Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với diện tích đất nông nghiệp trên 9 triệu ha, trong đó cây lúa chiếm vị trí quan trọng với sản lượng hàng năm đạt khoảng 35-40 triệu tấn. Tỷ lệ sản phẩm thu hoạch từ cây lúa chỉ khoảng 50%, dẫn đến lượng phế phụ phẩm nông nghiệp (PPPNN) rất lớn, ước tính lên tới 76 triệu tấn rơm rạ mỗi năm. Tình trạng xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp hiện nay chủ yếu là đốt trực tiếp trên đồng ruộng hoặc vứt bỏ bừa bãi, gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội, với diện tích đất nông nghiệp khoảng 6.175 ha và dân số chủ yếu sống dựa vào nông nghiệp, cũng đang đối mặt với vấn đề quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp chưa hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá thực trạng quản lý và sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp tại huyện Hoài Đức, xác định ảnh hưởng của các hình thức xử lý phế phụ phẩm đến tính chất đất lúa, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả nhằm bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Nghiên cứu tập trung vào các xã điển hình như Yên Sở, Tiền Yên và Sơn Đồng, trong giai đoạn khảo sát và thí nghiệm từ năm 2010 trở về trước. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao nhận thức, cải thiện chất lượng đất trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các vùng nông thôn ven đô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình quản lý chất thải rắn nông nghiệp, bao gồm:

  • Khái niệm chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN): Là vật chất loại bỏ phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp, bao gồm phế phụ phẩm trồng trọt (rơm, rạ, trấu), phân gia súc, bao bì thuốc bảo vệ thực vật, v.v. CTRNN được phân loại theo khả năng phân hủy sinh học và tính nguy hại môi trường.

  • Mô hình quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp: Tập trung vào thu gom, phân loại, tái sử dụng và xử lý phế phụ phẩm theo các phương pháp sinh học, đốt và chôn lấp. Mô hình này được tham khảo từ các quốc gia phát triển và điều chỉnh phù hợp với điều kiện Việt Nam.

  • Ảnh hưởng của phế phụ phẩm đến tính chất đất: Bao gồm tác động của việc đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất, khu hệ vi sinh vật, hàm lượng chất mùn, pH, và các chỉ tiêu hóa học như nitơ, photpho, kali, dung tích trao đổi cation (CEC).

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: phế phụ phẩm nông nghiệp, chất mùn đất, vi sinh vật đất, quản lý chất thải rắn, và các chỉ tiêu hóa học đất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hoài Đức, Niên giám Thống kê huyện, các báo cáo nghiên cứu trong và ngoài nước, cùng với khảo sát thực địa tại 3 xã Yên Sở, Tiền Yên và Sơn Đồng với 90 hộ dân tham gia.

  • Phương pháp khảo sát thực địa: Sử dụng phiếu điều tra và phỏng vấn sâu để thu thập thông tin về sản xuất nông nghiệp, quản lý phế phụ phẩm, cách xử lý và nhận thức của người dân.

  • Phương pháp thí nghiệm:

    • Thí nghiệm đồng ruộng: Đốt rơm rạ theo hai hình thức (đốt phân tán và đốt tập trung) để đo nhiệt độ đất ở các độ sâu 1cm, 5cm, 9cm và xác định số lượng vi sinh vật đất trước và sau đốt.
    • Thí nghiệm trong chậu: Trộn đất với rơm rạ theo các tỷ lệ 0%, 1%, 3%, 5% để theo dõi biến động chất mùn, pH, tỷ lệ C/N trong 150 ngày dưới các điều kiện độ ẩm khác nhau (10-20%, 70-80%, ngập nước 5cm).

  • Phân tích hóa học đất: Xác định chất hữu cơ tổng số, humic, fulvic, nitơ tổng số, photpho, kali, pH, CEC, Ca2+, Mg2+ bằng các phương pháp chuẩn quốc tế như Walkley-Black, Kjeldahl, quang kế ngọn lửa, chuẩn độ Trilon B.

  • Phân tích thống kê: Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu, tính toán sai số và phân tích tỷ lệ phần trăm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng phát sinh và quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại Hoài Đức:

    • Tổng lượng phế phụ phẩm từ cây lúa năm 2010 khoảng 24.000 tấn, chiếm gần 90% tổng lượng chất thải nông nghiệp.
    • Lượng phân gia súc thải ra ước tính khoảng 874 tấn/năm, trong đó phân bò và trâu chiếm phần lớn.
    • Phế phụ phẩm chủ yếu được xử lý bằng cách đốt trực tiếp trên đồng ruộng (chiếm 20-80% lượng rơm rạ), gây ô nhiễm không khí và mất mát dinh dưỡng đất.

  2. Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất và vi sinh vật:

    • Nhiệt độ đất tăng lên đến 300°C ở độ sâu 1cm ngay sau khi đốt phân tán, giảm dần theo độ sâu và thời gian.
    • Số lượng vi sinh vật đất giảm mạnh sau đốt, đặc biệt vi khuẩn và nấm giảm trên 70% so với trước đốt, tuy nhiên có dấu hiệu phục hồi sau vài ngày.
    • Đốt tập trung gây ảnh hưởng sâu rộng hơn so với đốt phân tán.

  3. Ảnh hưởng của việc vùi rơm rạ đến tính chất đất trong thí nghiệm chậu:

    • Lượng chất mùn trong đất tăng rõ rệt theo tỷ lệ rơm rạ bổ sung, với mức tăng từ 3,25% lên đến 5,1% khi bổ sung 5% rơm rạ.
    • pH đất tăng nhẹ từ 5,94 lên khoảng 6,2, cải thiện tính kiềm cho đất.
    • Tỷ lệ C/N giảm dần theo thời gian, cho thấy quá trình phân hủy hữu cơ diễn ra hiệu quả.
    • Độ ẩm cao (70-80%) thúc đẩy quá trình phân hủy và hình thành chất mùn tốt hơn so với điều kiện ngập nước hoặc độ ẩm thấp.

  4. Tác động đến các chỉ tiêu hóa học đất:

    • Hàm lượng nitơ, photpho, kali tổng số trong đất tăng nhẹ sau khi vùi rơm rạ, góp phần cải thiện độ phì nhiêu.
    • Dung tích trao đổi cation (CEC) tăng từ 11,25 lên 13,5 lđl/100g đất, giúp đất giữ dinh dưỡng tốt hơn.
    • Các cation Ca2+ và Mg2+ cũng tăng nhẹ, hỗ trợ cấu trúc đất và dinh dưỡng cây trồng.

Thảo luận kết quả

Việc đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng làm tăng nhiệt độ đất đột ngột, tiêu diệt phần lớn vi sinh vật có lợi, làm giảm đa dạng sinh học đất và gây mất mát lớn các nguyên tố dinh dưỡng như N, P, K (mất khoảng 20-60%). Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy đốt rơm rạ làm thoái hóa đất, giảm độ phì nhiêu và gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Biểu đồ nhiệt độ đất và số lượng vi sinh vật trước-sau đốt có thể minh họa rõ ràng tác động tiêu cực này.

Ngược lại, việc vùi rơm rạ vào đất giúp bổ sung chất hữu cơ, tăng hàm lượng mùn, cải thiện pH và CEC, từ đó nâng cao khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho đất. Quá trình phân hủy rơm rạ diễn ra hiệu quả hơn trong điều kiện độ ẩm cao nhưng không ngập nước, phù hợp với điều kiện canh tác lúa nước tại Hoài Đức. Kết quả này đồng nhất với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về lợi ích của việc trả lại phế phụ phẩm cho đất nhằm duy trì độ phì nhiêu và phát triển bền vững.

Tuy nhiên, việc vùi rơm rạ cũng cần được quản lý hợp lý để tránh hiện tượng cố định đạm tạm thời và phát sinh khí nhà kính như metan. Do đó, kết hợp bón phân hữu cơ vi sinh và điều chỉnh kỹ thuật canh tác là cần thiết để tối ưu hóa lợi ích.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Khuyến khích thu gom và vùi rơm rạ vào đất

    • Động từ hành động: Tăng cường thu gom, vận chuyển và vùi rơm rạ tại các cánh đồng.
    • Target metric: Giảm tỷ lệ đốt rơm rạ xuống dưới 20% trong vòng 3 năm.
    • Chủ thể thực hiện: UBND huyện, các xã, hợp tác xã nông nghiệp phối hợp với nông dân.

  2. Phát triển mô hình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phế phụ phẩm

    • Động từ hành động: Xây dựng và nhân rộng các nhà máy, cơ sở ủ phân hữu cơ vi sinh.
    • Target metric: Sản xuất tối thiểu 500 tấn phân hữu cơ/năm tại huyện Hoài Đức trong 5 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp, hợp tác xã, chính quyền địa phương.

  3. Tuyên truyền nâng cao nhận thức và đào tạo kỹ thuật cho nông dân

    • Động từ hành động: Tổ chức các lớp tập huấn về quản lý phế phụ phẩm và bảo vệ môi trường.
    • Target metric: 80% hộ nông dân được đào tạo trong 2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm khuyến nông, các tổ chức xã hội.

  4. Áp dụng công nghệ xử lý sinh học và thu hồi năng lượng

    • Động từ hành động: Thúc đẩy ứng dụng công nghệ khí sinh học, đốt thu hồi nhiệt công nghiệp.
    • Target metric: Giảm phát thải khí nhà kính từ phế phụ phẩm 30% trong 5 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Khoa học và Công nghệ, doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nông dân và hợp tác xã nông nghiệp

    • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của các phương pháp xử lý phế phụ phẩm đến đất và năng suất, áp dụng kỹ thuật phù hợp để nâng cao hiệu quả sản xuất.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và nông nghiệp

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy định quản lý chất thải nông nghiệp và phát triển nông nghiệp bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành môi trường, nông nghiệp

    • Lợi ích: Tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu, phân tích tác động môi trường và quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp.

  4. Doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ và công nghệ xử lý chất thải

    • Lợi ích: Thông tin về tiềm năng nguyên liệu, công nghệ xử lý và thị trường phân bón hữu cơ từ phế phụ phẩm nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phế phụ phẩm nông nghiệp là gì?
    Phế phụ phẩm nông nghiệp là phần dư thừa phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ, trấu, thân cây, phân gia súc và bao bì thuốc bảo vệ thực vật. Chúng có thể được tận dụng hoặc xử lý để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

  2. Tại sao việc đốt rơm rạ lại gây hại cho đất?
    Đốt rơm rạ làm tăng nhiệt độ đất đột ngột, tiêu diệt vi sinh vật có lợi, làm mất mát lớn các nguyên tố dinh dưỡng như nitơ, photpho, kali và gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.

  3. Lợi ích của việc vùi rơm rạ vào đất là gì?
    Vùi rơm rạ giúp bổ sung chất hữu cơ, tăng hàm lượng mùn, cải thiện pH và khả năng giữ dinh dưỡng của đất, từ đó nâng cao độ phì nhiêu và năng suất cây trồng.

  4. Phương pháp nào phù hợp để xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp tại các vùng nông thôn?
    Phương pháp sinh học như ủ phân hữu cơ vi sinh và vùi rơm rạ vào đất được khuyến khích vì vừa bảo vệ môi trường, vừa cải thiện đất trồng. Đốt rơm rạ nên hạn chế hoặc áp dụng công nghệ đốt thu hồi nhiệt có kiểm soát.

  5. Làm thế nào để nâng cao nhận thức của người dân về quản lý phế phụ phẩm?
    Tổ chức các lớp tập huấn, tuyên truyền qua các phương tiện truyền thông, phối hợp với các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương để nâng cao ý thức và kỹ năng quản lý phế phụ phẩm hiệu quả.

Kết luận

  • Phế phụ phẩm nông nghiệp tại huyện Hoài Đức có khối lượng lớn, chủ yếu là rơm rạ từ cây lúa, đang được xử lý chủ yếu bằng phương pháp đốt trực tiếp, gây ô nhiễm môi trường và giảm chất lượng đất.
  • Đốt rơm rạ làm tăng nhiệt độ đất, tiêu diệt vi sinh vật có lợi và làm mất mát dinh dưỡng quan trọng như N, P, K.
  • Vùi rơm rạ vào đất giúp tăng hàm lượng chất mùn, cải thiện pH, CEC và các chỉ tiêu hóa học đất, góp phần nâng cao độ phì nhiêu và năng suất cây trồng.
  • Cần triển khai các giải pháp thu gom, tái sử dụng phế phụ phẩm, phát triển phân hữu cơ vi sinh và áp dụng công nghệ xử lý sinh học để bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu thực địa, xây dựng mô hình quản lý phế phụ phẩm hiệu quả và đào tạo nâng cao nhận thức cho người dân.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ đất đai và phát triển nông nghiệp bền vững tại Hoài Đức và các vùng nông thôn khác!