Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với hơn 10 triệu hecta đất sản xuất, giữ vị thế là một trong những nước xuất khẩu lúa gạo hàng đầu thế giới. Song song với sản lượng nông sản khổng lồ, hoạt động trồng trọt để lại một lượng rất lớn phế phụ phẩm hữu cơ đồng ruộng như rơm rạ, trấu, thân bắp, tàn dư cây màu. Việc thu gom và xử lý nguồn sinh khối này hiện vẫn còn nhiều bất cập; tập quán đốt ngoài trời hoặc thải bỏ bừa bãi ra kênh rạch gây ô nhiễm môi trường không khí, phát thải khí nhà kính, làm suy thoái tài nguyên đất do không hoàn trả lượng dinh dưỡng đã lấy đi trong quá trình canh tác, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ phát sinh dịch bệnh.
Xã Hoang Thèn, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu là một xã miền núi biên giới có diện tích đất sản xuất nông nghiệp tương đối lớn (chiếm 45,6% tổng diện tích tự nhiên). Trước đây, phế phụ phẩm cây trồng chủ yếu được người dân sử dụng làm chất đốt sinh hoạt hoặc thức ăn thô cho gia súc. Những năm gần đây, điều kiện kinh tế cải thiện dẫn đến nhu cầu dùng rơm rạ đun nấu suy giảm rõ rệt. Nhằm giải phóng đất nhanh chóng để gối vụ, đa số nông hộ chuyển sang đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng hoặc vùi lấp tự nhiên. Hoạt động này làm tiêu hao lượng sinh khối hữu cơ giá trị, gây khói mù cản trở giao thông trên các tuyến đường và ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái vùng cao. Trước thực tế đó, đề tài được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:
- Mục tiêu chung: Đánh giá thực trạng phát sinh, các hình thức quản lý, xử lý phế phụ phẩm hữu cơ đồng ruộng và đề xuất các giải pháp quản lý phù hợp với điều kiện thực tế tại xã Hoang Thèn, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu.
- Mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:
- Điều tra, phân tích điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và nguồn lực sinh kế của các nông hộ trên địa bàn xã.
- Xác định hiện trạng sản xuất nông nghiệp, cơ cấu cây trồng, thành phần và khối lượng phế phụ phẩm phát sinh sau thu hoạch (trọng tâm là cây lúa).
- Đánh giá thực trạng công tác quản lý, nhận thức và các hình thức xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp đang áp dụng tại địa phương.
- Nhận diện các điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, thách thức (thông qua ma trận SWOT) trong công tác thu gom, quản lý phế phụ phẩm.
- Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ (cơ chế chính sách, tổ chức quản lý và công nghệ kỹ thuật) nhằm nâng cao hiệu quả tận dụng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Đối tượng nghiên cứu: Phế phụ phẩm hữu cơ đồng ruộng (rơm rạ, thân cây ngô, chuối, rau màu) và công tác quản lý phế phụ phẩm tại địa phương.
- Phạm vi không gian: Địa bàn 9 thôn, bản thuộc xã Hoang Thèn, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu (gồm các bản: Hoang Thèn, Huổi Luông, Nậm Và, Séo Lẻn, Mồ Sì Câu, Nậm Cáy, Xin Chải, Tả Lèng và Lèng Xuôi Chin).
- Phạm vi thời gian: Số liệu thực địa và điều tra được thực hiện từ tháng 03/2022 đến tháng 07/2022; số liệu thứ cấp thu thập trong giai đoạn 2019–2021.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng trên các khái niệm chuyên ngành về chất thải rắn nông nghiệp theo định nghĩa của Tổng cục Môi trường (2014) và Huỳnh Ngọc Điền (2014): phụ phẩm nông nghiệp là chất rắn hữu cơ phát sinh từ trồng trọt (xác thực vật, cành tỉa, cỏ dại) và thu hoạch nông sản (rơm rạ, trấu, cám, thân bắp, lõi ngô), có khả năng phân hủy sinh học và tích lũy năng lượng sinh khối. Về mặt hóa sinh thực vật, tác giả dựa trên cơ sở cấu tạo các đại phân tử hữu cơ cacbon gồm xenluloza (chiếm tỷ trọng lớn nhất, khoảng 50% hydratcacbon ở tế bào thực vật), hemixenluloza, pectin và lignin liên kết bền vững (Nguyễn Xuân Thành, 2010; Lê Văn Nhương, 1998; Nguyễn Thị Kim Cúc, 2000).
Về mặt môi trường, nghiên cứu viện dẫn các nghiên cứu của Tạ Bá Hưng và cộng sự (2019) về phát thải khí độc từ hoạt động đốt sinh khối ngoài trời (CO2, CO, CH4, NOx, SO2), cũng như các nguyên lý về kinh tế tuần hoàn sinh khối: sản xuất nấm ăn (năng suất 1 tấn rơm khô cho khoảng 1.000 kg nấm sò với hiệu suất chuyển hóa sinh học đạt 10-12,82%), ủ phân compost bằng chế phẩm vi sinh (Trichoderma, EM, FITO-BIOMIX-RR), chế biến thức ăn thô gia súc và sản xuất khí sinh học (biogas).
Tác giả đã phối hợp các phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng cụ thể:
- Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập tài liệu, báo cáo kinh tế - xã hội, số liệu hiện trạng sử dụng đất, báo cáo sản xuất nông - lâm nghiệp năm 2020–2021 từ Ủy ban nhân dân xã Hoang Thèn.
- Phương pháp điều tra xã hội học (dữ liệu sơ cấp): Xác định quy mô mẫu điều tra nông hộ theo công thức Yamane (Đỗ Anh Thư, 2004):
$$n = \frac{N}{1 + N \cdot e^2}$$
Với tổng số hộ trong xã $N = 810$ hộ, độ sai số chấp nhận $e = 10%$ ($0,1$), cỡ mẫu tính toán được là $n = 89$ hộ. Số phiếu được phân bổ ngẫu nhiên theo tỷ lệ số hộ và diện tích tại 9 bản (Bản Xin Chải: 13 phiếu; Bản Nậm Và: 6 phiếu; 7 bản còn lại: mỗi bản 10 phiếu).
- Phương pháp đo đếm và xác định khối lượng phế phụ phẩm: Bố trí 5 ô tiêu chuẩn trên ruộng lúa (diện tích mỗi ô $1\text{ m}^2$), tiến hành cắt, cân trực tiếp khối lượng tươi ngay sau thu hoạch và cân lại sau khi phơi khô để tính giá trị trung bình ($kg/m^2$), sau đó quy đổi ra hệ số phát thải trên một hecta ($tấn/ha$). Ước tính tổng lượng rơm rạ theo công thức:
$$\text{Lượng rơm rạ phát sinh} = \text{Sản lượng lúa} \times \left(\frac{\text{Trọng lượng khô rơm rạ}}{\text{Trọng lượng khô lúa}}\right)$$
- Phương pháp phân tích SWOT: Đánh giá điểm mạnh (Strengths), điểm yếu (Weaknesses), cơ hội (Opportunities) và thách thức (Threats) trong thực tiễn quản lý và xử lý phế phụ phẩm tại địa phương.
- Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê mô tả, phân tích tổng hợp số liệu và xây dựng biểu đồ bằng phần mềm Microsoft Excel.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Chương này trình bày hệ thống lý luận và thực tiễn về phế phụ phẩm đồng ruộng tại Việt Nam và trên thế giới. Tác giả tổng hợp dữ liệu từ FAO (2014) cho thấy toàn cầu phát sinh khoảng 3 tỷ tấn phế phụ phẩm đồng ruộng mỗi năm, trong đó phụ phẩm cây lúa chiếm 863 triệu tấn, ngô chiếm 591 triệu tấn. Tại các quốc gia sản xuất lúa gạo chính, Trung Quốc có lượng rơm rạ thải ra lớn nhất (103,1 triệu tấn/năm từ 204,3 triệu tấn gạo), Việt Nam phát sinh khoảng 20,6 triệu tấn rơm rạ (từ 44,52 triệu tấn gạo).
| Quốc gia / Vùng lãnh thổ |
Sản lượng lúa gạo (triệu tấn/năm) |
Lượng rơm rạ thải ra (triệu tấn/năm) |
| Trung Quốc |
204,30 |
103,10 |
| Ấn Độ |
115,60 |
62,50 |
| Việt Nam |
44,52 |
20,60 |
| Thái Lan |
21,20 |
13,50 |
| Indonesia |
32,40 |
17,80 |
| Myanmar |
26,80 |
15,20 |
| Philippin |
12,90 |
7,60 |
| Cam-pu-chia |
7,40 |
3,60 |
| Lào |
4,35 |
1,78 |
Tổng quan làm rõ thành phần hóa học của tàn dư thực vật, trong đó rơm rạ chứa 37,4% lienoxenlulozo, 44,9% hemixenlulozo, 4,9% lignin và hàm lượng tro từ 9-14%. Tác giả phân tích cơ chế và tác động môi trường của 5 phương pháp xử lý phổ biến hiện nay:
- Đốt tại ruộng: Nhanh, giảm công lao động nhưng làm mất dinh dưỡng đất, phát thải lượng lớn khí nhà kính và bụi mịn.
- Cày vùi trực tiếp: Cung cấp dinh dưỡng lâu dài nhưng dễ gây ngộ độc hữu cơ cho rễ lúa vụ sau, tăng phát thải khí methane ($CH_4$) trong điều kiện ngập nước.
- Sử dụng làm thức ăn gia súc: Tiết kiệm chi phí chăn nuôi nhưng hàm lượng dinh dưỡng thô thấp.
- Sản xuất nấm ăn: Mang lại giá trị kinh tế cao, 1 tấn rơm khô cho 1.000 kg nấm sò.
- Ủ phân hữu cơ vi sinh: Quy trình phối trộn rơm rạ với phân chuồng kết hợp chế phẩm sinh học (EM, FITO-BIOMIX-RR, Trichoderma) giúp rút ngắn thời gian hoai mục và hạn chế nấm bệnh.
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung chương 2 quy định chi tiết địa bàn thực hiện tại xã Hoang Thèn và các thông số kỹ thuật phục vụ nghiên cứu. Tác giả xác lập quy trình điều tra 89 hộ dân trên 9 thôn bản, phương pháp lấy mẫu 5 ô tiêu chuẩn $1\text{ m}^2$ tại đồng ruộng để cân đo khối lượng rơm rạ tươi và khô, công thức tính toán chuyển đổi sinh khối và khung phân tích ma trận SWOT để làm căn cứ đề xuất giải pháp.
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Chương 3 trình bày toàn bộ kết quả khảo sát thực tế và phân tích thực trạng tại xã Hoang Thèn:
- Điều kiện tự nhiên và sử dụng đất: Tổng diện tích tự nhiên của xã là 6.301,55 ha; trong đó đất nông nghiệp chiếm 2.873,59 ha (45,6%), đất phi nông nghiệp chiếm 153,35 ha (2,43%) và đất chưa sử dụng còn 3.274,61 ha (51,97%). Địa hình núi dốc phức tạp từ 1000m - 1500m, chia cắt mạnh.
| Loại đất |
Diện tích (ha) |
Tỷ lệ (%) |
| Tổng diện tích đất tự nhiên |
6.301,55 |
100,00 |
| 1. Đất nông nghiệp |
2.873,59 |
45,60 |
| - Đất sản xuất nông nghiệp |
1.517,83 |
24,09 |
| - Đất lâm nghiệp |
1.352,71 |
21,47 |
| 2. Đất phi nông nghiệp |
153,35 |
2,43 |
| - Đất chuyên dùng |
76,57 |
1,21 |
| - Đất sông ngòi, kênh rạch, suối |
44,30 |
0,70 |
| - Đất tín ngưỡng, nghĩa trang |
0,08 |
~0,01 |
| 3. Đất chưa sử dụng |
3.274,61 |
51,97 |
- Đặc điểm kinh tế - xã hội và sinh kế: Xã có 810 hộ với 4.051 nhân khẩu thuộc 4 dân tộc chính: Dao (59,22%), H'Mông (27,90%), Thái (9,76%) và dân tộc khác (1,22%). Tốc độ tăng trưởng kinh tế năm 2021 đạt 9,64%; thu nhập bình quân đầu người khoảng 25 triệu đồng/người/năm. Nông nghiệp là sinh kế chủ đạo của hơn 60% hộ dân và chiếm 57% tổng thu nhập của các hộ được phỏng vấn.
- Nguồn lực nông hộ (khảo sát 89 hộ): Số nhân khẩu trung bình là 6 người/hộ; số lao động nông nghiệp trung bình đạt 2,71 người/hộ; diện tích đất canh tác bình quân là 4.113,48 $m^2$/hộ (hộ thấp nhất 1.200 $m^2$, cao nhất 8.000 $m^2$).
- Sản xuất cây trồng và phát sinh phế phụ phẩm năm 2021: Diện tích lúa nước là 227 ha (năng suất trung bình 42 tạ/ha, sản lượng 895,6 tấn/năm), ngô 20 ha (sản lượng 46,2 tấn), sắn 200 ha (sản lượng 4.000 tấn), lạc 10 ha (sản lượng 11 tấn), đậu tương 5 ha (sản lượng 11 tấn). Cơ cấu lúa chính gồm các giống Q5, Khang dân 18, Bắc thơm số 7, Nếp 97, Nếp B9603, Tẻ dâu, Hương thơm, Sén cù.
- Khối lượng phế phụ phẩm phát sinh: Kết quả đo đếm tại 5 ô tiêu chuẩn cho thấy hệ số phát thải rơm rạ tươi trung bình đạt 13,9 tấn/ha, rơm rạ khô đạt 3,98 tấn/ha. Tổng lượng phế phụ phẩm từ diện tích lúa 2 vụ (308,47 ha) ước tính phát sinh 8.575,5 tấn/năm (dạng tươi) và 2.455,0 tấn/năm (dạng khô).
| Cây trồng |
Diện tích (ha) |
Hệ số phát sinh (tấn/ha/vụ) |
|
Khối lượng phát sinh (tấn/năm) |
|
|
|
Tươi |
Khô |
Tươi |
Khô |
| Lúa nước (2 vụ) |
308,47 |
13,90 |
3,98 |
8.575,50 |
2.455,00 |
- Hiện trạng quản lý, xử lý tại địa phương: Hình thức gặt tay truyền thống chiếm đa số. Rơm rạ sau thu hoạch chủ yếu bị đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng (chiếm tỷ lệ cao nhất) hoặc cày vùi tự nhiên, một phần nhỏ vứt bỏ cạnh bờ ruộng, kênh suối. Mặc dù đa số người dân nhận thức được tác hại của việc đốt rơm rạ đối với môi trường và giao thông, họ vẫn lựa chọn giải pháp này do tính tiện lợi, không tốn nhân công thu gom và áp lực giải phóng đất nhanh giữa vụ xuân và vụ mùa.
- Đề xuất giải pháp: Tác giả phân tích SWOT và đưa ra 3 nhóm giải pháp trọng tâm:
- Cơ chế chính sách: Ban hành quy chế thu gom, hỗ trợ kinh phí chuyển giao kỹ thuật và hỗ trợ chế phẩm sinh học cho nông hộ.
- Công tác quản lý: Đẩy mạnh tuyên truyền qua hệ thống loa truyền thanh không dây tại 9 bản, phân công trách nhiệm cho các đoàn thể (Đoàn thanh niên, Hội phụ nữ, Hội nông dân), đưa tiêu chí không đốt rơm rạ vào hương ước, quy ước thôn bản văn hóa.
- Giải pháp công nghệ sinh học: Hướng dẫn quy trình ủ phân hữu cơ tại chỗ từ rơm rạ bằng chế phẩm vi sinh (EM, Trichoderma, FITO-BIOMIX-RR); triển khai thử nghiệm mô hình trồng nấm rơm, nấm sò tận dụng nguồn rơm khô.
Kết quả và đóng góp
- Dữ liệu thực nghiệm cụ thể: Xác lập hệ số phát sinh phế phụ phẩm rơm rạ thực tế tại địa bàn xã Hoang Thèn là 13,9 tấn tươi/ha (3,98 tấn khô/ha). Ước tính tổng khối lượng rơm rạ phát sinh hàng năm trên toàn xã là 8.575,5 tấn tươi (2.455,0 tấn khô), cao hơn so với kết quả tại một số vùng đồng bằng đã nghiên cứu (như xã Vân Du, huyện Ân Thi, Hưng Yên đạt 12 tấn tươi/ha).
- Bộ dữ liệu điều tra thực địa: Phản ánh toàn diện đặc trưng kinh tế - xã hội, nhân khẩu học (89 hộ, quy mô trung bình 6 khẩu/hộ, 2,71 lao động nông nghiệp/hộ, diện tích canh tác 4.113,48 $m^2$/hộ) và nhận diện nguyên nhân sâu xa của tập quán đốt rơm rạ tại vùng đồng bào dân tộc thiểu số miền núi.
- Đóng góp thực tiễn: Khóa luận không dừng lại ở đánh giá lý thuyết mà cung cấp cơ sở số liệu trực tiếp cho Ủy ban nhân dân xã Hoang Thèn và huyện Phong Thổ; đồng thời xây dựng quy trình giải pháp công nghệ sinh học ủ phân vi sinh đơn giản, phù hợp với năng lực tài chính và trình độ canh tác của người dân địa phương.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi thời gian nghiên cứu thực địa diễn ra trong thời gian ngắn (từ tháng 03/2022 đến tháng 07/2022), chủ yếu tập trung vào chu kỳ phát sinh của vụ lúa xuân - hè.
- Việc cân đo thực nghiệm mới chỉ thực hiện chuyên sâu đối với cây lúa nước; các nguồn phế phụ phẩm khác như thân lá ngô (20 ha), thân cây chuối và tàn dư rau màu mới chỉ được thống kê định tính, chưa xác định được hệ số phát thải qua cân đo mẫu thực địa.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng quy mô điều tra thực nghiệm đo đếm sinh khối phụ phẩm cho toàn bộ các loại cây trồng (ngô, sắn, chuối) qua tất cả các mùa vụ trong năm.
- Xây dựng và triển khai các mô hình thực nghiệm thực tế về ủ phân compost bằng chế phẩm vi sinh bản địa và mô hình trồng nấm ăn quy mô hộ gia đình để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật chi tiết tại địa bàn xã Hoang Thèn.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Nông học và Phát triển Nông thôn.
Nghiên cứu có giá trị ứng dụng trực tiếp cho:
- Cán bộ địa chính - nông nghiệp, cán bộ khuyến nông và lãnh đạo Ủy ban nhân dân xã Hoang Thèn, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Phong Thổ trong việc xây dựng kế hoạch quản lý chất thải rắn nông nghiệp nông thôn.
- Những người thực hiện các đề tài điều tra môi trường nông thôn nhờ phương pháp phân bổ mẫu điều tra nông hộ theo công thức Yamane ($n=89$) và quy trình đo đếm sinh khối phế phụ phẩm trực tiếp trên ô tiêu chuẩn $1\text{ m}^2$.
Câu hỏi thường gặp
1. Khối lượng phế phụ phẩm từ cây lúa phát sinh hàng năm tại xã Hoang Thèn là bao nhiêu?
Dựa trên hệ số phát thải thực nghiệm là 13,9 tấn tươi/ha (3,98 tấn khô/ha), tổng lượng phế phụ phẩm rơm rạ phát sinh từ 308,47 ha đất lúa 2 vụ của xã Hoang Thèn được ước tính đạt 8.575,5 tấn/năm ở dạng tươi và 2.455,0 tấn/năm ở dạng khô.
2. Phương pháp lấy mẫu điều tra xã hội học và cỡ mẫu trong khóa luận được tính toán như thế nào?
Nghiên cứu áp dụng công thức chọn mẫu Yamane với tổng số $N = 810$ hộ nông dân trong toàn xã và mức sai số cho phép $e = 10%$, tính toán được cỡ mẫu $n = 89$ hộ. Số phiếu điều tra được phân bổ ngẫu nhiên theo tỷ lệ dân cư tại 9 bản (Bản Xin Chải: 13 phiếu; Bản Nậm Và: 6 phiếu; 7 bản còn lại mỗi bản 10 phiếu).
3. Cơ cấu cây trồng chính phát sinh phế phụ phẩm hữu cơ tại xã Hoang Thèn gồm những loại nào?
Cây trồng chính phát sinh phế phụ phẩm gồm lúa nước (diện tích 227 ha gieo trồng năm 2021, phát sinh rơm rạ), ngô (20 ha, phát sinh thân, lá, lõi, râu ngô), sắn (200 ha), lạc (10 ha), đậu tương (5 ha) và các loại cây ăn quả (chuối, cây ăn quả 419,6 ha), cùng các loại rau vụ đông.
4. Vì sao phương pháp đốt rơm rạ tại ruộng vẫn chiếm ưu thế tại địa phương dù người dân nhận thức được tác hại môi trường?
Do thời gian chuyển tiếp giữa vụ xuân và vụ mùa rất ngắn (khoảng cách gối vụ nhanh), người dân cần giải phóng mặt bằng ruộng tức thì; trong khi đó phương pháp gặt tay truyền thống khiến rơm rạ khó thu gom, chi phí thuê nhân công cao, nhu cầu dùng làm chất đốt giảm và địa phương chưa có công nghệ thu gom, tái chế đồng bộ.
5. Khóa luận đề xuất những chế phẩm sinh học cụ thể nào để hỗ trợ người dân xử lý phế phụ phẩm làm phân bón?
Khóa luận đề xuất ứng dụng các chế phẩm sinh học vi sinh vật như chế phẩm EM, nấm đối kháng Trichoderma và chế phẩm chuyên dụng FITO-BIOMIX-RR để phối trộn ủ cùng rơm rạ và phân chuồng, giúp phân giải nhanh xenlulozo và tiêu diệt mầm bệnh.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Tẩn Văn Nam đã phản ánh trung thực và chi tiết thực trạng phát sinh khối lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp (khoảng 8.575,5 tấn rơm rạ tươi/năm) tại xã Hoang Thèn, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu. Bằng các phương pháp thu thập dữ liệu xã hội học chuẩn mực kết hợp cân đo mẫu thực địa, nghiên cứu đã làm rõ nguyên nhân sâu xa của tập quán đốt sinh khối ngoài trời tại địa phương. Các giải pháp quản lý, chính sách và công nghệ sinh học (ủ phân hữu cơ vi sinh, trồng nấm) được đề xuất có tính khả thi cao, góp phần bảo vệ môi trường sinh thái và thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững tại khu vực miền núi.
