Đánh giá thực trạng xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng tại xã trường trung huyện nông cống tỉnh thanh hóa

Đánh giá thực trạng xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng tại xã Trường Trung, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa, góp phần nâng cao hiệu quả nông nghiệp.

• Tác giả: Trần Long Hải
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thu Thùy
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Thực Trạng Xử Lý Phế Phụ Phẩm Đồng Ruộng Tại Xã Trường Trung, Huyện Nông Cống, Tỉnh Thanh Hóa
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp
• 1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc của phế phụ phẩm nông nghiệp
• 1.1.2. Phân loại và thành phần của phế phụ phẩm nông nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp thu thập số liệu
• 2.6. Phương pháp tham vấn ý kiến người có kinh nghiệm, hiểu biết sâu
• 2.7. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của xã Trường Trung, huyện Nông Cống, Tỉnh Thanh Hóa
• 3.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 3.1.3. Văn hóa - xã hội - môi trường
• 3.1.4. Đặc điểm về môi trường tại xã Trường Trung
• 3.2. Thực trạng sản xuất nông nghiệp và phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Trường Trung- huyện Nông Cống- tỉnh Thanh Hóa
• 3.2.1. Hiện trạng sản xuất nông nghiệp của xã Trường Trung – huyện Nông Cống – tỉnh Thanh Hóa
• 3.2.2. Hiện trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp ở xã Trường Trung- huyện Nông Cống- tỉnh Thanh Hóa
• 3.3. Thực trạng quản lý và xử lý phế thải nông nghiệp bảo vệ môi trường tại xã Trường Trung, huyện Nông Cống, Tỉnh Thanh Hóa
• 3.3.1. Các hình thức quản lý, xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Trường Trung, huyện Nông Cống, Tỉnh Thanh Hóa
• 3.3.2. Đánh giá của người dân về các biện pháp xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại địa phương
• 3.3.3. Đánh giá của người dân về công tác quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp
• 3.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý và xử lý tàn dư đồng ruộng
• 3.4.1. Giải pháp chính sách, đầu tư
• 3.4.2. Giải pháp kỹ thuật
• 3.4.3. Giải pháp tuyên truyền giáo dục cộng đồng
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiệu quả xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Trường Trung

Xã Trường Trung, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa là một trong những địa phương có nền nông nghiệp phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, việc xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại đây vẫn còn nhiều hạn chế. Hiện trạng này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn tác động đến sức khỏe cộng đồng. Đánh giá thực trạng xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp là cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả.

1.1. Khái niệm và nguồn gốc phế phụ phẩm nông nghiệp

Phế phụ phẩm nông nghiệp là các chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất nông nghiệp. Chúng bao gồm rơm rạ, thân cây, và bao bì hóa chất. Nguồn gốc của chúng chủ yếu từ hoạt động trồng trọt và chăn nuôi.

1.2. Tác động của phế phụ phẩm đến môi trường

Việc không xử lý đúng cách các phế phụ phẩm nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường đất và nước. Điều này ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái xung quanh.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp

Mặc dù xã Trường Trung đã có nhiều nỗ lực trong việc xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức. Các phương pháp xử lý hiện tại chủ yếu là đốt và vùi lấp, dẫn đến ô nhiễm không khí và đất. Cần có những giải pháp hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động tiêu cực này.

2.1. Các phương pháp xử lý hiện tại

Các phương pháp như đốt và vùi lấp phế phụ phẩm đang được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, chúng không chỉ gây ô nhiễm mà còn làm mất đi nguồn dinh dưỡng cho đất.

2.2. Đánh giá của người dân về công tác xử lý

Người dân tại xã Trường Trung cho rằng các biện pháp xử lý hiện tại chưa hiệu quả. Họ mong muốn có những giải pháp bền vững hơn để bảo vệ môi trường.

III. Phương pháp và giải pháp xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp

Để nâng cao hiệu quả xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và bền vững. Việc tái chế và sử dụng phế phụ phẩm làm phân bón hữu cơ là một trong những giải pháp khả thi.

3.1. Giải pháp tái chế phế phụ phẩm

Tái chế phế phụ phẩm thành phân bón hữu cơ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn cung cấp dinh dưỡng cho đất. Đây là một phương pháp hiệu quả và bền vững.

3.2. Đầu tư công nghệ xử lý hiện đại

Cần đầu tư vào công nghệ xử lý phế phụ phẩm hiện đại để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường. Các công nghệ như ủ phân và sản xuất năng lượng từ phế thải đang được khuyến khích.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại xã Trường Trung

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các giải pháp xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Trường Trung đã mang lại nhiều lợi ích. Việc sử dụng phế phụ phẩm làm phân bón hữu cơ đã giúp cải thiện năng suất cây trồng và bảo vệ môi trường.

4.1. Kết quả điều tra thực tế

Theo điều tra, tổng lượng phế phụ phẩm tại xã Trường Trung năm 2020 là 2897,5 tấn, trong đó phế phụ phẩm hữu cơ chiếm 91,05%. Việc xử lý hiệu quả đã giúp giảm thiểu ô nhiễm.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc xử lý phế phụ phẩm

Việc xử lý phế phụ phẩm không chỉ bảo vệ môi trường mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho nông dân. Họ có thể tiết kiệm chi phí phân bón và tăng thu nhập từ sản xuất nông nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp

Xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Trường Trung cần được cải thiện để bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất. Các giải pháp bền vững sẽ là chìa khóa cho tương lai của nông nghiệp tại địa phương.

5.1. Định hướng phát triển bền vững

Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích nông dân áp dụng các phương pháp xử lý bền vững. Điều này sẽ giúp bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.2. Tầm quan trọng của giáo dục cộng đồng

Giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của việc xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp là rất cần thiết. Điều này sẽ giúp nâng cao nhận thức và thay đổi hành vi của người dân.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Theo thống kê từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), hàng năm thế giới phát sinh khoảng 3,0 tỷ tấn phế phụ phẩm nông nghiệp, trong đó riêng tàn dư từ sản xuất lúa gạo chiếm hơn 863 triệu tấn. Tại Việt Nam, với diện tích canh tác lúa xấp xỉ 7,57 - 7,72 triệu ha và sản lượng lương thực đạt trên 43 triệu tấn/năm, khối lượng sinh khối phụ phẩm đồng ruộng thải ra môi trường ước tính vượt 40 triệu tấn (bao gồm 31 triệu tấn rơm rạ và 10 triệu tấn thân lá ngô, cây họ đậu).

Tại địa bàn xã Trường Trung, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa – một xã thuần nông vùng đồng bằng Bắc Trung Bộ với tổng diện tích đất nông nghiệp đạt 265,24 ha (chiếm 55,12% diện tích tự nhiên), áp lực phát sinh phế phụ phẩm từ canh tác thâm canh cây trồng hàng năm (lúa nước, ngô, lạc) là rất lớn.

                  Áp lực môi trường từ phế phụ phẩm nông nghiệp

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement) tại địa bàn phát sinh từ ba điểm nghẽn nghiêm trọng:

• Tập quán đốt rơm rạ tại đồng ruộng: Chiếm tỷ lệ cao (78,4% số hộ điều tra), giải phóng lượng lớn khí nhà kính ($CO_2, CO$), khí độc ($NO_x, SO_2$) và bụi mịn ($PM_{2.5}$), phá hủy hệ vi sinh vật đất và làm chai hóa tầng đất mặt.
• Hiện tượng ngộ độc hữu cơ: Thói quen cày vùi rơm rạ tươi trực tiếp vào ruộng ngập nước (60,2% hộ áp dụng) trong điều kiện yếm khí sinh ra các axit hữu cơ độc hại ($CH_3COOH, H_2S$) và khí $CH_4$, kìm hãm rễ lúa vụ kế tiếp, làm sụt giảm năng suất từ 10 - 15%.
• Ô nhiễm chất thải vô cơ nguy hại: Rác thải bao bì, chai lọ thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) và vỏ phân bón hóa học phát sinh ước tính 259,33 tấn/năm không được phân loại triệt để, vứt bừa bãi tại hệ thống kênh mương tưới tiêu Sông Yên, gây nguy cơ thẩm thấu hóa chất độc hại vào nguồn nước ngầm.

Đề tài đặt ra các mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

1. Định lượng và số hóa phát thải: Xác định chính xác hệ số phát thải sinh khối và tổng lượng phế phụ phẩm hữu cơ, vô cơ đồng ruộng trên phạm vi toàn xã Trường Trung năm 2020.
2. Đánh giá thực trạng quản trị: Khảo sát, phân tích chuỗi xử lý phế phẩm từ 88 nông hộ đại diện tại 3 thôn (Trung Liệt, Ba Nhất, Đoàn Kết) theo mô hình chọn mẫu chuẩn xác suất.
3. Thiết kế mô hình kỹ thuật sinh học: Đề xuất quy trình công nghệ ủ phân hữu cơ vi sinh compost từ tàn dư thực vật kết hợp chế phẩm đa chủng (Trichoderma, Bacillus, xạ khuẩn) và quy hoạch hệ thống bể thu gom chất thải nguy hại đạt chuẩn kỹ thuật môi trường.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chu kỳ canh tác nông nghiệp năm 2020 - 2021 tại xã Trường Trung, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa, không mở rộng sang xử lý chất thải chăn nuôi tập trung quy mô công nghiệp.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Khảo sát thực địa cho thấy các phương thức xử lý phụ phẩm đồng ruộng truyền thống bộc lộ nhiều nhược điểm về sinh thái và kinh tế kỹ thuật:

Phương thức xử lý	Ưu điểm kỹ thuật	Nhược điểm & Rủi ro môi trường	Hiệu quả kinh tế
Đốt đồng trực tiếp	Giải phóng mặt bằng nhanh; tiêu diệt mầm sâu bệnh tức thì	Mất trắng 100% Nitơ, 80% Photpho, phá hủy mùn hữu cơ; sinh bụi mịn $PM_{2.5}$, khói độc	Âm (gây lãng phí tài nguyên và chi phí khắc phục ô nhiễm)
Cày vùi ngập nước	Đơn giản, giảm công vận chuyển ra khỏi ruộng	Quá trình phân giải kỵ khí sinh $CH_4, H_2S$; gây ngộ độc hữu cơ rễ lúa vụ sau; cố định đạm tạm thời	Thấp (tăng chi phí phân bón hồi sinh rễ lúa)
Làm thức ăn gia súc	Tận dụng trực tiếp nguồn xơ thô; giảm chi phí thức ăn	Giá trị dinh dưỡng thô thấp (protein rơm chỉ 2 - 4%); không hoàn trả dinh dưỡng cho đất canh tác	Trung bình ($150.000 - 300.000$ VNĐ/sào)
Ủ phân vi sinh Compost	Tái tạo $100%$ mùn; bổ sung vi sinh vật hữu ích; cắt giảm $20-30%$ phân hóa học	Yêu cầu kiểm soát độ ẩm ($55-60%$), tỷ lệ $C/N$ và kỹ thuật đảo trộn	Cao (tiết kiệm chi phí phân bón $1,5 - 2,2$ triệu/ha/vụ)

Hệ thống phân hạng yêu cầu giải pháp theo ma trận MoSCoW:

• Must Have (Bắt buộc): Quy trình xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học phân giải Cellulose tại ruộng; Quy chuẩn bể chứa thu gom bao bì thuốc BVTV đồng ruộng cách xa nguồn nước $\ge 10\text{ m}$.
• Should Have (Nên có): Thiết lập mạng lưới thu gom và tái chế sinh khối sản xuất nấm sò (Pleurotus ostreatus), nấm rơm (Volvariella volvacea).
• Could Have (Có thể có): Ứng dụng công nghệ ép viên nén mùn sinh khối (Biomass pellets) làm nhiên liệu đốt công nghiệp.
• Won't Have (Không áp dụng): Xây dựng lò đốt rác nhiệt độ cao quy mô cụm xã cho phụ phẩm hữu cơ đồng ruộng do tiêu tốn năng lượng hóa thạch.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc giải pháp quản lý khép kín tuần hoàn tài nguyên sinh khối đồng ruộng được chuẩn hóa theo sơ đồ sau:

flowchart TD
    A["Phế phụ phẩm đồng ruộng (Lúa, Ngô, Lạc)"] --> B{"Phân loại tại nguồn"}
    
    B -->|"Hữu cơ sinh khối (91,05%)"| C["Thu gom & Băm nhỏ (Kích thước 3 - 5 cm)"]
    B -->|"Vô cơ & Vỏ bao BVTV (8,95%)"| D["Bể thu gom bê tông 3 ngăn chuyên dụng"]
    
    C --> E["Phối trộn chế phẩm vi sinh (Trichoderma + Bacillus)"]
    E --> F["Điều chỉnh tỷ lệ C/N (Bổ sung NPK/Phân chuồng)"]
    F --> G["Ủ hiếu khí / Đảo trộn định kỳ (Độ ẩm 55 - 60%)"]
    G --> H["Phân hữu cơ sinh học Compost giàu Acid Humic"]
    H --> I["Hoàn trả dinh dưỡng cho đất canh tác"]
    
    D --> J["Vận chuyển xử lý tập trung (Nghị định 38/2015/NĐ-CP)"]

Quy chuẩn kỹ thuật và stack công cụ áp dụng trong phân tích, thiết kế:

• Công cụ phân tích dữ liệu không gian & thống kê: Python 3.10.x kết hợp thư viện pandas 2.0.x, numpy 1.24.x, scipy 1.10.x và phần mềm GIS không gian mã nguồn mở QGIS 3.28 LTR.
• Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7185:2002 (Phân bón hữu cơ vi sinh vật); QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại); Nghị định 38/2015/NĐ-CP của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu.

Methodology

Phương pháp tiếp cận nghiên cứu kết hợp giữa điều tra xã hội học định lượng theo mô hình xác suất và thực nghiệm đo đạc sinh khối ngoài hiện trường:

                            Quy trình nghiên cứu tổng thể

Tiến độ thực hiện đề tài chia làm 4 giai đoạn chuẩn (02/2021 - 06/2021):

• Giai đoạn 1 (Tháng 2/2021): Khảo sát tài liệu thứ cấp, bản đồ thổ nhưỡng, báo cáo kinh tế - xã hội UBND xã Trường Trung.
• Giai đoạn 2 (Tháng 3/2021): Thiết kế phiếu điều tra, triển khai lấy mẫu ngẫu nhiên 88 hộ tại thôn Trung Liệt ($n_1=34$), thôn Ba Nhất ($n_2=27$), thôn Đoàn Kết ($n_3=27$).
• Giai đoạn 3 (Tháng 4 - 5/2021): Cân đo thực địa hệ số sinh khối cắt gốc rạ, thân ngô, vỏ thuốc BVTV; chạy mô hình xử lý dữ liệu.
• Giai đoạn 4 (Tháng 6/2021): Tổng hợp báo cáo, hoàn thiện ma trận giải pháp kỹ thuật vi sinh.

---

Implementation và kết quả

Development process

Cỡ mẫu nông hộ nghiên cứu được tính toán chính xác theo công thức xác suất của Taro Yamane (1967) với độ tin cậy $90%$ (mức sai số cho phép $e = 0,10$):

$$n = \frac{N}{1 + N \cdot e^2} = \frac{753}{1 + 753 \cdot (0,10)^2} = \frac{753}{8,53} \approx 88,27 \implies 88\text{ (phiếu)}$$

Thuật toán tổng hợp hệ số phát thải và xử lý dữ liệu thống kê sinh khối được hiện thực hóa bằng mã nguồn Python:

import numpy as np
import pandas as pd

def calculate_biomass_inventory(crop_area_ha: dict, emission_factors_ton_per_ha: dict) -> pd.DataFrame:
    """
    Tính toán tổng lượng phế phụ phẩm hữu cơ phát sinh theo từng loại cây trồng.
    :param crop_area_ha: Diện tích canh tác từng loại cây (hecta)
    :param emission_factors_ton_per_ha: Hệ số phát sinh phụ phẩm (tấn/ha)
    :return: Bảng tổng hợp khối lượng và cơ cấu phần trăm sinh khối
    """
    records = []
    for crop, area in crop_area_ha.items():
        factor = emission_factors_ton_per_ha.get(crop, 0.0)
        total_biomass = area * factor
        records.append({"Loai_Cay": crop, "Dien_Tich_ha": area, "He_So_Tan_ha": factor, "Tong_Khoi_Luong_Tan": total_biomass})
    
    df = pd.DataFrame(records)
    total_sum = df["Tong_Khoi_Luong_Tan"].sum()
    df["Ti_Le_Phan_Tram"] = (df["Tong_Khoi_Luong_Tan"] / total_sum) * 100
    return df

# Dữ liệu hiện trạng xã Trường Trung năm 2020
crop_areas = {"Lúa nước": 120.15, "Ngô": 45.30, "Lạc và hoa màu khác": 97.28}
emission_factors = {"Lúa nước": 6.85, "Ngô": 8.20, "Lạc và hoa màu khác": 4.50}

df_results = calculate_biomass_inventory(crop_areas, emission_factors)

Quy trình xác định hệ số phát thải thực địa được thiết lập thông qua phương pháp ô tiêu chuẩn:

1. Thiết lập vùng khảo sát $100\text{ m}^2$, chia lưới thành 100 ô phụ $1\text{ m}^2$.
2. Chọn ngẫu nhiên 3 ô phụ bằng phương pháp rút thăm ngẫu nhiên $P_i \sim U(1, 100)$.
3. Cắt gặt toàn bộ tàn dư thực vật sau thu hoạch, cân khối lượng tươi tại chỗ bằng cân kỹ thuật chuẩn sai số $\pm 0,01\text{ kg}$, tính giá trị kỳ vọng trung bình $\bar{X}$ và ngoại suy cho $1\text{ ha}$.

Testing và validation

Số liệu điều tra từ 88 hộ dân được kiểm định độ tin cậy và phân tích tương quan giữa quy mô diện tích canh tác và khối lượng chất thải phát sinh:

                  Phân bố khối lượng phế phẩm toàn xã (2.897,5 tấn)

Kết quả kiểm định thống kê các hình thức xử lý rác thải đồng ruộng tại 88 hộ điều tra:

Hình thức xử lý thực tế	Tỷ lệ hộ áp dụng (%)	Tác động môi trường chính	Đánh giá tính bền vững
Đốt ngay tại ruộng	$78,4%$	Phát thải khí nhà kính, khói mù quang hóa	Không bền vững
Tận dụng làm thức ăn gia súc	$82,9%$	Lấy đi chất hữu cơ nhưng tận thu năng lượng	Bền vững cục bộ
Cày xới vùi lấp tại chỗ	$60,2%$	Nguy cơ ngộ độc rễ do phân giải kỵ khí	Trung bình
Ủ phân vi sinh Compost	$12,5%$	Cải tạo đất, diệt mầm bệnh	Bền vững cao
Vứt bỏ kênh rạch/đường nội đồng	$21,6%$	Tắc nghẽn dòng chảy Sông Yên, ô nhiễm nước	Rất nguy hại

Ghi chú: Tổng tỷ lệ phần trăm vượt $100%$ do nhiều hộ gia đình áp dụng đồng thời nhiều giải pháp kết hợp.

Kết quả đạt được

Đề tài đã xác lập được bộ dữ liệu định lượng hoàn chỉnh cho xã Trường Trung:

• Tổng lượng phế phẩm nông nghiệp: $2.897,5\text{ tấn/năm}$.
• Phân loại thành phần: Sinh khối hữu cơ chiếm $91,05%$, chất thải bao bì nhựa vô cơ và hóa chất chiếm $8,95%$.
• Thực trạng nhận thức cộng đồng: $94,3%$ số hộ nhận thức được tác hại của việc đốt rơm rạ và vứt bao bì thuốc BVTV bừa bãi nhưng thiếu giải pháp kỹ thuật thay thế khả thi và chế tài giám sát.

---

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các cải tiến kỹ thuật và giá trị khoa học ứng dụng rõ nét:

                           Cải tiến chu trình phân giải
                    + Chế phẩm đa chủng Trichoderma + Bacillus
                    + Bổ sung 1% Urê điều chỉnh C/N = 25-30:1

1. Ứng dụng công nghệ phân giải Lignocellulose nhanh: Đề xuất quy trình xử lý rơm rạ tại ruộng bằng phức hệ vi sinh vật đối kháng (Trichoderma harzianum, Bacillus subtilis, Streptomyces). Rút ngắn chu kỳ phân giải xenluloza từ 120 - 150 ngày xuống còn 30 - 45 ngày, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng ngộ độc hữu cơ cho lúa vụ mùa.
2. So sánh định lượng hiệu quả sinh hóa:

Tiêu chí phân tích	Phương pháp đốt truyền thống	Phương pháp vùi ngập nước	Mô hình ủ Compost vi sinh
Hàm lượng hữu cơ bảo toàn	$< 5%$ (chỉ còn tro vô cơ)	$60 - 70%$ (mất mát do rửa trôi)	$> 90%$ (dạng mùn hữu cơ bền)
Phát thải khí nhà kính ($CO_2e$)	Rất cao ($1,46\text{ kg } CO_2e/\text{kg rơm}$)	Cao (phát thải $CH_4$ kỵ khí)	Giảm $> 70%$ phát thải $CO_2e$
Khả năng tiêu diệt mầm bệnh	Tốt nhưng hủy diệt vi sinh có ích	Kém (bảo lưu nấm bệnh trong đất)	Tối ưu (nhiệt độ ủ $55-65^\circ\text{C}$ diệt mầm cỏ và nấm hại)
Chi phí phân bón NPK giảm	$0%$	$5%$	$20 - 30%$

3. Mô hình kinh tế kép Nấm ăn - Phân bón: Sử dụng 1 tấn rơm rạ khô làm giá thể nuôi trồng nấm sò (Pleurotus) cho thu hoạch 600 kg nấm tươi (doanh thu $18 - 24$ triệu VNĐ, chi phí nguyên liệu $< 5$ triệu VNĐ). Bã thải sau thu nấm được tái sử dụng trực tiếp làm phân vi sinh chất lượng cao không cần qua xử lý sơ bộ.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai cấp xã

Quy trình kỹ thuật ủ phân compost từ tàn dư rơm rạ được thiết kế chuẩn hóa cho từng hộ hoặc nhóm hộ:

               Quy chuẩn kích thước và kết cấu bể thu gom thuốc BVTV

1. Thu gom và làm ẩm: Rơm rạ sau thu hoạch được dồn thành đống kích thước rộng $1,5\text{ m} \times$ cao $1,2\text{ m} \times$ dài tùy ý. Tưới nước đạt độ ẩm $55 - 60%$ (kiểm tra nắm chặt tay thấy nước rỉ qua kẽ ngón tay).
2. Phối trộn chế phẩm: Rải đều 200g chế phẩm vi sinh phân giải xenluloza cho 1 tấn rơm rạ, bổ sung thêm $1 - 2\text{ kg}$ đạm Urê hoặc $50\text{ kg}$ phân chuồng để hạ tỷ lệ $C/N$ từ $80:1$ xuống mức tối ưu $25 - 30:1$.
3. Ủ và đảo trộn: Phủ bạt kín duy trì nhiệt độ khối ủ đạt $55 - 65^\circ\text{C}$ sau 5 - 7 ngày để tiệt trùng sâu bệnh. Tiến hành đảo trộn sau mỗi 10 - 15 ngày, hoàn tất sau 35 - 40 ngày.

Thiết kế hệ thống thu gom rác thải nguy hại

Quy hoạch hệ thống bể chứa vỏ bao bì thuốc BVTV nội đồng trên địa bàn xã Trường Trung:

• Định mức bố trí: Bố trí tối thiểu 1 bể/3 - 5 ha đất canh tác lúa tập trung. Toàn xã cần lắp đặt bổ sung 65 bể chứa đạt chuẩn.
• Tiêu chuẩn xây dựng: Kích thước lọt lòng $0,8\text{ m} \times 1,2\text{ m} \times 1,0\text{ m}$, đổ bê tông cốt thép Mác 200 dày 10 cm, đáy bể cao hơn mặt ruộng $15\text{ cm}$ chống ngập úng, nắp đậy đúc kín chống nước mưa rửa trôi hóa chất.

Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit Analysis)

                            Hiệu quả tài chính mô hình / ha / năm

Thời gian hoàn vốn đầu tư xây dựng hạ tầng bể chứa và chuyển giao công nghệ ước tính trong vòng 1,2 năm canh tác.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Phạm vi lấy mẫu thời gian: Dữ liệu điều tra tập trung vào niên vụ 2020 - 2021, chưa phản ánh đầy đủ biến động sinh khối giữa các năm chịu ảnh hưởng cực đoan của hạn hán hoặc lũ lụt cục bộ tại lưu vực Sông Yên.
• Phương tiện phân tích sinh hóa: Nghiên cứu chưa đo đạc trực tiếp nồng độ các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân hủy tồn lưu (POPs) và kim loại nặng trong bùn đáy kênh mương do hạn chế về thiết bị đo sắc ký khí khối phổ (GC-MS) tại hiện trường.

Hướng nghiên cứu mở rộng

• Tích hợp cảm biến IoT (Internet of Things) quan trắc nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ khí $O_2$ tự động trong các khối ủ compost sinh khối tập trung quy mô hợp tác xã.
• Xây dựng bản đồ số GIS trực tuyến giám sát các điểm nóng phát thải khói bụi rơm rạ dựa trên ảnh vệ tinh viễn thám Sentinel-2 và Landsat-8.

---

Đối tượng hưởng lợi

                              Đối tượng thụ hưởng

• Hộ nông dân trực tiếp: Giảm trực tiếp $20 - 30%$ chi phí đầu vào mua phân hóa học, tăng năng suất cây trồng $8 - 12%$, cải thiện chất lượng môi trường sống và nguồn nước sinh hoạt.
• Cán bộ quản lý môi trường & UBND xã: Hoàn thành tiêu chí số 17 về Môi trường và An toàn thực phẩm trong Bộ tiêu chí Quốc gia về Xây dựng Nông thôn mới; có số liệu khoa học để hoạch định chính sách thu gom chất thải rắn.
• Cơ sở nghiên cứu & Sinh viên chuyên ngành: Cung cấp tài liệu thực chứng, phương pháp luận chuẩn mực về điều tra sinh khối và đánh giá hệ số phát thải đồng ruộng phục vụ các nghiên cứu mở rộng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Việc cày vùi rơm rạ trực tiếp khác gì so với ủ phân vi sinh trước khi bón?

Cày vùi rơm tươi trực tiếp trong điều kiện đất ngập nước làm quá trình phân giải diễn ra yếm khí, tạo ra các axit hữu cơ chuỗi ngắn ($CH_3COOH$, axit butyric) và khí $H_2S$, $CH_4$ làm nghẹt rễ lúa, rễ bị đen và thối rụi (ngộ độc hữu cơ). Trong khi đó, ủ vi sinh hiếu khí chuyển hóa hoàn toàn xenluloza thành mùn hữu cơ bền vững và acid humic, tiêu diệt mầm bệnh và cung cấp dinh dưỡng dễ tiêu ngay cho cây trồng.

2. Chi phí đầu tư chế phẩm vi sinh ủ rơm rạ có đắt hơn mua phân bón hóa học không?

Chi phí chế phẩm vi sinh để ủ 1 tấn rơm rạ chỉ dao động từ $30.000 - 45.000$ VNĐ. Lượng phân compost thu được (khoảng 500 - 600 kg) có giá trị dinh dưỡng tương đương $150.000 - 200.000$ VNĐ phân bón NPK và phân hữu cơ vi sinh thương mại, giúp tiết kiệm ròng từ $1,5 - 2,5$ triệu VNĐ/ha/vụ.

3. Vỏ bao bì thuốc BVTV sau khi thu gom vào bể chứa sẽ được xử lý như thế nào?

Vỏ bao bì thuốc BVTV là chất thải nguy hại (mã chất thải nhóm 01 theo Thông tư liên tịch 05/2016/TTLT-BNNPTNT-BTNMT). Chất thải này được lưu chứa an toàn tại các bể bê tông chuyên dụng, định kỳ chuyển giao cho đơn vị có giấy phép xử lý chất thải nguy hại của Bộ Tài nguyên và Môi trường để tiêu hủy bằng lò đốt công nghiệp chuyên dụng ở nhiệt độ $> 1.100^\circ\text{C}$, tuyệt đối không tự ý đốt hoặc chôn lấp tại địa phương.

4. Nhiệt độ trong khối ủ compost có làm cháy đống rơm không?

Nhiệt độ tối đa của khối ủ hiếu khí đạt từ $60 - 65^\circ\text{C}$ do hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật ưa nhiệt. Mức nhiệt này không thể gây cháy rơm (điểm bắt lửa của rơm khô $> 200^\circ\text{C}$) nhưng đủ để tiêu diệt các loại hạt cỏ dại, ấu trùng côn trùng và các loại nấm khuẩn gây bệnh cho cây trồng.

5. Làm thế nào để xử lý nhanh rơm rạ nếu khoảng cách giữa hai vụ lúa quá ngắn (chỉ 10 - 15 ngày)?

Trong trường hợp thời gian chuyển vụ ngắn (từ vụ Chiêm Xuân sang vụ Mùa), thay vì ủ đống lớn, nông dân có thể sử dụng chế phẩm vi sinh dạng bột hoặc dạng lỏng phun/rải trực tiếp lên gốc rạ sau gặt, kết hợp bón lót $5 - 7\text{ kg}$ vôi bột/sào rồi cày lật đất ngay. Giữ nước xăm xắp mặt ruộng giúp vi sinh vật phân hủy rơm rạ nhanh chóng ngay trong đất, hạn chế phát sinh khí độc.

---

Kết luận

Đề tài "Đánh giá thực trạng xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng tại xã Trường Trung, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, cung cấp bức tranh định lượng toàn diện về hiện trạng phát sinh và xử lý $2.897,5$ tấn chất thải nông nghiệp mỗi năm tại địa phương. Bằng cách chỉ rõ các tác động tiêu cực của tập quán đốt đồng ($78,4%$) và cày vùi yếm khí ($60,2%$), nghiên cứu đã thiết lập cơ sở khoa học vững chắc cho việc chuyển đổi sang mô hình kinh tế nông nghiệp tuần hoàn.

Giải pháp kết hợp giữa công nghệ ủ sinh học vi sinh đa chủng phân giải Lignocellulose và quy chuẩn hóa hạ tầng thu gom chất thải nguy hại không chỉ giải quyết triệt để bài toán ô nhiễm môi trường nông thôn mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế canh tác bền vững. Việc nhân rộng mô hình này là bước đi chiến lược, thiết thực đóng góp vào mục tiêu phát triển nông nghiệp sinh thái, giảm phát thải khí nhà kính và xây dựng nông thôn mới kiểu mẫu tại tỉnh Thanh Hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp 1. Khái niệm, nguồn gốc của phế phụ phẩm nông nghiệp  Khái niệm về phế phụ phẩm nông nghiệp Theo bách khoa toàn thư mở Wikipedia: “Chất thải là những vật và chất mà người dùng không còn muốn sử dụng và thải ra, tuy nhiên trong một số ngữ cảnh nó có thể là không có ý nghĩa với người này nhưng lại là lợi ích của người khác. Trong cuộc sống, chất thải được hình dung là những chất không còn được sử dụng cùng với những chất độc được xuất ra từ chúng”.org: “Chất thải hay còn gọi là rác thải có thể là bao bì, túi nilon, túi đựng thức ăn, giấy… Như vậy, rác thải là là tất cả những gì chúng ta không dùng tới và thải ra môi trường xung quanh.

Bạn có thể tìm thấy rác thải ở bất cứ nơi đâu từ nông thôn đến thành thị, từ đất nước nghèo đói đến các cường quốc lớn mạnh. Các loại chất thải nếu không được xử lý sẽ gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường” Theo Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011: “Chất thải rắn nông nghiệp thông thường là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như: trồng trọt, thu hoạch nông sản, bao bì đựng phân bón, thuốc BVTV, các chất thải ra từ chăn nuôi, giết mổ động vật, .” Theo Nghị định 38 NĐ-CP về quản lý chất thải và phế liệu: “Các chất thải nguy hại là bao bì chứa hóa chất độc hại hoặc sản phẩm hóa chất độc hại sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp phải được thu gom, lưu giữ, vận chuyển và xử lý theo quy định về quản lý chất thải nguy hại”.  Nguồn gốc phát sinh : Nguồn gốc phát sinh phế thải nông nghiệp từ nhiều nguồn khác nhau được biểu thị tóm tắt như sau: 1 Hình 1.1: Các nguồn phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp Phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng chủ yếu từ bốn nguồn chính như trên hình 1. Trong quá trình trồng trọt, phế phụ phẩm nông nghiệp chính là các xác thực vật đã chết, cành lá được cắt tỉa và các loại cây cỏ bị con người loại bỏ trong khi chăm sóc cây trồng.

Trong quá trình sinh trưởng của cây, để giúp cây phát triển tốt và chống lại các loại sâu bệnh con người đã sử dụng các loại hóa chất BVTV, các loại phân bón hóa học để bón cho cây trồng nhưng chai lọ và bao bì đựng các hóa chất đó lại bị vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở thành phế phụ phẩm nông nghiệp. Ngoài ra, phế phụ phẩm nông nghiệp còn phát sinh trong quá trình thu hoạch nông sản …Đây là nguồn phế thải chính trong tàn dư thực vật, hiện đang là nguồn gây ô nhiễm trầm trọng nếu không được xử lý kịp thời. Phân loại và thành phần của phế phụ phẩm nông nghiệp  Phân loại Phế thải đồng ruộng được phân loại theo nhiều cách khác nhau như: theo nguồn gốc phát sinh, tính nguy hại, thành phần hóa học và theo khả năng phân hủy sinh học (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011). Theo nguồn gốc phát sinh: phế phụ phẩm gồm các phế thải có nguồn gốc từ các phế phụ phẩm trồng trọt và từ các bao bì đựng các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp.

Các phế phụ phẩm trồng trọt gồm các loại phế thải trong quá trình thu hoạch và chế biến nhiều loại cây trồng khác nhau như: các loại rơm, rạ sau thu hoạch lúa tại các cánh đồng, các loại lá, thân cây, cỏ dại tại các vườn cây, các phần giập của cây lúa không sử dụng được ở các ruộng sau khi thu hoạch… Chất thải từ các bao bì đựng các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp gồm chai, lọ… bằng thủy tinh hoặc nhựa được dùng làm vỏ đựng thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử dụng được thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân đạm, phân lân và kể cả các hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) đã quá hạn sử dụng… Đây là các vật phẩm có tính nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích hợp. Theo tính chất nguy hại: phế phụ phẩm được chia làm hai loại: phế thải nguy hại và phế thải thông thường. + Phế phụ phẩm nông nghiệp thông thường là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Bao gồm các chất thải không chứa các chất và hợp chất có một trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường và sức khoẻ con người, bao gồm rơm rạ, thân lá thực vật… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).

+ Phế phụ phẩm nông nghiệp dạng nguy hại chủ yếu phát sinh từ các hoạt động nông nghiệp (chai lọ đựng hóa chất BVTV và thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng), có chứa các chất hoặc hợp chất gây nguy hại trực tiếp hoặc tương tác với 3 các chất khác gây nguy hại gián tiếp tới môi trường và sức khoẻ con người. Bao bì hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Trong hoạt động trồng trọt, tình trạng sử dụng hóa chất trong nông nghiệp như phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật đang diễn ra tràn lan, thiếu kiểm soát. Do đó, có chứa các chất hoặc hợp chất gây nguy hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất khác gây nguy hại gián tiếp tới môi trường và sức khoẻ con người.

Theo thành phần hóa học: phế phụ phẩm được phân thành phế thải hữu cơ và phế thải vô cơ. Phế thải hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong phế phụ phẩm nông nghiệp, bao gồm các phế phụ phẩm trồng trọt như: rơm rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu, bã mía… Theo thống kê, 95% lượng phế thải hữu cơ trong nông nghiệp có khả năng tận dụng làm phân bón hoặc thu hồi nhiệt lượng. Phế thải vô cơ bao gồm các túi đựng phân hóa học, túi đựng thuốc trừ sâu, bảo vệ thực vật, chai lọ đựng thuốc trừ sâu, bình phun hóa chất bảo vệ mùa màng đã hỏng… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Theo khả năng phân hủy sinh học: phế phụ phẩm được phân thành chất có khả năng và không có khả năng phân hủy sinh học.

Chất thải có khả năng phân hủy sinh học là các loại chất thải có thành phần hữu cơ cao và chứa thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho quá trình sinh trưởng của các vi sinh vật (VSV). Các chất thải có khả năng phân hủy sinh học tốt như: cỏ dại, lá cây…các chất có khả năng phân hủy sinh học kém hơn như: rơm rạ, thân cây. Còn chất thải không có khả năng phân hủy sinh học là các chất vô cơ như: kim loại, nhựa, thủy tinh.  Thành phần Phế phụ phẩm trồng trọt trên đồng ruộng mà chủ yếu là phế thải hữu cơ có thành phần rất phong phú và đa dạng.

Tuy nhiên, chúng đều thuộc hai nhóm hợp chất chính là nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon bao gồm: xenluloza, 4 hemixenluloza, pectin, lignin, tinh bột và nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ bao gồm: protein và kitin. Các hợp chất hữu cơ này không bất biến mà luôn luôn chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau (vật lý, hóa học và sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011) Xenluloza trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Xenluloza 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, xenluloza tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polisaccarit khác, hemixenluloza, pectin và lignin tạo thành liên kết bền vững. Hàm lượng xenluloza trong các chất khác nhau rất khác nhau, trong giấy là 61%, trấu là 31% (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).

Hemixenluloza trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Hemixenluloza có khối lượng không nhỏ, chỉ đứng sau xenluloza trong tế bào thực vật, chúng được phân bố ở vách tế bào. Hemixenluloza có bản chất là polisaccarit bao gồm khoảng 150 gốc đường liên kết với nhau bằng cầu nối β-1,4 glucozit; β-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch nhánh ngắn có phân nhánh (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Lignin trong phế phụ phẩm nông nghiệp: Lignin là những hợp chất có thành phần cấu trúc rất phức tạp, là chất cao phân tử được tạo thành do phản ứng ngưng tụ từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-P-cumarynic; trans-connyferynic; Trans-cynapylic. Lignin khác với xenluloza và hemixenluloza ở chỗ hàm lượng cacbon tương đối nhiều, cấu trúc của lignin còn có nhóm methoxyl (- OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C-C) hay (C-O) trong đó phổ biến là liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete.

Lignin dễ bị phân giải từng phần dưới tác dụng của Na2S2O3, H2SO3, CaSO2… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998). Thành phần và số lượng phế thải phụ thuộc vào vị trí địa lý và đặc điểm canh tác của từng vùng địa lý, mỗi quốc gia. Tuy nhiên, nhìn chung lượng phế 5 thải hữu cơ mà thành phần chủ yếu của chúng là các hợp chất cacbon khó phân giải chiếm đa số trên cánh đồng. Thực trạng sản xuất nông nghiệp và phế phụ phẩm nông nghiệp trên Thế giới và ở Việt Nam 1.

Thực trạng sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam 1. Khái niệm và một số thuật ngữ về nông nghiệp Nông nghiệp: Nông nghiệp là ngành sản xuất vật chất cơ bản của xã hội, sử dụng đất đai để trồng trọt và chăn nuôi, khai thác cây trồng và vật nuôi làm tư liệu và nguyên liệu lao động chủ yếu để tạo ra lương thực, thực phẩm và một số nguyên liệu cho công nghiệp. Nông nghiệp là một ngành sản xuất lớn, bao gồm nhiều chuyên ngành: trồng trọt, chăn nuôi, sơ chế nông sản; theo nghĩa rộng, còn bao gồm cả lâm nghiệp, thủy sản. (Bách khoa toàn thư mở Wikipedia) Nông nghiệp chuyên sâu: là lĩnh vực sản xuất nông nghiệp được chuyên môn hóa trong tất cả các khâu sản xuất nông nghiệp, gồm cả việc sử dụng máy móc trong trồng trọt, chăn nuôi, hoặc trong quá trình chế biến sản phẩm nông nghiệp.

Nông nghiệp chuyên sâu có nguồn đầu vào sản xuất lớn, bao gồm cả việc sử dụng hóa chất diệt sâu, diệt cỏ, phân bón, chọn lọc, lai tạo giống, nghiên cứu các giống mới và mức độ cơ giới hóa cao. Sản phẩm đầu ra chủ yếu dùng vào mục đích thương mại, làm hàng hóa bán ra trên thị trường hay xuất khẩu (Bách khoa toàn thư mở Wikipedia). Nông nghiệp hiện đại: vượt ra khỏi sản xuất nông nghiệp truyền thống, loại sản xuất nông nghiệp chủ yếu tạo ra lương thực cho con người hay làm thức ăn cho các con vật.