Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, việc sử dụng phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật quá mức đã làm đất trồng trở nên bạc màu, thiếu dưỡng chất và hệ vi sinh vật có lợi bị tiêu diệt gần như hoàn toàn. Tại khu vực Đà Nẵng và các vùng lân cận, nghề nuôi chim cút phát triển mạnh, tạo ra lượng lớn chất thải phân chim cút, trong đó chỉ khoảng 30-40% được xử lý đúng cách, phần còn lại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Phân chim cút chứa hàm lượng đạm trên 2%, nhưng nếu không được xử lý hợp lý sẽ phát sinh khí độc và vi sinh vật gây hại, ảnh hưởng xấu đến cây trồng và môi trường. Do đó, việc nghiên cứu quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút nhằm tận dụng nguồn dinh dưỡng, cải tạo đất và phát triển nông nghiệp sạch là rất cần thiết.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng quy trình ủ phân compost từ phân chim cút, đánh giá chất lượng phân sau quá trình ủ, trong phạm vi nghiên cứu tại thành phố Đà Nẵng năm 2018. Nghiên cứu góp phần cung cấp dữ liệu khoa học mới, hỗ trợ sản xuất phân hữu cơ vi sinh thương mại, đồng thời giúp người dân xử lý và sử dụng phân chim cút hiệu quả, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về quá trình ủ phân hữu cơ (compost) hiếu khí, trong đó các vi sinh vật hiếu khí đóng vai trò chủ đạo phân hủy chất hữu cơ thành mùn và các chất dinh dưỡng. Quá trình ủ được chia thành các pha: pha thích nghi, pha tăng trưởng, pha ưa nhiệt và pha trưởng thành, với sự biến đổi nhiệt độ và pH đặc trưng. Các yếu tố vật lý như nhiệt độ (tối ưu 60-65°C), độ ẩm (50-70%), kích thước hạt (3-4 cm), độ rỗng và tỉ lệ C/N (25-30) được kiểm soát để tối ưu hóa hoạt động vi sinh vật.

Ba nhóm vi sinh vật chính tham gia gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm, với vai trò phân hủy các hợp chất hữu cơ khác nhau. Vi khuẩn phát triển mạnh ở giai đoạn đầu, xạ khuẩn và nấm phát triển ở giai đoạn sau, giúp phân hủy cellulose và lignin. Vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt cao như Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum được sử dụng để tăng hiệu quả ủ và kháng nhiệt độ cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là phân chim cút thu gom tại các trang trại ở Đà Nẵng, cùng các chủng vi sinh vật được hoạt hóa từ phòng thí nghiệm khoa Sinh - Môi trường. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Xử lý sơ bộ nguyên liệu: làm tơi phân, điều chỉnh độ ẩm 60-70%, phối trộn với vỏ trấu để đạt tỉ lệ C/N tối ưu 25-30.
  • Tạo chế phẩm vi sinh: phối trộn mùn cưa, cám gạo với vi sinh vật Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum, ủ ở 37°C trong 8 ngày.
  • Ủ phân: phân chim cút phối trộn với chế phẩm vi sinh theo tỉ lệ 1%, ủ thành đống cao 1 m, che phủ bạt, đảo trộn sau 7 ngày, thời gian ủ 50-60 ngày.
  • Theo dõi các chỉ số: nhiệt độ, pH đo 5 ngày/lần; phân tích nitơ tổng số, phospho tổng số, kim loại nặng, vi sinh vật gây hại Salmonella sp. theo tiêu chuẩn TCVN.
  • Phân tích số liệu: mẫu lặp lại 3 lần, xử lý thống kê bằng MS Excel.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 60 ngày, tập trung tại địa bàn thành phố Đà Nẵng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều chỉnh tỉ lệ C/N: Phân chim cút ban đầu có tỉ lệ C/N thấp (10.64/1), không phù hợp cho ủ compost. Phối trộn với vỏ trấu theo tỉ lệ 1:3 giúp đạt tỉ lệ C/N tối ưu 25-30, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển.

  2. Biến thiên nhiệt độ: Nhiệt độ đống ủ tăng nhanh trong 10 ngày đầu, đống ủ có bổ sung chế phẩm vi sinh đạt 53°C, đống đối chứng đạt 59°C. Sau đảo trộn, nhiệt độ đống ủ thực nghiệm đạt 63.33°C vào ngày 20, cao hơn đống đối chứng (61°C). Nhiệt độ giảm dần sau ngày 20, đống ủ thực nghiệm về nhiệt độ môi trường sau 50 ngày, đống đối chứng sau 60 ngày, cho thấy chế phẩm vi sinh giúp rút ngắn thời gian ủ.

  3. Biến đổi pH: pH tăng nhẹ trong 10 ngày đầu, đống đối chứng tăng lên 6.93, đống thực nghiệm 6.17. Sau đó pH giảm xuống thấp nhất vào ngày 35 (5.6 thực nghiệm, 5.1 đối chứng) do acid hữu cơ sinh ra, rồi tăng trở lại về mức trung tính (7.0) vào ngày 60, phù hợp với quá trình phân hủy và ổn định phân hữu cơ.

  4. Chất lượng phân thành phẩm: Nitơ tổng số trong đống ủ thực nghiệm đạt 10.5%, cao gấp 4 lần tiêu chuẩn TCVN, phospho tổng số đạt 7.16%, cao gấp 3 lần tiêu chuẩn. Kim loại nặng như chì (Pb) thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn. Vi sinh vật gây hại Salmonella sp. không phát hiện sau ủ do nhiệt độ cao tiêu diệt hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nhiệt độ cao trong đống ủ là chỉ số quan trọng phản ánh hoạt động mạnh mẽ của vi sinh vật phân hủy, đồng thời giúp tiêu diệt mầm bệnh. Việc bổ sung chế phẩm vi sinh có khả năng chịu nhiệt như Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum giúp duy trì hoạt động vi sinh vật trong giai đoạn nhiệt độ cao, rút ngắn thời gian ủ và nâng cao chất lượng phân. Sự biến đổi pH theo chu kỳ phù hợp với quá trình phân hủy sinh học, acid hữu cơ sinh ra trong giai đoạn đầu và amon hóa trong giai đoạn sau giúp ổn định môi trường ủ.

Hàm lượng nitơ và phospho cao trong phân hữu cơ thành phẩm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng, góp phần cải tạo đất và tăng năng suất. Việc kiểm soát kim loại nặng và loại bỏ vi sinh vật gây hại đảm bảo an toàn cho người sử dụng và môi trường. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong ngành công nghệ sinh học và môi trường về ủ phân hữu cơ vi sinh, đồng thời khẳng định tính khả thi của quy trình ủ phân chim cút tại địa phương.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến thiên nhiệt độ và pH theo thời gian, bảng so sánh hàm lượng dinh dưỡng và kim loại nặng giữa phân thành phẩm và tiêu chuẩn TCVN.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút với tỉ lệ phối trộn 1 phần phân chim cút và 3 phần vỏ trấu, bổ sung chế phẩm vi sinh gồm Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum để đảm bảo tỉ lệ C/N và điều kiện ủ tối ưu. Thời gian ủ khoảng 50-60 ngày. Chủ thể thực hiện: các trang trại chăn nuôi chim cút và hợp tác xã nông nghiệp.

  2. Tăng cường đào tạo và hướng dẫn kỹ thuật ủ phân cho người dân và cán bộ kỹ thuật về kiểm soát nhiệt độ, pH, độ ẩm và đảo trộn đống ủ nhằm nâng cao hiệu quả phân hủy và chất lượng phân hữu cơ. Thời gian triển khai: trong vòng 6 tháng.

  3. Xây dựng hệ thống thu gom và xử lý phân chim cút tập trung tại các vùng nuôi chim cút lớn để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tận dụng nguồn phân làm phân hữu cơ vi sinh. Chủ thể thực hiện: chính quyền địa phương phối hợp với các doanh nghiệp và hợp tác xã.

  4. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển các chế phẩm vi sinh vật chịu nhiệt cao nhằm nâng cao hiệu quả ủ phân trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, giảm thời gian ủ và tăng chất lượng sản phẩm. Thời gian nghiên cứu: 1-2 năm, chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm chi tiết về quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

  2. Người chăn nuôi chim cút và các hợp tác xã nông nghiệp: Hướng dẫn kỹ thuật xử lý và tận dụng phân chim cút hiệu quả, giảm ô nhiễm môi trường và tăng giá trị kinh tế từ chất thải chăn nuôi.

  3. Cơ quan quản lý môi trường và nông nghiệp địa phương: Cung cấp dữ liệu khoa học để xây dựng chính sách, quy định về xử lý chất thải chăn nuôi và phát triển nông nghiệp bền vững.

  4. Doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh: Tham khảo quy trình sản xuất, kiểm soát chất lượng và ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất phân bón thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải điều chỉnh tỉ lệ C/N trong quá trình ủ phân?
    Tỉ lệ C/N ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật phân hủy. Tỉ lệ quá thấp gây mất đạm do bay hơi NH3, tỉ lệ quá cao làm chậm phân hủy. Điều chỉnh tỉ lệ C/N về 25-30 giúp tối ưu quá trình ủ và chất lượng phân.

  2. Chế phẩm vi sinh vật nào được sử dụng trong nghiên cứu và vai trò của chúng?
    Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum được sử dụng vì khả năng chịu nhiệt cao, phân hủy chất hữu cơ hiệu quả, giúp rút ngắn thời gian ủ và nâng cao chất lượng phân.

  3. Nhiệt độ và pH ảnh hưởng thế nào đến quá trình ủ phân?
    Nhiệt độ tối ưu 60-65°C kích thích vi sinh vật hoạt động mạnh, tiêu diệt mầm bệnh. pH biến đổi theo quá trình phân hủy, duy trì trong khoảng 6-8 giúp vi sinh vật phát triển tốt và phân hủy hiệu quả.

  4. Phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút có an toàn không?
    Sau ủ 60 ngày, nhiệt độ cao tiêu diệt vi sinh vật gây hại như Salmonella sp., hàm lượng kim loại nặng thấp hơn tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn cho cây trồng và người sử dụng.

  5. Làm thế nào để áp dụng quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh trong thực tế?
    Cần thu gom phân chim cút, phối trộn với nguyên liệu giàu cacbon như vỏ trấu, bổ sung chế phẩm vi sinh, duy trì độ ẩm và nhiệt độ phù hợp, đảo trộn định kỳ trong 50-60 ngày để thu được phân hữu cơ chất lượng cao.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút với tỉ lệ phối trộn và điều kiện ủ tối ưu, rút ngắn thời gian ủ xuống còn khoảng 50-60 ngày.
  • Chế phẩm vi sinh vật Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum giúp duy trì hoạt động vi sinh vật trong giai đoạn nhiệt độ cao, nâng cao hiệu quả phân hủy.
  • Phân hữu cơ thành phẩm có hàm lượng nitơ và phospho cao, vượt tiêu chuẩn TCVN, an toàn về mặt vi sinh và kim loại nặng, phù hợp sử dụng trong nông nghiệp sạch.
  • Quy trình nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi tại các trang trại nuôi chim cút và các vùng chăn nuôi khác nhằm giảm ô nhiễm môi trường và tăng giá trị kinh tế.
  • Đề xuất triển khai đào tạo kỹ thuật, xây dựng hệ thống thu gom và phát triển chế phẩm vi sinh để nhân rộng ứng dụng trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là tổ chức các khóa tập huấn kỹ thuật ủ phân hữu cơ vi sinh cho người dân và cán bộ kỹ thuật, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển mô hình này.