Tổng quan nghiên cứu

Mỗi năm, ngành chăn nuôi Việt Nam phát sinh hơn 76 triệu tấn chất thải rắn và từ 20 đến 30 triệu mét khối chất thải lỏng. Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn và 80% chất thải lỏng bị xả trực tiếp ra môi trường tự nhiên mà chưa qua xử lý đạt chuẩn. Thực trạng này tạo ra áp lực ô nhiễm môi trường và phát sinh dịch bệnh vô cùng nghiêm trọng tại các vùng nông thôn. Tại huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang – một địa bàn trọng điểm về phát triển nông nghiệp của tỉnh – hoạt động chăn nuôi gia cầm đang phát triển với tốc độ nhanh chóng. Theo thống kê tính đến tháng 10 năm 2015, toàn huyện có 272 nông hộ và trang trại chăn nuôi gà quy mô tập trung từ 1.000 con trở lên, quản lý tổng đàn vượt mốc 360.000 con gà.

Sự phát triển ồ ạt của các trang trại chăn nuôi gà tập trung mang lại giá trị kinh tế lớn nhưng đồng thời cũng làm phát sinh khoảng 23.319 tấn chất thải chăn nuôi mỗi năm trên toàn huyện. Bình quân mỗi tháng, 1.000 con gà thải ra từ 2,0 đến 2,5 tấn phân tươi, làm phát tán nồng độ lớn khí độc và mùi hôi thối vào không khí, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cộng đồng dân cư xung quanh.

Trước đòi hỏi cấp bách về bảo vệ môi trường nông thôn, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường của tác giả Ngô Thị An Trang tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã đi sâu nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu trên nền đệm lót sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi gà tập trung tại huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang". Đề tài được thực hiện trong khung thời gian từ tháng 12 năm 2014 đến tháng 5 năm 2016 trên địa bàn 26 xã và thị trấn của huyện Hiệp Hòa, tập trung khảo sát chuyên sâu tại các xã trọng điểm như Châu Minh, Lương Phong và Hùng Sơn. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá thực trạng phát thải, kiểm chứng khả năng xử lý khí độc hại và mầm bệnh của chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu trên đệm lót chuồng, từ đó đề xuất mô hình kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi bền vững, thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người chăn nuôi địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết sinh học môi trường và công nghệ vi sinh vật hữu hiệu do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa khởi xướng từ những năm 1970. Khung lý thuyết vận hành dựa trên nguyên lý cộng sinh của hệ sinh thái đa loài với hơn 80 loài vi sinh vật có ích thuộc 10 chi khác nhau, bao gồm cả vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí.

Mô hình nghiên cứu phân tích cơ chế hoạt động tương hỗ của 5 nhóm vi sinh vật chủ đạo:

  • Vi khuẩn quang hợp: Tổng hợp chất hữu cơ từ năng lượng ánh sáng, đồng hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh và hấp thụ khí độc hydro sunfua.
  • Vi khuẩn Lactic: Điển hình là Lactobacillus acidophilus, lên men đường tạo axit lactic, hạ độ pH môi trường để ức chế các vi khuẩn gây thối rữa và vi sinh vật gây bệnh đường ruột.
  • Nấm men: Tổng hợp các vitamin, axit amin thiết yếu và kích thích hoạt tính sinh học trong cơ chất đệm lót.
  • Xạ khuẩn: Sản sinh các chất kháng sinh tự nhiên để tiêu diệt nấm mốc gây hại và đẩy nhanh quá trình phân giải xenluloza.
  • Nhóm vi khuẩn Bacillus: Tiết hệ enzyme protease và amylase phân hủy triệt để protein và tinh bột dư thừa trong phân gia cầm.

Nghiên cứu áp dụng các khái niệm cốt lõi bao gồm: đệm lót sinh học từ mùn cưa và vỏ trấu, chế phẩm EM gốc dạng dịch lỏng, chế phẩm EM thứ cấp lên men và EM Bokashi dạng bột xử lý môi trường. Các căn cứ pháp lý quan trọng được tích hợp xuyên suốt đề tài gồm: Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, Nghị định số 19/2015/NĐ-CP của Chính phủ, Thông tư số 04/2010/TT-BNN&PTNT ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-15:2010/BNN&PTNT về điều kiện chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học và Thông tư số 04/2012/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp hài hòa giữa điều tra xã hội học thực địa và bố trí thí nghiệm thực nghiệm có kiểm soát. Về phương pháp thu thập dữ liệu sơ cấp, tác giả tiến hành điều tra ngẫu nhiên tại 3 xã trọng điểm đại diện cho vùng chăn nuôi tập trung của huyện Hiệp Hòa gồm xã Hùng Sơn, xã Lương Phong và xã Châu Minh. Cỡ mẫu điều tra đạt từ 30 đến 35 hộ chăn nuôi tại mỗi xã, hình thành bộ dữ liệu thực tế từ khoảng 100 nông hộ có quy mô chăn nuôi và trình độ học vấn khác nhau thông qua bảng hỏi phỏng vấn trực tiếp.

Thí nghiệm xác định lượng phân và hệ số phát thải thực nghiệm K được thiết lập trên các lô gà sinh sản và gà siêu thịt theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn toàn với 3 lần lặp lại. Tổng số 60 con gà mỗi loại được theo dõi liên tục trong 3 ô lồng riêng biệt (20 con/lồng) qua các giai đoạn tuổi từ 0 đến 20 tuần để xác định chính xác lượng thức ăn tiêu thụ và lượng phân tươi thải ra hàng ngày.

Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của đệm lót sinh học được triển khai tại 3 chuồng nuôi đồng nhất về diện tích 10 mét vuông với mật độ 50 con gà sinh sản/chuồng, lặp lại 3 lần trên 5 công thức:

  • Công thức 1: Đối chứng không sử dụng chế phẩm vi sinh.
  • Công thức 2: Đệm lót sinh học lên men bằng chế phẩm EM dạng bột Bokashi.
  • Công thức 3: Đệm lót sinh học lên men bằng chế phẩm EM dạng dịch lỏng.
  • Công thức 4: Đệm lót sinh học EM dạng bột kết hợp bổ sung EM lỏng vào nước uống tỷ lệ 3 phần nghìn.
  • Công thức 5: Đệm lót sinh học EM dạng lỏng kết hợp bổ sung EM lỏng vào nước uống tỷ lệ 3 phần nghìn.

Các mẫu khí độc được đo trực tiếp tại 5 vị trí đại diện trong chuồng theo tiêu chuẩn TCVN 6620:2000. Hàm lượng Nitơ tổng số được phân tích bằng phương pháp Kjeldahl theo TCVN 8557:2010, Phốt pho tổng số xác định bằng trắc quang theo TCVN 8563:2010, Kali tổng số đo bằng quang kế ngọn lửa theo TCVN 8562:2010, mật độ vi khuẩn Coliform và Escherichia coli được kiểm nghiệm theo TCVN 6187:2009. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel và phần mềm chuyên dụng IRRISTAT 4.0 trong giai đoạn nghiên cứu từ 12/2014 đến 05/2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã xác định được các chỉ số phát thải cơ bản của đàn gà sinh sản tại địa phương. Dựa trên lượng thức ăn thu nhận hàng ngày và lượng phân bài tiết, hệ số thải phân thực nghiệm K của gà sinh sản được xác định chính xác, cho thấy trung bình một đời gà sinh sản thải ra 65,32 kg phân tươi. Tổng lượng phát thải từ 272 trang trại quy mô lớn của toàn huyện Hiệp Hòa ước tính lên tới 23.319 tấn chất thải mỗi năm. Trong đó, xã Châu Minh có lượng chất thải phát sinh cao nhất với hơn 3.396 tấn, trong khi xã Hoàng An có lượng phát sinh thấp nhất với khoảng 326 tấn.

Thứ hai, việc ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu trên đệm lót sinh học thể hiện khả năng khử mùi hôi và xử lý các loại khí độc vượt trội so với chuồng nuôi truyền thống. Nồng độ khí amoniac (NH3) tại các ô chuồng thí nghiệm sử dụng đệm lót EM giảm từ 4,86 đến 5,89 lần so với chuồng đối chứng. Tương tự, nồng độ khí hydro sunfua (H2S) giảm từ 3,02 đến 3,83 lần so với đối chứng. Tại chuồng đối chứng không dùng chế phẩm, nồng độ H2S đo được ở mức 0,092 mg/m3 (vượt 11,5 lần quy chuẩn) và nồng độ NH3 đạt 1,816 mg/m3 (vượt 9,08 lần quy chuẩn cho phép).

Thứ ba, đệm lót sinh học có tác dụng chuyển hóa và làm gia tăng đáng kể giá trị dinh dưỡng của chất thải chăn nuôi khi hoai mục. Hàm lượng Nitơ tổng số tăng từ 1,88 đến 2,62 lần, Phốt pho tổng số tăng từ 1,60 đến 1,78 lần và Kali tổng số tăng từ 1,45 đến 1,58 lần so với phân chuồng đối chứng. Mật độ các vi sinh vật gây hại như Coliform và Escherichia coli trong chất độn chuồng cũng giảm sút mạnh mẽ nhờ hoạt tính ức chế sinh học của hệ men vi sinh vật có ích.

Thứ tư, mô hình đệm lót sinh học đem lại hiệu quả kinh tế rõ nét thông qua việc cải thiện năng suất đẻ trứng và tiết kiệm chi phí vận hành. Sau 5 tháng nuôi thử nghiệm trên quy mô đàn 200 con gà đẻ, công thức đối chứng đạt lợi nhuận 11.483.000 đồng, trong khi các công thức sử dụng đệm lót kết hợp cho uống chế phẩm EM thứ cấp đạt mức lợi nhuận vượt trội hơn từ 5.300.000 đến 5.800.000 đồng nhờ giảm thiểu tỷ lệ mắc bệnh, tiết kiệm thức ăn tiêu tốn và cắt giảm hoàn toàn công dọn rửa chuồng trại hàng ngày.

Thảo luận kết quả

Cơ chế phân giải của đệm lót sinh học giải thích rõ rệt cho việc sụt giảm nồng độ khí độc. Trong môi trường đệm lót bằng trấu và mùn cưa có độ ẩm kiểm soát từ 30% đến 35%, quần thể vi khuẩn quang hợp đã đồng hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh để triệt tiêu nguồn phát sinh khí H2S. Cùng lúc đó, các chủng vi khuẩn Lactic và nấm men sinh axit hữu cơ làm giảm độ pH của khối đệm xuống mức 5,07 - 5,45 sau 4 tuần, ức chế quá trình amon hóa sinh khí NH3 tự do. Hệ enzyme protease và amylase do Bacillus tiết ra đã chuyển hóa phân tươi thành các gốc axit amin và khoáng hữu cơ hòa tan, giúp giữ lại hàm lượng Nitơ và Phốt pho trong đệm lót thay vì bị bay hơi thất thoát ra khí quyển.

Khi so sánh với các công trình nghiên cứu trước đây của Bùi Hữu Đoàn tại Đại học Nông nghiệp Hà Nội về ủ phân yếm khí và kết quả khảo sát của Nguyễn Thị Liên tại Thái Nguyên, kết quả nghiên cứu tại Hiệp Hòa cho thấy tính ưu việt vượt trội của việc kết hợp kép giữa làm đệm lót nền chuồng và bổ sung men tiêu hóa tỷ lệ 3 phần nghìn vào nước uống. Sự kết hợp này mang lại tác động kép: ổn định hệ vi sinh đường ruột giúp gà tiêu hóa triệt để dưỡng chất, đồng thời xử lý triệt để phân ngay khi vừa bài tiết ra nền chuồng.

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm trong luận văn được hệ thống hóa trực quan thông qua các bảng biểu đối chiếu nồng độ khí thải theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, bảng phân tích tương quan dinh dưỡng đa lượng N-P-K, cùng các đồ thị thể hiện diễn biến suy giảm pH và đường cong hệ số phát thải phân K. Các hình ảnh và bảng số liệu này minh chứng rõ ràng cho tính khả thi của công nghệ sinh học trong điều kiện chăn nuôi nông hộ tại miền Bắc.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa hiệu quả xử lý môi trường và nâng cao thu nhập cho người dân, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và chính sách hành động:

Thứ nhất, chuẩn hóa và phổ biến quy trình kỹ thuật làm đệm lót sinh học cho các trang trại. Người chăn nuôi cần thực hiện đúng định mức trải lớp đệm trấu hoặc mùn cưa dày từ 5 đến 10 cm (tương đương khoảng 400 kg trấu cho 100 mét vuông chuồng), phối trộn 1 kg EM Bokashi với 3 kg cám ngô tạo men rải bề mặt hoặc dùng 5 lít EM2 kết hợp 5 kg rỉ mật đường. Độ ẩm đệm lót phải luôn duy trì ở mức tối ưu từ 30% đến 35%. Mục tiêu kỹ thuật là giảm thiểu trên 80% mùi hôi phát tán, duy trì chu kỳ đệm lót kéo dài 5 đến 6 tháng cho mỗi lứa nuôi thương phẩm.

Thứ hai, tổ chức tập huấn và chuyển giao công nghệ diện rộng do Phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn huyện Hiệp Hòa chủ trì. Trong giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2018, huyện cần mở từ 15 đến 20 lớp tập huấn thực hành tại chỗ cho toàn bộ 272 chủ trang trại quy mô trên 1.000 con tại các xã trọng điểm như Châu Minh, Lương Phong và Hùng Sơn. Mục tiêu đến năm 2020 đạt tỷ lệ 70% trang trại chăn nuôi gia cầm trên địa bàn áp dụng công nghệ đệm lót sinh học.

Thứ ba, thiết lập chuỗi thu gom và tái sử dụng chất thải đệm lót sau chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học. Phòng Tài nguyên và Môi trường cần phối hợp với các hợp tác xã nông nghiệp hướng dẫn nông dân ủ hoai mục đệm lót đã qua sử dụng, tận dụng nguồn phân bón giàu N-P-K (tăng từ 1,45 đến 2,62 lần dưỡng chất) để phục vụ chăm bón cho 13.479 ha đất nông nghiệp toàn huyện, qua đó giảm 30% lượng phân hóa học vô cơ và hạ giá thành nông sản.

Thứ tư, ban hành cơ chế hỗ trợ tài chính và tăng cường thanh tra giám sát môi trường. Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang và huyện Hiệp Hòa cần xây dựng quỹ hỗ trợ kinh phí ban đầu từ 10 đến 20 triệu đồng cho mỗi hộ nông dân đầu tư cải tạo chuồng trại khép kín. Đồng thời, các cơ quan chức năng cần định kỳ 6 tháng kiểm tra nồng độ khí thải và điều kiện an toàn sinh học tại các cơ sở chăn nuôi theo tiêu chuẩn QCVN 01-15:2010/BNN&PTNT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và thực tiễn có giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

  • Chủ trang trại và các nông hộ chăn nuôi gia cầm: Cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về tỷ lệ phối trộn đệm lót trấu, cách ủ men EM Bokashi và phương pháp bổ sung men vi sinh vào nước uống. Ứng dụng các quy trình này giúp giảm từ 20% đến 30% công lao động vệ sinh chuồng trại, hạn chế bệnh đường hô hấp và tiêu hóa ở gà, đồng thời tăng thêm hơn 5 triệu đồng lợi nhuận trên mỗi đàn 200 con gà đẻ.
  • Cán bộ quản lý môi trường và khuyến nông cấp cơ sở: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng về hệ số phát thải phân K, tổng lượng phát thải 23.319 tấn chất thải/năm tại huyện Hiệp Hòa cùng các chỉ số nồng độ khí thải thực tế để phục vụ công tác quy hoạch vùng chăn nuôi an toàn sinh học và xây dựng báo cáo đánh giá tác động môi trường cấp huyện.
  • Học viên cao học, sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Môi trường, Chăn nuôi: Cung cấp nguồn tham khảo phương pháp luận khoa học về bố trí thí nghiệm khối ngẫu nhiên, kỹ thuật lấy mẫu khí chuồng nuôi theo TCVN 6620:2000, quy trình phân tích dưỡng chất N-P-K theo tiêu chuẩn TCVN và phương pháp xử lý dữ liệu thống kê sinh học trên phần mềm IRRISTAT 4.0.
  • Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học và phân bón hữu cơ: Nắm bắt các số liệu thực nghiệm về khả năng ức chế vi sinh vật gây hại và mức độ tích lũy dưỡng chất trong chất độn phân để tối ưu hóa công thức sản xuất chế phẩm vi sinh thương mại và công nghệ chế biến phân bón hữu cơ vi sinh quy mô công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM khử mùi hôi và khí độc chuồng gà theo cơ chế nào? Hệ vi sinh vật trong chế phẩm EM chứa vi khuẩn quang hợp có khả năng hấp thụ khí H2S và hợp chất lưu huỳnh. Đồng thời, vi khuẩn Lactic tiết axit hữu cơ làm hạ độ pH khối đệm xuống dưới 5,5, giúp ức chế vi khuẩn hoại sinh gây thối rữa và ngăn cản quá trình chuyển hóa ure thành khí NH3, làm giảm nồng độ khí độc phát tán từ 3,02 đến 5,89 lần so với chuồng nuôi thông thường.

Quy trình phối trộn và ủ đệm lót sinh học bằng chế phẩm EM dạng bột gồm những bước gì? Quy trình gồm 4 bước: Đầu tiên lấy 1 kg EM Bokashi trộn đều với 3 kg cám ngô và bổ sung nước để đạt độ ẩm 30 - 35%, sau đó ủ kín trong túi từ 3 đến 7 ngày. Tiếp theo rải trấu dày 5 - 10 cm (khoảng 400 kg trấu) lên nền chuồng rồi thả gà. Sau vài ngày khi phân rải đều, dùng cào xới nhẹ bề mặt và rắc đều men ủ với lượng 50 - 60 gam/m2 trước khi đảo đều nền chuồng.

Ứng dụng đệm lót sinh học kết hợp cho gà uống men vi sinh mang lại lợi ích kinh tế ra sao? Thực nghiệm trên quy mô đàn 200 con gà sinh sản trong 5 tháng cho thấy việc kết hợp đệm lót EM và cho uống chế phẩm pha loãng 3 phần nghìn giúp gà tiêu hóa tốt, nâng cao tỷ lệ đẻ trứng và giảm tiêu tốn thức ăn. Kết quả thu được mức lãi cao hơn chuồng nuôi đối chứng từ 5.300.000 đến 5.800.000 đồng nhờ tiết kiệm chi phí thuốc thú y và công dọn rửa.

Vì sao chất độn chuồng sau khi nuôi gà bằng đệm lót sinh học lại là phân bón hữu cơ chất lượng cao? Nhờ quá trình lên men và phân giải hiếu khí của hệ men Bacillus và xạ khuẩn, phân gà được chuyển hóa thành dạng mùn hữu cơ hoai mục không còn mầm bệnh Coliform hay E. coli. Hàm lượng Nitơ tổng số tăng tới 2,62 lần, Phốt pho tổng số tăng 1,78 lần và Kali tổng số tăng 1,58 lần, tạo ra nguồn phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng cho cây trồng.

Cần lưu ý những gì trong quá trình bảo dưỡng đệm lót sinh học theo mùa vụ? Người nuôi cần thường xuyên xới tơi bề mặt đệm lót định kỳ hàng tuần. Vào mùa hè, việc bảo dưỡng và bổ sung men nên tiến hành vào buổi chiều mát để tránh làm gà bị stress nhiệt. Vào mùa mưa, cần che chắn tránh nước mưa hắt vào chuồng; nếu khu vực máng uống bị ướt cục bộ thì phải xúc bỏ lớp đệm ướt, thay trấu mới và bổ sung men vi sinh đảo đều.

Kết luận

  • Luận văn đã chứng minh tính hiệu quả vượt trội của việc ứng dụng chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM trên nền đệm lót sinh học trấu và mùn cưa trong xử lý ô nhiễm môi trường chăn nuôi gà tập trung.
  • Mô hình giúp giảm thiểu mạnh mẽ các khí độc hại trong chuồng nuôi với nồng độ NH3 giảm từ 4,86 đến 5,89 lần và H2S giảm từ 3,02 đến 3,83 lần so với phương pháp nuôi truyền thống.
  • Đệm lót sau nuôi được chuyển hóa thành nguồn phân bón hữu cơ chất lượng cao với hàm lượng Nitơ tổng số tăng 2,62 lần và Phốt pho tổng số tăng 1,78 lần, đồng thời triệt tiêu các mầm bệnh vi khuẩn gây hại.
  • Đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực, giúp tăng thêm lợi nhuận từ 5,3 đến 5,8 triệu đồng trên mỗi đàn 200 con gà sinh sản sau 5 tháng nhờ nâng cao sức đề kháng và giảm chi phí nhân công.
  • Cung cấp luận cứ khoa học tin cậy và hệ số phát thải phân thực nghiệm K giúp các cơ quan quản lý nhà nước tại tỉnh Bắc Giang hoạch định chính sách phát triển chăn nuôi an toàn sinh học.

Trong giai đoạn 2016 - 2020, mô hình kỹ thuật này cần được nhân rộng tại 272 trang trại chăn nuôi tập trung trên toàn địa bàn huyện Hiệp Hòa và các vùng phụ cận. Kính mời các nhà nghiên cứu, cán bộ khuyến nông và các chủ trang trại quan tâm truy cập, tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu tại Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam để triển khai ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn sản xuất.