Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường do chất thải nông nghiệp, đặc biệt là chất thải chăn nuôi, đang là vấn đề cấp bách tại Việt Nam và tỉnh Bình Định. Theo báo cáo của Ban quản lý dự án Hỗ trợ nông nghiệp Cacbon thấp tỉnh Bình Định năm 2016, tỉnh có khoảng 43 trang trại và hơn 2.000 gia trại chăn nuôi lợn với tổng số gần 70.000 con, phát sinh khoảng 776.600 tấn chất thải rắn mỗi năm. Chất thải này nếu không được xử lý hiệu quả sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đất, nước và không khí, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Đồng thời, phế thải từ nghề trồng nấm cũng tạo ra lượng lớn bã thải, khoảng 100 tấn mỗi năm cho một trang trại vừa và nhỏ, nếu không tái sử dụng sẽ gây ô nhiễm môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu là hoàn thiện quy trình sản xuất chế phẩm sinh học (CPSH) BIDI-MICOM nhằm xử lý chất thải nông nghiệp thành phân bón hữu cơ vi sinh (PHCVS) chất lượng cao, đồng thời đánh giá hiệu quả của PHCVS đối với cây lạc L14 tại Bình Định. Nghiên cứu tập trung vào tuyển chọn các chủng vi sinh vật (VSV) có hoạt tính sinh học cao, tối ưu hóa quy trình lên men và ứng dụng thử nghiệm trên cây trồng.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện từ tháng 10/2021 đến tháng 8/2022 tại Trạm nghiên cứu thực nghiệm Khoa học và Công nghệ Bình Định. Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao năng suất, chất lượng cây lạc, thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững và kinh tế địa phương.

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 vi sinh vật phân giải cellulose, protein, tinh bột và phosphate trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Chế phẩm sinh học (CPSH): Hỗn hợp các chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, dùng để phân hủy chất thải hữu cơ thành phân bón hữu cơ vi sinh.
  • Phân bón hữu cơ vi sinh (PHCVS): Phân bón được sản xuất từ chất thải nông nghiệp qua quá trình lên men vi sinh, cung cấp dinh dưỡng và cải tạo đất.
  • Hoạt tính enzyme ngoại bào: Khả năng của vi sinh vật tiết ra các enzyme như amylase, protease, cellulase để phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp.
  • Quy trình lên men sinh học: Các điều kiện tối ưu về nhiệt độ, thời gian, tốc độ lắc để tăng sinh khối và hoạt tính của vi sinh vật trong sản xuất CPSH.
  • Tương tác vi sinh vật: Mối quan hệ cộng sinh hoặc cạnh tranh giữa các chủng vi sinh vật trong bộ chủng CPSH ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý chất thải.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm bộ chủng vi sinh vật gồm 5 chủng Bacillus, 3 chủng Lactobacillus, 2 chủng Streptomyces, 3 chủng Saccharomyces, 3 chủng Trichoderma và 2 chủng Azotobacter được phân lập từ môi trường đất và chất thải nông nghiệp tại Bình Định. Giống lạc L14 được sử dụng trong thí nghiệm tại Trạm nghiên cứu thực nghiệm Khoa học và Công nghệ Bình Định.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh: Kiểm tra hoạt tính enzyme phân giải cellulose, tinh bột, protein bằng phương pháp đục lỗ thạch và chấm điểm trên môi trường đặc hiệu.
  • Xác định mật độ vi khuẩn (CFU): Theo tiêu chuẩn TCVN 6261:2007, sử dụng phương pháp pha loãng và cấy trải trên môi trường đặc trưng.
  • Đánh giá khả năng lên men của nấm men: Đo chiều cao cột khí CO2 sinh ra trong ống Durham tại các thời điểm 3, 6, 9, 12 giờ.
  • Xác định điều kiện lên men tối ưu: Thử nghiệm các yếu tố thời gian, nhiệt độ (45-50°C), tốc độ lắc để tối đa hóa sinh khối và hoạt tính vi sinh vật.
  • Quy trình xử lý chất thải: Phun chế phẩm BIDI-MICOM dạng dung dịch lên chất thải chăn nuôi và bã nấm, ủ trong điều kiện kiểm soát độ ẩm 45-50% và nhiệt độ 60-70°C trong 30-45 ngày, kết hợp đảo trộn định kỳ.
  • Đánh giá hiệu quả phân bón: Thử nghiệm trên cây lạc L14, đo các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất và chất lượng hạt.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 11 tháng, từ tháng 10/2021 đến tháng 8/2022, đảm bảo thu thập đủ dữ liệu cho phân tích và đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật hiệu quả: Trong số các chủng phân lập, 5 chủng Bacillus có hoạt tính enzyme phân giải cellulose và tinh bột cao với vòng phân giải D/d > 1.1, mật độ vi khuẩn đạt khoảng 10^8 CFU/ml. Các chủng nấm men Saccharomyces có khả năng lên men mạnh, sinh ra cột khí CO2 cao nhất sau 12 giờ ủ.

  2. Điều kiện lên men tối ưu: Nhiệt độ 45-50°C, thời gian 48 giờ và tốc độ lắc 150 vòng/phút là điều kiện thích hợp để tăng sinh khối và hoạt tính enzyme của bộ chủng vi sinh. Nhiệt độ cao giúp ức chế vi sinh vật gây hại, đồng thời kích thích vi sinh vật phân giải cellulose và protein.

  3. Hoàn thiện quy trình sản xuất CPSH BIDI-MICOM: Quy trình phun chế phẩm dạng dung dịch với tỷ lệ 1 lít chế phẩm pha 19 lít nước cho 1 m^3 chất thải, ủ trong nhà có mái che, đảo trộn 2 lần trong 30-45 ngày, đảm bảo độ ẩm 45-50% và nhiệt độ 60-70°C. Sản phẩm phân bón sau ủ đạt các chỉ tiêu chất lượng theo Nghị định 84/2019/NĐ-CP.

  4. Hiệu quả ứng dụng PHCVS trên cây lạc L14: Thí nghiệm mô hình cho thấy cây lạc sử dụng PHCVS tăng chiều cao thân chính trung bình 15% so với đối chứng, năng suất lạc tăng 18%, tỷ lệ quả chắc tăng 12%. Các chỉ tiêu sinh trưởng như số cành cấp 1, cấp 2 cũng được cải thiện rõ rệt. Hiệu quả kinh tế tăng 21% so với sử dụng phân hóa học truyền thống.

Thảo luận kết quả

Kết quả tuyển chọn chủng vi sinh phù hợp với đặc điểm môi trường nhiệt đới gió mùa tại Bình Định, đồng thời phù hợp với điều kiện lên men sinh học trong quy trình sản xuất CPSH. Việc sử dụng bộ chủng đa dạng gồm Bacillus, Trichoderma và Saccharomyces giúp tăng hiệu quả phân giải cellulose, protein và tinh bột trong chất thải, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mùn hóa.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, hiệu quả tăng năng suất cây trồng khi sử dụng phân hữu cơ vi sinh tương đương hoặc cao hơn các công trình trước đây, đồng thời giảm được 30-35% chi phí phân bón hóa học. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh năng suất và chiều cao cây giữa các nhóm đối chứng và xử lý PHCVS, cũng như bảng phân tích các chỉ tiêu chất lượng phân bón.

Việc áp dụng quy trình sản xuất CPSH BIDI-MICOM không chỉ góp phần xử lý triệt để chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh có chất lượng ổn định, phù hợp với yêu cầu phát triển nông nghiệp sạch và bền vững tại Bình Định và các tỉnh lân cận.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Mở rộng sản xuất CPSH BIDI-MICOM: Khuyến khích các trang trại và cơ sở sản xuất nông nghiệp tại Bình Định áp dụng quy trình sản xuất CPSH BIDI-MICOM để xử lý chất thải chăn nuôi và bã nấm, giảm ô nhiễm môi trường. Thời gian triển khai trong 1-2 năm, chủ thể là các doanh nghiệp và hợp tác xã nông nghiệp.

  2. Hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho nông dân và cán bộ kỹ thuật về quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh, cách sử dụng CPSH và ứng dụng PHCVS trong canh tác cây lạc. Mục tiêu nâng cao nhận thức và kỹ năng trong vòng 6 tháng.

  3. Khuyến khích sử dụng PHCVS trong sản xuất lạc: Đề xuất chính sách hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế cho các hộ nông dân sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện trong 3 năm, chủ thể là Sở NN&PTNT và các tổ chức chính quyền địa phương.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CPSH BIDI-MICOM và PHCVS cho các loại cây trồng khác phù hợp với điều kiện địa phương nhằm đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao hiệu quả kinh tế. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nông dân và hợp tác xã nông nghiệp: Nhận được hướng dẫn kỹ thuật xử lý chất thải nông nghiệp thành phân bón hữu cơ vi sinh, giúp giảm chi phí đầu vào và tăng năng suất cây trồng, đặc biệt là cây lạc.

  2. Doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ: Có cơ sở khoa học để hoàn thiện quy trình sản xuất chế phẩm sinh học, nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường phân bón hữu cơ vi sinh.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững, giảm ô nhiễm môi trường và thúc đẩy sản xuất phân bón hữu cơ.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành sinh học thực nghiệm, công nghệ sinh học: Tham khảo phương pháp phân lập, tuyển chọn vi sinh vật, quy trình lên men và ứng dụng trong xử lý chất thải nông nghiệp, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. CPSH BIDI-MICOM là gì và có ưu điểm gì?
    CPSH BIDI-MICOM là chế phẩm sinh học đa chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose, protein và tinh bột trong chất thải nông nghiệp. Ưu điểm là hiệu quả xử lý cao, giảm thời gian ủ, tạo ra phân bón hữu cơ vi sinh chất lượng ổn định, thân thiện môi trường.

  2. Quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh bằng CPSH BIDI-MICOM như thế nào?
    Quy trình gồm phun chế phẩm dạng dung dịch lên chất thải, ủ trong nhà có mái che với độ ẩm 45-50%, nhiệt độ 60-70°C, đảo trộn 2 lần trong 30-45 ngày. Kết quả là phân bón hữu cơ vi sinh đạt chuẩn quốc gia, có thể sử dụng trực tiếp cho cây trồng.

  3. PHCVS có tác động như thế nào đến cây lạc L14?
    PHCVS giúp tăng chiều cao thân cây, số cành, tỷ lệ quả chắc và năng suất lạc trung bình tăng 18% so với đối chứng. Ngoài ra còn cải thiện chất lượng đất, tăng sức đề kháng cho cây, giảm sử dụng phân hóa học.

  4. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng CPSH và PHCVS trong sản xuất?
    Cần tuyển chọn chủng vi sinh có hoạt tính cao, kiểm soát chặt chẽ điều kiện lên men (nhiệt độ, độ ẩm, thời gian), theo dõi mật độ vi sinh vật và các chỉ tiêu chất lượng theo quy định của Nghị định 84/2019/NĐ-CP.

  5. Có thể áp dụng CPSH BIDI-MICOM cho các loại cây trồng khác không?
    Có thể. Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả trên cây lạc, đồng thời khung lý thuyết và phương pháp có thể mở rộng ứng dụng cho nhiều loại cây trồng khác nhằm nâng cao năng suất và cải tạo đất.

Kết luận

  • Đã tuyển chọn thành công bộ chủng vi sinh vật đa chủng có hoạt tính enzyme cao, phù hợp sản xuất CPSH BIDI-MICOM.
  • Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất CPSH BIDI-MICOM với điều kiện lên men tối ưu, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
  • Ứng dụng CPSH BIDI-MICOM xử lý chất thải chăn nuôi và bã nấm thành phân bón hữu cơ vi sinh đạt chuẩn, thân thiện môi trường.
  • Thử nghiệm trên cây lạc L14 cho thấy PHCVS tăng năng suất trung bình 18%, cải thiện các chỉ tiêu sinh trưởng và hiệu quả kinh tế.
  • Đề xuất mở rộng sản xuất, đào tạo kỹ thuật và nghiên cứu ứng dụng cho các cây trồng khác nhằm phát triển nông nghiệp bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai mô hình sản xuất quy mô lớn, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển phân bón hữu cơ vi sinh tại địa phương. Mời các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và nông dân cùng tham gia ứng dụng và phát triển công nghệ này để góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao giá trị nông sản.