn được chất thành đống, với độ dày kh c nhau và được đặt trên ề mặt đất Đống ủ được x o trộn sau một tuần để tăng cường qu trình ủ

phân ằng c ch trộn và chia nhỏ c c vật liệu ủ (Harold et al., 1994) Phương ph p ủ vỏ cà phê

được tiến hành theo phương ph p của Adams and Dougan (1981) Phương ph p ủ phân ao gồm trộn chất hữu cơ với c c sản phẩm phụ “tinh khiết” tương ứng Diện tích mặt đất được sử dụng

để làm đống ủ là (1 m3) và với một số sửa đổi trong trình tự phân lớp cơ ản (HDRA – The Organic Organisation, 2001)

2.2.2 Phương pháp ủ phân compost

Làm thực nghiệm ủ phân compost theo phương ph p của Adams and Dougan (1981) Tỷ lệ c c thành phần như trong Bảng 2.1 Lượng men vi sinh được thêm vào theo khuyến nghị của nhà sản xuất

Bảng 1 Bảng so sánh thành phần các nguyên liệu ầu vào

Mô hình Vỏ cà

phê (kg)

Men vi sinh (g)

Đường cát (kg)

Phân chuồng (kg)

Vôi ột (kg)

Phân lân (kg)

Phân urê (kg)

Thí nghiệm được thực hiện 3 lần Trong qu trình ủ, theo dõi c c chỉ tiêu: nhiệt độ, pH, kiểm tra hàng ngày ằng thiết ị chuyên dụng (HI99121, Hanna, Đức) Độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng

N, C kiểm tra 3 ngày/lần ằng m y đo độ ẩm PMS710 (Trung Quốc) và ằng phương ph p hóa sinh thông dụng Tất cả c c chỉ tiêu thực hiện 3 lần/m u, sau đó lấy kết quả trung ình Phương

ph p phân lập, định danh c c chủng vi sinh vật được tiến hành theo Withman et al (2012) Nồng

độ kali và kim loại nặng của c c m u phân ủ trưởng thành và ổn định được phân tích tại phòng thí nghiệm ằng phương ph p quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phương ph p thống kê được sử dụng để tính to n iến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C, N trong qu trình ủ phân

3 T QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Những thay đổi về nhiệt độ trong quá trình ủ

Nói chung, người ta quan s t thấy rằng, có sự kh c iệt có ý nghĩa thống kê giữa sự thay đổi

nhiệt độ của xử lý đối chứng và xử lý kh c (MH1 tới MH4) ở p < 0,0001 Theo Epstein (1997),

sự thay đổi nhiệt độ này là một trong những thông số quan trọng nhất phản nh hoạt động của vi sinh vật trong qu trình ủ phân (Hình 3.1) Vào 4 ngày đầu, vi sinh vật chưa thích nghi, nên nhiệt

độ tăng chậm ở cả 5 mô hình Bắt đầu từ ngày thứ 5, nhiệt độ tăng rõ rệt, chứng tỏ có sự hoạt động mạnh của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện nhiệt độ cao Trong điều kiện này, vi sinh vật

sẽ chuyển hóa c c chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản Sau đó, nhiệt độ khối ủ ắt đầu giảm dần từ ngày thứ 9 đến ngày thứ 20 là 35oC và ổn định dần đến ngày cuối cùng là 30oC Điều này chứng tỏ, nhiệt độ là chỉ thị tăng trưởng của c c vi sinh vật hiếu khí, như nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn Nó thể hiện, vi sinh vật trong những ngày đầu thích nghi và chuyển sang pha ưu nhiệt và trưởng thành Vi sinh vật đ có sự thích nghi phù hợp với cả 5 mô hình

Hình 3.1 Biến thiên nhiệt ộ trong ống ủ compost

0 10 20 30 40 50 60 70

0 2 4 6 8 10121416182022242628303234363840424446485052545658606264

0 C)

Ngày

Những kh c iệt về nhiệt độ có thể là do sự kh c iệt về thành phần vi sinh vật trong qu trình ủ phân Đó là một xu hướng thông thường trong qu trình ủ phân, mà trong giai đoạn đầu, nhiệt độ tăng mạnh và sau đó, đạt đến mức tối ưu trong pha hoạt động và cuối cùng, trở lại nhiệt độ môi

trường ình thường ở giai đoạn cuối (Hassen et al., 2001) Sự điều tiết nhiệt độ là cần thiết cho

qu trình ủ phân có kiểm so t Về vấn đề này, nghiên cứu của Miller (1992) chỉ ra rằng, nhiệt độ

ở 52-60oC là phù hợp nhất để phân hủy Nói chung, khi tiến hành ủ phân, nhiệt độ của tất cả c c loại phân trộn giảm, phù hợp với c c nghiên cứu trước đó (Vashi and Shah, 2003; Taiwo and

Oso, 2004; Dadi et al., 2012) Ở giai đoạn đầu của qu trình ủ phân, tất cả c c công thức đều ở

giai đoạn ưa nhiệt và nhiệt độ vượt qu 55o

C

3.2 Những thay đổi về pH trong quá trình ủ

Gi trị pH của c c mô hình đều nằm trong khoảng 5,5-8,5, là tối ưu cho c c vi sinh vật trong qu trình ủ phân Nhìn vào Hình 3.2 ta thấy, gi trị pH của cả 5 mô hình đều giảm nhanh trong 5 ngày đầu tiên, điều này chứng tỏ trong thời gian này, vi sinh vật, nấm tiêu thụ c c hợp chất hữu

cơ và thải ra c c axit hữu cơ (Bishop and Godfrey, 1983) Trong giai đoạn đầu của qu trình ủ,

c c axit này tích tụ và làm giảm độ pH, kìm h m sự ph t triển của vi sinh vật, kìm h m sự phân hủy lignin và xenlulô pH ắt đầu tăng lên lại từ ngày thứ 6 đến ngày thứ 30, trong thời gian này,

vi sinh vật tham gia vào qu trình phân hủy c c axit hữu cơ Từ ngày 31 đến khi kết thúc qu trình ủ, pH dao động trong khoảng 6,1-6,5 Tuy nhiên ta thấy, từ ngày thứ 6 trở đi, tại c c mô

hình có sử dụng men vi sinh, pH dao động ít hơn so với m u đối chứng (p < 0,0001) Điều này

chứng tỏ, dưới t c dụng vi sinh vật, C và N cùng ị phân hủy đồng thời với nhau, làm cho pH ổn

định hơn (Liu and Price, 2011; Dadi et al., 2012; Getahun et al., 2012; Shemekite et al., 2014)

Hình 3.2 Biến thiên pH trong ống ủ compost

Sự gia tăng độ pH trong giai đoạn ắt đầu giai đoạn ủ phân có thể là do sự giải phóng amoniac từ

quá trình ammon hóa (Bustamante et al., 2008) Sự hiện diện của axit éo dễ ay hơi cũng có thể ảnh hưởng đến sự ph t triển pH trong đống phân ủ (Beck et al., 2001) Khi độ pH của đất trên

7,2, ion amoni sẽ được chuyển thành khí amoni, có thể ị mất trong khí quyển (Tack, 2013) Nhìn chung, xu hướng pH được kiểm so t ởi c c t c động kết hợp của qu trình ammon hóa và tích tụ axit hữu cơ trong qu trình ủ phân (Liu and Price, 2011) Cuối cùng, đối với tất cả c c loại phân hữu cơ, độ pH của c c m u phân ủ trưởng thành được đo, về cơ ản nằm trong khoảng 6±0,0 - 6,5±0,0

3.3 Các thay đổi về chất hữu cơ trong quá trình ủ phân

C c chất hữu cơ thấp hơn được ghi lại trong MH4 Điều này có thể là do sự hiện diện của lượng lớn chế phẩm vi sinh phân giải xenlulô được ổ sung Thuộc tính này giúp phân hủy nhanh và chuyển hóa chất hữu cơ thành cac on dioxit, năng lượng và c c hợp chất ổn định Số liệu từ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

Ngày

Hình 3.3 cho thấy, hiệu quả xử lý chất hữu cơ tăng nhanh trong những ngày đầu ở cả 5 mô hình

và ắt đầu tăng chậm kể từ ngày 12 trở đi Mặt kh c, hiệu quả xử lý chất hữu cơ của 4 mô hình

có sử dụng men sinh học trong 12 ngày đầu lên tới 20%, trong khi đó, hiệu quả xử lý của m u đối chứng cũng trong 12 ngày đầu là 14,92% Điều này chứng tỏ, tại 4 mô hình có sử dụng men

vi sinh, tốc độ phân hủy chất hữu cơ nhanh hơn và hiệu quả hơn so với mô hình đối chứng (p <

0,0001)

Hình 3.3 Biến thiên chất hữu cơ trong ống ủ compost

Mặt kh c ta thấy, kết thúc qu trình ủ phân, hiệu quả phân hủy chất hữu cơ của c c m u sử dụng men vi sinh đều đạt trên 40% so với m u đối chứng chỉ đạt 32,69% Như vậy, việc ổ sung men

vi sinh vào ủ phân giúp tăng khả năng phân hủy chất hữu cơ lên tới 30% Tương tự, Anandavalli

et al (1998), FFTC (2007), Greenway and Song (2002) x c nhận việc giảm hàm lượng chất hữu

cơ khi qu trình ủ phân compost diễn ra/tiến triển

3.4 Các thay đổi về tỷ lệ cacbon/nitơ trong quá trình ủ phân

Tỷ lệ C/N là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến chất lượng của phân trộn Kết quả trong nghiên cứu chỉ ra rằng, khi thời gian ủ phân tăng lên, từ tuần đầu tiên đến tuần thứ 12, phần cac on hữu cơ giảm, trong khi tổng nồng độ nitơ thay đổi theo thời gian Điều này ngụ ý rằng, tỷ

lệ C/N của tất cả c c loại phân trộn thay đổi theo thời gian Tuy nhiên, nhìn chung, tỷ lệ C/N của tất cả c c loại phân trộn được quan s t thấy giảm dần theo thời gian, điều này cho thấy rằng, một sản phẩm ổn định được hình thành, được chỉ ra trong Hình 3.4 C c nghiên cứu trước đây (Liu

and Price, 2011; Dadi et al., 2012; Getahun et al., 2012; Shemekite et al., 2014) cũng o c o sự

giảm gi trị C/N theo thời gian C c loại phân trộn cho thấy, lượng chế phẩm vi sinh có ảnh

hưởng đ ng kể đến C/N trung ình (p < 0,0001)

Sự kh c iệt đ ng kể về C/N trung ình được ghi nhận giữa tất cả c c loại phân trộn (Hình 3.4)

Có thể giải thích cho sự kh c iệt về C/N giữa c c loại ủ phân có thể là do sự kh c iệt về hàm lượng cac on hữu cơ, sự kho ng hóa/cố định của nitơ ở c c giai đoạn ủ phân kh c nhau, thành phần hóa học của nguyên liệu an đầu và vai trò của vi sinh vật trong qu trình ủ phân Trong giai đoạn chín của qu trình ủ phân, tỷ lệ C/N của phân trộn đối chứng là cao nhất trong tất cả

c c loại phân trộn Nhìn chung, trong giai đoạn ủ chín, c c loại phân trộn MH4 và MH3 được tìm thấy có gi trị C/N thấp hơn c c loại kh c Điều này có thể là do thành phần của phụ phẩm cà

phê (vỏ và cà phê) được sử dụng để ủ phân Về vấn đề này, ph t hiện của Shemekite et al

(2014) đ khẳng định rõ ràng rằng, tỷ lệ C/N cao hơn thu được khi ủ vỏ cà phê một mình so với

ủ chung với phân động vật hoặc chất thải tr i cây/rau

0 5 10

15

20

25

30

35

40

45

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

Ngày

Hình 3.4 Biến thiên tỷ lệ C N trong ống ủ compost

Mặc dù không có một phương ph p thống nhất chung nào để đ nh gi độ chín và độ ổn định của phân trộn, việc kiểm tra tỷ lệ C/N được sử dụng nhiều lần như một phương ph p để x c định (CCQC, 2001) Tỷ lệ C/N của c c m u phân trộn ổn định cuối cùng gần với c c đề xuất của Liu and Price (2011) chỉ ra rằng, phân trộn được sản xuất được coi là ổn định cũng như trưởng thành, nếu có tỷ lệ C/N < 25/1 Do đó, C/N của m u phân trộn cuối cùng thu được trong nghiên cứu này, nằm trong khoảng 14,29±1,68 - 22,28±2,56, nằm trong khoảng hợp lý, có thể được sử dụng cho mục đích nông nghiệp Vì vậy, tất cả c c m u phân trộn được sản xuất (C1-C8) có thể được

sử dụng cho mục đích nông nghiệp

3.5 Sự thay đổi của độ ẩm trong quá trình ủ

Độ ẩm là thông số quan trọng nhất trong qu trình ủ phân, vì nó ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy Theo truyền thống, c c hệ thống ủ phân được nhiệt độ kiểm so t, tuy nhiên, c c nghiên cứu

trước đây đ chứng minh rằng, hiệu ứng độ ẩm có ảnh hưởng nhiều hơn nhiệt độ (Liang et al.,

2003) Stentiford (1996) o c o độ ẩm của phân ủ ảnh hưởng đến (i) tính chất cấu trúc của vật liệu, (ii) tính chất nhiệt của vật liệu, và (iii) tốc độ phân hủy sinh học Độ ẩm trong qu trình ủ phân được hoạt động của vi sinh vật t c động và do đó, ảnh hưởng đến nhiệt độ và tốc độ phân hủy (Tunner, 2002) Độ ẩm cũng cung cấp môi trường để vận chuyển c c chất dinh dưỡng hòa tan cần thiết cho c c hoạt động trao đổi chất và sinh lý của vi sinh vật (Miller, 1989) Thông số vật lý này liên quan chặt chẽ đến tốc độ sục khí, sự dịch chuyển của không khí trong c c kẽ

nước, thúc đẩy sự đóng cục và hạ thấp độ ền cấu trúc của vật liệu (De Bertoldi et al., 1983)

Độ ẩm dao động trong qu trình ủ compost của 5 mô hình thí nghiệm được thể hiện như sau:

Hình 3.5 Thay i ộ ẩm trong ống ủ compost

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

Ngày

0

10

20

30

40

50

60

70

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 65

Ngày

Trong qu trình ủ, độ ẩm được kiểm tra và duy trì nằm trong khoảng tối ưu để vi sinh vật ph t triển mạnh Chính vì vậy, để đảm ảo độ ẩm trong khối ủ nằm trong khoảng tối ưu, ta cần ổ sung thêm nước

Nhìn vào Hình 3.5 ta thấy, độ ẩm những ngày đầu giảm dần, vì vậy ta luôn cần ổ sung thêm nước, để giúp qu trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật là tốt nhất

Độ ẩm luôn đóng vai trò như một đại diện cho c c yếu tố quan trọng kh c, như nguồn nước và hoạt động của vi sinh vật trong c c phạm vi độ ẩm kh c nhau C c gi trị độ ẩm rất thấp sẽ gây mất nước sớm trong qu trình ủ phân, làm hạn chế qu trình sinh học, do đó, tạo ra c c phân ủ ổn

định về mặt vật lý, nhưng không ổn định về mặt sinh học (De Bertoldi et al., 1983) Mặt kh c,

gi trị độ ẩm cao sẽ ngăn chặn c c hoạt động ủ phân đang diễn ra (Tiquia et al., 1996) Nếu trong

hệ thống ủ phân lớn, độ ẩm cao t c động lên hệ thống theo hai c ch, nó hạn chế sự khuếch t n

ôxy vào ma trận phân compost và làm tăng tính dẻo của vật liệu, d n đến ma trận (Liang et al.,

2003) Điều này có thể d n đến tăng chi phí sục khí, giảm tính thấm khí và có thể gây ra tình trạng yếm khí, từ việc khai th c nước trong không gian lỗ rỗng làm cản trở qu trình ủ phân

3.6 Sự thay đổi của hàm lư ng nitơ trong quá trình ủ

Hàm lượng N trong c c mô hình ủ được kiểm tra với tần suất 3 ngày/lần Số liệu cụ thể được trình bày trong Hình 3.6

Dựa vào Hình 3.6 ta thấy rằng, hàm lượng N ở tất cả c c mô hình đều giảm rõ rệt Trong những ngày đầu tiên, hàm lượng N giảm chậm, nhưng khi đến ngày 6 đến ngày 18, hàm lượng N giảm nhanh và sau đó giảm ổn định đến kết thúc qu trình ủ Nó thể hiện vi sinh vật trong những ngày đầu thích nghi và sau đó đến giai đoạn tăng trưởng, ổn định

Mặt kh c ta thấy, ở 4 mô hình sử dụng men vi sinh, hàm lượng N giảm nhanh, từ 1,8-1,9 ngày thứ 6 xuống còn 1,35-1,4 ngày 18 Trong khi đó ở m u đối chứng, chỉ giảm từ 1,97 ngày thứ 6 xuống còn 1,7 vào ngày thứ 18 Chính vì vậy ta thấy, nhờ có ổ sung vi sinh vật ên ngoài vào,

c c mô hình giúp c c vi sinh vật thích nghi và hoạt động tốt hơn, hiệu quả hơn so với mô hình

đối chứng (p < 0,0001)

Hình 3.6 Đồ thị i u iễn hàm lượng nitơ trong ống ủ

C c dạng chính của nitơ có thể được thực vật hấp thụ là amoni hoặc nitrat Hình 3.6 cho thấy, đối với c c loại phân ủ, tổng lượng nitơ (TN) giảm theo thời gian Việc iến nguyên liệu thô thành sự xâm chiếm của vi sinh vật, d n đến việc giải phóng NH3, được tích lũy ên trong phân

ủ (Ogunwande et al., 2008) Kassegn et al (2015) đ ph t hiện ra rằng, tổng lượng nitơ trong c c

m u phân ủ cho thấy xu hướng giảm liên tục theo thời gian ủ phân (1,32% TN an đầu và 1,03 trong giai đoạn cuối) Vi sinh vật tiêu thụ cac on và nitơ cho c c chức năng ình thường của

0 0.5

1 1.5

2 2.5

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 65

Ngày

chúng, trong đó, cac on được phục vụ như là nguồn năng lượng, trong khi nitơ được sử dụng để

vi khuẩn tổng hợp protein, d n đến sự tăng trưởng nhanh chóng của chúng trong giai đoạn ắt

đầu ủ phân (Adegunloye et al., 2007) Trong giai đoạn cuối cùng của qu trình ủ phân, hàm

lượng TN của tất cả c c loại phân trộn được đo nằm trong phạm vi 1,30±0,10 - 1,86±0,28% Các

m u phân ủ trưởng thành có TN trên 1%, điều này cho thấy, nó có thể có khả năng làm phân ón

và có thể được sử dụng trong nông nghiệp mà không cần thêm N Những kết quả này được hỗ trợ với c c ph t hiện của Yusuf (2008), o c o hàm lượng TN của phân ủ trưởng thành c c m u

trong khoảng 0,91,40% Những quan s t tương tự đ được Dadi et al (2012) o c o Sự ất

thường về tổng lượng nitơ của từng loại phân ủ trong vài tuần có thể là do sự thay đổi tốc độ phân hủy của chất hữu cơ trong hỗn hợp Để hỗ trợ điều này, nghiên cứu của Sánchez-Monedero

et al (2001) chỉ ra rằng, nồng độ của c c dạng N kh c nhau và sự tiến hóa của chúng trong qu

trình ủ phân phụ thuộc vào nguyên liệu an đầu

3.7 Hàm lư ng phôtpho trong mẫu phân compost thành phẩm

Nói chung, hàm lượng phôtpho có sẵn cho m u phân ủ cuối cùng thu được trong nghiên cứu này

nằm trong khoảng 240,32±1,06 (mô hình 4) - 290,69±1,06 ppm (mô hình đối chứng) (p < 0,0001) Về vấn đề này, Getahun et al (2012) đ o c o, tổng hàm lượng phôtpho của c c m u

phân ủ trưởng thành từ 1,61 đến 2,24 g/kg Yusuf (2008) đ o c o, hàm lượng phôtpho có sẵn của phân ủ trưởng thành dao động từ 532.00-803.00 ppm từ c c vật liệu liên quan đến phân compost Những kh c iệt về hàm lượng phôtpho có sẵn có thể là do sự kh c iệt về lượng vi sinh vật được sử dụng để ủ, hệ thống ủ và thời gian ủ

3.8 Hàm lư ng kali trong mẫu phân compost thành phẩm

Nồng độ kali có sẵn trong c c m u phân ủ trưởng thành và ổn định (đối chứng, mô hình 1, mô hình 2, mô hình 3 và mô hình 4 đo được tương ứng là 436,50±88,77, 438,17±103,24, 438,21±68,05, 438,67±36,43 và 439±33 mg/kg Nồng độ kali cao nhất được ph t hiện trong c c phân ủ của mô hình 4 và nồng độ kali thấp nhất được ph t hiện trong c c m u phân ủ đối chứng

trong số tất cả c c m u phân ủ (p < 0,0001) Hàm lượng K tương đối cao hơn đo được trong c c

phân ủ có thể là do nồng độ K trong nguyên liệu thô (tức là trong ột cà phê và m u phân

chuồng) được giải phóng nhiều hơn Điều này được nghiên cứu của Preethu et al (2007) hỗ trợ,

o c o m u phân trấu của vỏ cà phê và ột giấy chứa 2,94% kali Yusuf (2008) đ o c o, hàm lượng kali có sẵn của m u phân ủ trưởng thành của khat và c c vật liệu liên quan nằm trong

khoảng 6775,72-121245,24 ppm Getahun et al (2012) đ o c o, hàm lượng kali của c c m u

phân ủ trưởng thành từ 0,69 đến 1,15 g/kg

4 T LUẬN

Vỏ cà phê có chứa nồng độ cao c c hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và kho ng chất có nguồn gốc thực vật, có thể được sử dụng tốt hơn ằng c ch ủ với c c vật liệu hữu cơ kh c có ổ sung chế phẩm vi sinh Kết quả nghiên cứu cho thấy, đống ủ chứa chế phẩm vi sinh ổ sung có nhiệt độ cao hơn Thời gian ủ phân tích cực lâu hơn (giai đoạn ưa nhiệt) cho thấy, sự phân hủy chất hữu cơ cao Sự giảm nhiệt độ của đống ủ so với nhiệt độ môi trường ở giai đoạn cuối của

qu trình ủ phân cho thấy, sự giảm sẵn có của chất nền có thể phân hủy sinh học trong đống ủ

Độ pH của phân trộn là từ 6-6,5 trong c c loại phân trộn kh c nhau Hơn nữa, phân tích trong phòng thí nghiệm về phân trộn x c nhận rằng, việc ổ sung c c chế phẩm vi sinh trong phân trộn phụ phẩm cà phê làm tăng hàm lượng phôtpho dễ tiêu và kali trong phân trưởng thành Tuy nhiên, sự ổ sung chế phẩm vi sinh làm giảm tỷ lệ C/N và hàm lượng chất hữu cơ của phân trộn

so với đối chứng Nói chung, ủ c c phụ phẩm cà phê theo tỷ lệ của MH4 là kết hợp tốt nhất trong

c c tỷ lệ nghiên cứu để nâng cao chất lượng (đặc tính lý hóa) của phân trộn Khi so s nh với c c kết quả nghiên cứu kh c, được tiến hành trên nền ê tông hoặc nền chống thấm, c c kết quả của

dự n này đều cao hơn Có thể do c c vi sinh vật trong đất đ được hoạt hóa và tham gia vào qu trình ủ phân Việc ủ c c phụ phẩm cà phê lên đến 65 ngày là rất quan trọng, để có được phân trộn chất lượng Đặc trưng hóa lý là nhiệt độ thấp hơn hoặc ằng nhiệt độ môi trường, độ ẩm trung ình, pH thấp, N trung ình, phôtpho sẵn có cao, K trao đổi trung ình, chất hữu cơ thấp và

tỷ lệ C/N thấp Tốt hơn là nên ủ c c phụ phẩm cà phê đến 65 ngày, để có được phân hữu cơ chất lượng

TÀI LIỆU THAM HẢO

1 Adams M.R and J Dougan, 1981 Biological management of coffee processing wastes Tropical Science, 23: pp 177-196

2 Adegunloye D., F Adetuyi, F Akinyosoye and M Doyeni, 2007 Microbial analysis of compost using cowdung as booster Pak J Nutr., 6: pp 506-510

3 Anandavalli D., P Ramaswami and S Hameed, 1998 Recycling of banana pseudo stem as compost J Ecotoxicol Environ Monit., 80: pp 191-194

4 Anon, 1991 Recirculation of water combined with land treatment as biotic indicators of

environmental quality In: Hauer F.R and G.A Lamberti (Eds.) Methods in stream ecology

Academic Press, San Diego, California, USA: pp 647-667

5 Beck F.B., S Smars and H Jonsson, 2001 Gaseous emissions of carbon dioxide, ammonia and nitrous oxide from organic household waste in a composting reactor under different temperature regimes J Agric Eng Res., 78: pp 423-430

6 Bidappa C.C., 1998 Organic manure from coffee husk: Comparison of technologies for organic manure from plantation wastes Journal of Plantation Crop, India, 26(2): pp

120-126

7 Bishop P and C Godfrey, 1983 Nitrogen transformations during sludge composting Biocycle, 24: pp 34-39

8 Bustamante M., C Paredes, F Marhuenda-Egea, A Pérez-Espinosa, M Bernal and R Moral, 2008 Co-composting of distillery wastes with animal manures: Carbon and nitrogen transformations in the evaluation of compost stability Chemosphere, 72: pp 551-557

9 CCQC, 2001 California Compost Quality Council (CCQC) Nevada City, California, USA

10 Dadi D., H Sulaiman and S Leta, 2012 Evaluation of composting and the quality of compost from the source separated municipal solid waste J Appl Sci Environ Manag., 16: pp 5-10

11 De Bertoldi M., G Vallini and A Perra, 1983 The biology of composting: A review Waste Management & Research, 1: pp 157-176

12 Degefe G., S Mengistou and S Mohammed, 2016 Physico chemical evaluation of coffee

husk, wastes of enset (Enset ventricosum), vegetable and khat (Catha edulis) through vermicomposting employing an epigeic earthworm Dendrobaena veneta (Rosa, 1886) Afr

J Biotechnol., 15: pp 884-890

13 Epstein E., 1997 Trace elements, heavy metals and micronutrients In: Epstein E (Ed.) The

science of composting Technomic Publ., Lancaster, UK: pp 137-170

14 Food and Fertilizer Technology Center (FFTC), 2007 What happens during composting? Taipei, Taiwan (China)

15 Getahun T., A Nigusie, T Entele, T Van Gerven T and B Van der Bruggen, 2012 Effect

of turning frequencies on composting biodegradable municipal solid waste quality Resour Conserv Recycl., 65: pp 79-84

16 Greenway G and Q Song, 2002 Heavy metal speciation in the composting process J Environ Monit., 4: pp 300-305

17 Harold D., P Curtis and M Roy, 1994 Nursery management: Administration and culture 3rd edition Prentice Hall, Inc., Prentice, USA: pp 437-453

18 Hassen A., K Belguith, N Jedidi, A Cherif, M Cherif and A Boudabous, 2001 Microbial characterization during composting of municipal solid waste Bioresour Technol., 80: pp 217-225

19 Henry Doubleday Research Association (HDRA) – The Organic Organisation, 2001 Composting in the Tropics II Ryton Organic Gardens HDRA publishing, Coventry, UK

20 Kassegn G., K Hiluf, G Gebregziabher, G Degefe and B Kumera, 2015 Physicochemical characterization and microbial identification of compost produced from municipal solid waste in Shewa Robit town, Ethiopia Res J Agric Environ Sci., 2: pp 25-30

21 Liang C., K.C Das and R.W McClendon, 2003 The influence of temperature and moisture contents regimes on the aerobic microbial activity of a biosolids composting blend Bioresource Technology, 86: pp 131-137

22 Liu K and G Price, 2011 Evaluation of three composting systems for the management of spent coffee grounds Bioresour Technol., 102: pp 7966-7974

23 Miller F.C., 1989 Matric water potential as an ecological determinant in compost, a substrate dense system Journal Microbial Ecology, Springer, New York, 18: pp 59-71

24 Miller F.C., 1992 Composting as a process based on the control of ecologically selective factors Soil Microbial Ecology, 18(3): pp 515-543

25 Ogunwande G., J Osunade, K Adekalu and L Ogunjimi, 2008 Nitrogen loss in chicken litter compost as affected by carbon to nitrogen ratio and turning frequency Bioresour Technol., 99: pp 7495-7503

26 Oliveira L.S., A.S Franca, T.M Alves and S.D.F Rocha, 2008 Evaluation of untreated coffee husks as potential biosorbents for treatment of dye contaminated waters Journal of Hazadous Materials, 155: pp 507-512

27 Pandey A., C.R Soccol, P Nigam, D Brand, R Mohan and S Roussos, 2000 Biotechnological potential of coffee pulp and coffee husk for bioprocesses Biochemical Engineering Journal, 6(2): pp 153-162

28 Preethu D.C., B.N.U.H Bhanu Prakash, C.A Srinivasamurthy and B.G Vasanthi, 2007 Maturity indices as an index to evaluate the quality of compost of coffee waste blended with

other organic wastes In: Proceeding of international conference on sustainable solid waste

management, Chennai, India, 5-7/9/2007: pp 270-275

29 Sánchez-Monedero M., A Roig, C Paredes and M Bernal, 2001 Nitrogen transformation during organic waste composting by the Rutgers system and its effects on pH, EC and maturity of the composting mixtures Bioresour Technol., 78: pp 301-308