Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển nông nghiệp tại Việt Nam, khối lượng phế phụ phẩm hữu cơ phát sinh sau thu hoạch như rơm rạ, trấu, thân bã ngô, vỏ lạc và chất thải chăn nuôi chiếm tỷ trọng rất lớn, ước tính từ 150 đến 200 triệu tấn mỗi năm trên toàn quốc. Tại tỉnh Thái Nguyên nói chung và huyện Phú Bình nói riêng, tập quán canh tác truyền thống còn lạm dụng phân bón hóa học và chưa xử lý triệt để các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp. Tình trạng đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng hoặc xả thải bừa bãi xuống kênh mương, ao hồ đã gây thoái hóa đất canh tác, xói mòn tầng đất mặt màu mỡ và ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí cũng như nguồn nước nông thôn. Nhằm đáp ứng Tiêu chí số 17 về môi trường trong Bộ tiêu chí quốc gia về xây dựng nông thôn mới, việc nghiên cứu các giải pháp sinh học để chuyển hóa phế phụ phẩm thành nguồn phân bón hữu cơ tại chỗ là yêu cầu thực tiễn cấp thiết.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Dương Minh Tuyết tập trung giải quyết bài toán xử lý chất thải hữu cơ nông nghiệp bằng chế phẩm vi sinh vật trên địa bàn nghiên cứu cụ thể, với các mục tiêu và nhiệm vụ được xác định rõ:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng quy trình kỹ thuật sản xuất và sử dụng nguồn phân bón hữu cơ tại chỗ bằng chế phẩm vi sinh Bio-TMT từ phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Lương Phú, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên, nhằm nâng cao năng suất cây trồng, bảo vệ môi trường đất và hỗ trợ phát triển kinh tế địa phương.
  2. Yêu cầu của đề tài:
    • Ứng dụng thực tế chế phẩm sinh học vào xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón hữu cơ vi sinh.
    • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật có tính khả thi, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của địa phương và thu hút sự tham gia của người dân.
  3. Đối tượng nghiên cứu: Các dạng phế phụ phẩm nông nghiệp tại địa phương (chủ yếu là rơm rạ, vỏ lá mía, trấu, thân lá cây trồng) và chế phẩm sinh học Bio-TMT (dạng dịch gốc và thứ cấp).
  4. Phạm vi không gian: Địa bàn xã Lương Phú, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên.
  5. Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ ngày 16/08/2014 đến ngày 15/12/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý luận và khung pháp lý

Khóa luận xây dựng nền tảng lý thuyết dựa trên các định nghĩa chuẩn mực về môi trường của UNESCO và Luật Bảo vệ môi trường 2014; định nghĩa ô nhiễm môi trường của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO); cùng các khái niệm chuyên ngành về phế phụ phẩm nông nghiệp và tiêu chuẩn môi trường. Các cơ chế chuyển hóa sinh hóa trong quá trình ủ phân hiếu khí và kị khí được phân tích để làm rõ vai trò phân giải hợp chất hữu cơ (xenlulo, lân khó tan, đạm) và ức chế mầm bệnh của các chủng vi sinh vật hữu ích.

Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả trích dẫn làm căn cứ thực hiện gồm:

  • Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (Quốc hội ban hành ngày 23/06/2014, có hiệu lực từ 01/01/2015).
  • Nghị định số 59/2007/NĐ-CP ngày 09/04/2007 của Chính phủ về quản lý chất thải rắn.
  • Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 về sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định 80/2006/NĐ-CP.
  • Nghị định số 19/2015/NĐ-CP ngày 14/02/2015 hướng dẫn thi hành một số điều của Luật BVMT.
  • Thông tư số 199/TT-CP ngày 03/04/1997 về các biện pháp cấp bách trong công tác quản lý chất thải rắn.
  • Thông tư số 13/2007/TT-BXD ngày 31/12/2007 của Bộ Xây dựng hướng dẫn thực hiện Nghị định 59/2007/NĐ-CP.
  • Quyết định số 1630/QĐ-BTNMT ngày 01/10/2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành danh mục chế phẩm sinh học được lưu hành trong xử lý chất thải tại Việt Nam.
  • TCVN 6696-2000: Chất thải rắn – Bãi chôn lấp hợp vệ sinh – Yêu cầu chung về bảo vệ môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết, điều tra xã hội học và bố trí thực nghiệm hiện trường:

  • Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu khí tượng, thủy văn, điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ UBND xã Lương Phú, các niên giám thống kê, báo cáo chuyên ngành và các công trình khoa học của Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
  • Phương pháp điều tra sơ cấp bằng bảng hỏi: Tiến hành khảo sát phỏng vấn ngẫu nhiên có chọn lọc tại 50 hộ gia đình trên địa bàn xã Lương Phú bằng phiếu điều tra (câu hỏi đóng và mở) nhằm xác định thực trạng thu gom, xử lý rác nông nghiệp và mức độ nhận thức của người dân về chế phẩm vi sinh.
  • Phương pháp bố trí thí nghiệm thực nghiệm: Xây dựng mô hình ủ đống hiếu khí kết hợp kị khí có kiểm soát từ rơm rạ và phế phụ phẩm với chế phẩm Bio-TMT theo tỷ lệ kỹ thuật quy chuẩn.
  • Phương pháp theo dõi và phân tích hóa lý:
    • Theo dõi định kỳ các biến đổi cảm quan (màu sắc) và nhiệt độ đống ủ tại các thời điểm 0, 5, 15, 30, 45, 60 ngày.
    • Đo đạc tỷ lệ suy giảm thể tích và khối lượng trước và sau khi ủ.
    • Các chỉ tiêu hóa lý mẫu nguyên liệu và phân hữu cơ thành phẩm được xác định theo phương pháp của FAO-ISRIC (1987, 1996) và Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (1998): đo $\text{pH}{\text{KCl}}$ bằng máy pH meter; hàm lượng mùn ($\text{OM}$) bằng phương pháp Tiurin; đạm tổng số ($\text{N}{\text{ts}}$) bằng phương pháp Kjeldahl; lân tổng số ($\text{P}_2\text{O}_5$) bằng phương pháp so màu.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê, tổng hợp và xử lý dữ liệu định lượng bằng phần mềm Microsoft Excel và Microsoft Word.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến chuyên môn của giảng viên hướng dẫn và cán bộ kỹ thuật địa phương.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ xung đột giữa nhu cầu phát triển sản xuất nông nghiệp và tình trạng suy thoái chất lượng đất do bón phân vô cơ kéo dài. Việc ứng dụng chế phẩm vi sinh Bio-TMT để tái chế chất thải nông nghiệp được định vị là hướng đi giúp người dân chủ động nguồn phân bón tại chỗ, hạ giá thành sản xuất, bảo vệ môi trường nông thôn và đáp ứng tiêu chí Nông thôn mới.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Phần tổng quan phân tích bức tranh quản lý chất thải rắn (CTR) và phụ phẩm nông nghiệp trong nước và quốc tế:

  • Kinh nghiệm quốc tế: Đánh giá mô hình phân loại và xử lý rác tại nguồn ở Nhật Bản, Đức, Hà Lan; tổng hợp tỷ lệ xử lý chất thải rắn tại 9 quốc gia (Canada, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp, Đức, Ý, Thụy Điển, Thụy Sỹ, Mỹ), trong đó Thụy Điển có tỷ lệ chế biến phân vi sinh cao nhất đạt 34%, trong khi nhiều nước chủ yếu chôn lấp (Phần Lan 83%) hoặc thiêu đốt (Thụy Sỹ 59%).
  • Thực trạng tại Việt Nam: Hàng năm phát sinh khoảng 76 triệu tấn rơm rạ, 11.000 tấn bao bì thuốc BVTV, 240.000 tấn bao bì phân bón và 80.000 tấn CTR chăn nuôi. Đánh giá hoạt động của các nhà máy sản xuất compost tập trung (Cầu Diễn, Nam Định, Phúc Khánh, Việt Trì, Hóc Môn, Tràng Cát, Thủy Phương...).
  • Đặc tính các chế phẩm sinh học: Phân tích cơ chế hoạt động của các dòng chế phẩm EM, Bokashi, Compost Maker, dòng chế phẩm Sagi Bio (Sagi Bio, Sagi Bio-1, Sagi Bio-2) và chế phẩm Bio-TMT (dạng dịch gốc, Bio-TMT thứ cấp, Bio-TMT5 và Bio-TMT Bokashi).
  • Mô hình ứng dụng thực tế: Điểm qua kết quả áp dụng chế phẩm Biomix tại Vĩnh Phúc (giảm COD từ 1697 mg/l xuống 330 mg/l), Compost Maker tại Nghệ An (ủ hoàn toàn sau 30 ngày, tiết kiệm 28.000 đồng/tấn so với phân chuồng), và mô hình đệm lót sinh học Bio-TMT tại huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị nguyên vật liệu, thiết kế bộ câu hỏi điều tra 50 hộ gia đình và quy trình thực nghiệm ủ phân hữu cơ vi sinh 6 bước:

  1. Bước 1 - Thu gom nguyên liệu: Thu gom rơm rạ, phối trộn phụ phẩm với tỷ lệ 1 tấn nguyên liệu kết hợp 200–500g chế phẩm Bio-TMT, 10 kg vôi bột, 7 kg Urê, 20 kg lân, 8 kg Kaliclorua và bổ sung cám gạo (10 kg), phân chuồng (100 kg).
  2. Bước 2 - Sơ chế nguyên liệu: Chặt nhỏ rơm rạ phơi tái về kích thước 7–10 cm.
  3. Bước 3 - Tưới ẩm nguyên liệu: Làm ẩm đạt độ ẩm 80–85% (hoặc làm ẩm sơ bộ 45–50% trước 12 giờ).
  4. Bước 4 - Chất đống ủ: Rải nguyên liệu theo 6 lớp (mỗi lớp dày 20–25 cm), tưới đều dịch chế phẩm Bio-TMT pha loãng lên từng lớp trên diện tích nền khoảng 3 $\text{m}^2$/tấn.
  5. Bước 5 - Che phủ đống ủ: Dùng bạt hoặc nilon phủ kín để duy trì nhiệt độ và giữ ẩm.
  6. Bước 6 - Đảo trộn: Đảo trộn định kỳ 10–15 ngày/lần, bổ sung nước nếu thiếu ẩm; phân hoai mục sau 55–60 ngày.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này công bố toàn bộ dữ liệu điều tra thực địa và kết quả theo dõi thực nghiệm:

  • Đặc điểm địa bàn xã Lương Phú: Tổng diện tích đất tự nhiên 462,29 ha (đất nông nghiệp 369,94 ha, chiếm 80,02%). Dân số 4.168 nhân khẩu với 1.143 hộ, lao động trong độ tuổi là 2.610 người nhưng tỷ lệ qua đào tạo chỉ đạt 15,21%.
  • Thực trạng xử lý phế phụ phẩm: Tỷ lệ người dân tự đốt rơm rạ tại ruộng chiếm 40,3% (hoặc 41% theo phân tích mở rộng), vứt bỏ không xử lý chiếm 32%, dùng làm thức ăn chăn nuôi chiếm 23,7%, và chỉ có 4% người dân ủ làm phân bón lót.
Phương pháp xử lý phế phụ phẩm Tỷ lệ người dân áp dụng (%)
Đốt ngoài đồng ruộng 40,3%
Thải bỏ tại ruộng/kênh mương 32,0%
Làm thức ăn cho gia súc 23,7%
Ủ làm phân bón hữu cơ 4,0%
  • Nhận thức của người dân về chế phẩm vi sinh: 70% hộ dân hoàn toàn không biết về việc sử dụng chế phẩm vi sinh để ủ phân; 22% có biết nhưng không rõ quy trình kỹ thuật; chỉ có 8% biết rõ. Về tác động đến sức khỏe và vật nuôi: 10% lo ngại có ảnh hưởng xấu, 24% nhận định không ảnh hưởng, và 66% hoàn toàn không biết hoặc không rõ.
  • Kết quả diễn biến thực nghiệm đống ủ:
    • Màu sắc: Chuyển đổi rõ rệt từ màu vàng đặc trưng của rơm rạ ban đầu (ngày 0) sang màu vàng nâu (ngày 15), nâu đen (ngày 30), và chuyển hẳn sang màu đen đồng nhất khi hoai mục hoàn toàn (ngày 45–60).
    • Nhiệt độ: Tăng nhanh từ 22°C (ngày 0) lên đỉnh điểm 53°C ở ngày 5 và duy trì mức cao 49°C ở ngày 15–30 (tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại), sau đó giảm dần về 35°C (ngày 45) và ổn định ở 31°C (ngày 60).
    • Mức độ suy giảm thể tích và khối lượng: Sau 60 ngày ủ, thể tích đống ủ giảm 57,2% (từ 100% xuống 42,8%) và trọng lượng giảm 40,5% (từ 100% xuống 59,5%).
Thời gian theo dõi (ngày) Màu sắc đống ủ Nhiệt độ đống ủ (°C) Mức độ chuyển hóa
0 Vàng 22 Bắt đầu phối trộn nguyên liệu và chế phẩm
5 – 15 Vàng nâu 53 Vi sinh vật hoạt động mạnh, nhiệt độ đạt cực đại
30 Nâu đen 49 Quá trình phân giải xenlulo diễn ra nhanh
45 Đen 35 Nhiệt độ hạ dần, đống ủ bắt đầu hoai mục
60 Đen 31 Phân hoai mục hoàn toàn, tạo thành phân bón hữu cơ

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tác giả đúc kết tính khả thi của mô hình ủ phân từ rơm rạ bằng Bio-TMT tại nông hộ; đề xuất chính quyền xã Lương Phú và các đơn vị khuyến nông tăng cường tập huấn kỹ thuật, hỗ trợ kinh phí cung ứng chế phẩm sinh học để nhân rộng mô hình, xử lý triệt để rác thải nông nghiệp và bảo vệ môi trường nông thôn mới.


Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Xác lập thực trạng quản lý phụ phẩm tại địa phương: Khóa luận cung cấp số liệu thực tế tại xã Lương Phú: 72,3% lượng phụ phẩm bị đốt hoặc thải bỏ trực tiếp gây ô nhiễm môi trường; nhận thức của cộng đồng còn hạn chế khi có tới 70% người dân chưa từng biết đến chế phẩm vi sinh để xử lý phế phẩm nông nghiệp.
  2. Chuẩn hóa quy trình ủ rơm rạ bằng chế phẩm Bio-TMT: Thực nghiệm chứng minh việc bổ sung 200–500g Bio-TMT cho 1 tấn rơm rạ kết hợp phụ gia khoáng (NPK, vôi bột) rút ngắn thời gian phân hủy từ 6–8 tháng (ủ tự nhiên) xuống còn 55–60 ngày.
  3. Định lượng các chỉ số chuyển hóa sinh học: Quá trình ủ đạt ngưỡng nhiệt độ 53–55°C giúp tiệt trùng mầm bệnh; độ suy giảm thể tích đạt 57,2% và độ suy giảm trọng lượng đạt 40,5%, tạo ra nguồn phân bón màu đen, tơi xốp, không có mùi hôi và an toàn cho cây trồng.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đẩy mạnh công tác tuyên truyền, tập huấn hướng dẫn quy trình kỹ thuật ủ phân hữu cơ vi sinh tại chỗ cho các hội viên nông dân và đoàn thể địa phương.
  • UBND xã và huyện Phú Bình cần có cơ chế hỗ trợ chi phí mua chế phẩm sinh học Bio-TMT ban đầu để xây dựng các mô hình điểm tại các xóm sản xuất lúa trọng điểm (như xóm Lân, Mảng, Phú Lương).
  • Lồng ghép việc xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp vào chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng Nông thôn mới gắn với thực hiện Tiêu chí 17.

Đóng góp của đề tài

Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tại chỗ về việc chuyển hóa rơm rạ thành phân hữu cơ sinh học tại huyện Phú Bình, khắc phục hạn chế của việc đốt bỏ lãng phí dưỡng chất (1 ha lúa để lại lượng rơm rạ chứa tương đương 180–200 kg N-P-K nguyên chất trị giá 5–6 triệu đồng), đồng thời đưa ra quy trình kỹ thuật đơn giản, dễ thao tác ở quy mô hộ gia đình.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Thời gian thực hiện đề tài ngắn (4 tháng, từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2014) nên chỉ theo dõi được một chu kỳ ủ thực nghiệm rơm rạ đơn lẻ, chưa tiến hành thử nghiệm bón đối chứng trên các loại cây trồng cụ thể tại đồng ruộng để đánh giá năng suất thực tế.
    • Quy mô khảo sát xã hội học giới hạn ở 50 hộ gia đình tại một xã thuần nông (Lương Phú), chưa mở rộng phạm vi ra toàn huyện Phú Bình.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục thử nghiệm hiệu quả của phân bón hữu cơ Bio-TMT trên các loại cây trồng chủ lực của địa phương (lúa giống BTE1, cây dưa chuột, rau màu, cây lạc).
    • Nghiên cứu kết hợp ủ Bio-TMT với các loại phụ phẩm khác như vỏ lá mía, chất thải chăn nuôi gia cầm quy mô lớn để tối ưu hóa công thức dinh dưỡng.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo thực tiễn và học thuật cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nông học, Quản lý Môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp điều tra khảo sát chất thải nông thôn, cách thức thiết kế thí nghiệm ủ compost hiếu khí quy mô nông hộ và phương pháp phân tích chỉ tiêu mùn, đạm, lân.
  • Cán bộ khuyến nông và quản lý môi trường cấp cơ sở: Tham khảo quy trình kỹ thuật 6 bước ứng dụng chế phẩm vi sinh để xây dựng tài liệu tập huấn chuyển giao công nghệ xử lý rơm rạ sau thu hoạch, góp phần hoàn thành tiêu chí môi trường nông thôn mới.
  • Hộ gia đình sản xuất nông nghiệp: Hướng dẫn chi tiết công thức phối trộn vật liệu sẵn có (rơm rạ, cám gạo, phân chuồng, vôi, lân) để tự sản xuất phân bón sạch, giảm chi phí mua phân vô cơ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu và chế phẩm Bio-TMT cho 1 tấn rơm rạ trong quy trình kỹ thuật được quy định như thế nào?
Theo quy trình của đề tài, để xử lý 1 tấn rơm rạ phơi tái (chặt nhỏ 7–10 cm), cần sử dụng: 200–500g chế phẩm vi sinh Bio-TMT pha trong nước tưới ẩm, 10 kg vôi bột, 7 kg Urê, 20 kg lân, 8 kg Kaliclorua; có thể bổ sung thêm 10 kg cám gạo và 100 kg phân chuồng để đẩy nhanh tốc độ lên men.

2. Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ rơm rạ bằng Bio-TMT thay đổi ra sao qua các mốc thời gian?
Nhiệt độ đống ủ ban đầu ở mức 22°C (ngày 0), tăng rất nhanh lên mức cực đại 53°C ở ngày 5, duy trì ở 49°C vào ngày 30, sau đó giảm xuống 35°C ở ngày 45 và đạt trạng thái ổn định 31°C ở ngày 60 khi phân đã hoai mục hoàn toàn.

3. Khả năng suy giảm thể tích và trọng lượng của đống ủ sau 60 ngày đạt tỷ lệ bao nhiêu?
Kết quả thực nghiệm cho thấy sau 60 ngày ủ, thể tích đống ủ suy giảm 57,2% (thể tích còn lại đạt 42,8% so với ban đầu) và trọng lượng suy giảm 40,5% (trọng lượng còn lại đạt 59,5%).

4. Thực trạng xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp của người dân xã Lương Phú trước khi triển khai đề tài như thế nào?
Khảo sát 50 hộ dân cho thấy có 40,3% hộ lựa chọn đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng, 32% thải bỏ tự do tại ruộng hoặc kênh mương, 23,7% tận dụng làm thức ăn cho gia súc, và chỉ có 4% hộ tiến hành ủ làm phân bón lót (chủ yếu qua hình thức làm đệm chuồng).

5. Mức độ nhận thức của người dân địa phương về việc ứng dụng chế phẩm vi sinh xử lý rơm rạ ra sao?
Có tới 70% người dân được phỏng vấn hoàn toàn không biết về chế phẩm vi sinh vật dùng để xử lý rác thải hữu cơ; 22% biết nhưng không hiểu rõ quy trình; 66% người dân không biết hoặc không rõ về mức độ an toàn của chế phẩm đối với sức khỏe con người và vật nuôi.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Dương Minh Tuyết đã phản ánh toàn diện thực trạng ô nhiễm và lãng phí phế phụ phẩm nông nghiệp tại xã Lương Phú, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên, nơi có trên 72% lượng phụ phẩm bị đốt hoặc thải bỏ bừa bãi. Việc xây dựng và thực nghiệm thành công mô hình ủ rơm rạ bằng chế phẩm sinh học Bio-TMT đã rút ngắn thời gian hoai mục xuống còn 55–60 ngày, tạo ra nguồn phân hữu cơ đạt yêu cầu cảm quan và kỹ thuật với độ suy giảm thể tích 57,2%. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao, góp phần giải quyết vấn đề rác thải nông thôn và hỗ trợ tiêu chí bảo vệ môi trường trong xây dựng nông thôn mới tại địa phương.