Chương 1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học Với sự gia tăng sản lượng lúa gạo và đẩy mạnh trồng trọt, việc quản lý các sản phẩm phụ của cây lúa đang trở thành một vấn đề nhưng cũng có thể mở ra một cơ hội. Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thường được vận chuyển ra khỏi các cánh đồng khi thu hoạch lúa và người dân thường đem về nhà đánh đống để đun nấu hoặc làm thức ăn cho gia súc, trong thời gian gần đây do lượng phế thải quá lớn, người dân không sử dụng hết nên rơm rạ được đốt ngay ngoài đồng ruộng. Theo đánh giá của một số công trình nghiên cứu, trung bình hàng năm ở châu Á tổng cộng có 730Tg (1 teragram = 1012 gram) lượng sinh khối được xử lý bằng cách đốt ngoài trời (open field burning), trong đó có 250Tg có nguồn gốc từ nông nghiệp L Thị Kim nh, 2013)[2].
Việc đốt ngoài trời các phế thải từ cây trồng là một hoạt động theo truyền thống của con người nhằm chuẩn bị đất trồng cho vụ mùa sau, loại trừ những đầu mẩu dư thừa, cỏ dại và giải phóng các chất dinh dưỡng cho chu kỳ trồng trọt sau. Tại thời điểm thu hoạch, hàm lượng ẩm của rơm rạ thường cao tới 60%, tuy nhi n trong điều kiện thời tiết khô hanh rơm rạ có thể trở nên khô nhanh đạt đến trạng thái độ ẩm cân bằng vào khoảng 10-12%. Rơm rạ, có hàm lượng tro cao tr n 22%) và lượng protein thấp. Các thành phần hydrate cacbon chính của rơm rạ gồm lienoxenluloza (37,4%), hemicellulose (bán xenluloza - 44,9%), linhin 4,9%) và hàm lượng tro silica (silic dioxyt) cao (9-14%), chính điều này gây cản trở việc sử dụng loại phế thải này một cách kinh tế.
Việc đốt ngoài trời là một quá trình đốt không kiểm soát, trong đó dioxit cacbon (CO2), sản phẩm chủ yếu trong quá trình đốt được giải phóng vào khí quyển cùng với cacbon monoxide (CO), khí methane (CH4), các oxit nitơ NOx) và một lượng tương đối nhỏ dioxit sulphur (SO2). Tại châu Á dựa 6 trên các công trình nghiên cứu cho thấy, hàng năm nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ước tính đạt 0,37 Tg SO2, 2,8 Tg NOx, 1100 Tg CO2, 67 Tg CO và 3,1 Tg methane (CH4). Ri ng lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trống theo ước tính đạt: 0,10 Tg SO2, 0,96 Tg NOx, 379 Tg CO2, 23 Tg CO và 0,68 Tg CH4 (L ăn Tri, 2013b)[11]. Một phần rơm rạ còn sót lại một cách không kiểm soát tr n đồng ruộng và chưa đốt hết dần dần sẽ được cày lấp vào trong đất để làm phân bón cho vụ sau.
Tỷ lệ phân hủy kỵ khí của chúng phụ thuộc vào hàm lượng ẩm trong đất hay độ ướt của đất trong vụ mùa sắp tới, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng CH4 được giải phóng ra từ quá trình này. Mặc dù việc rơm rạ được trộn vào với đất có thể cung cấp một nguồn chất dinh dưỡng, nhưng nó cũng có thể dẫn đến một số bệnh cho cây và thường ảnh hưởng đến sản lượng do tác động bất lợi ngắn hạn của sự bất ổn định hàm lượng nitơ. Đây là một trong những nguyên nhân giải thích tại sao việc đốt rơm rạ tr n đồng ruộng lại thường được tiến hành để xử lý nguồn phế thải này. Do đó khi chúng ta dùng các loại chế phẩm sinh học để ủ đống, các phế phẩm trong nông nghiệp sẽ tận dụng được những ưu điểm của chúng.
Khi ủ được một thời gian nhất định, sẽ tạo thành mùn hữu cơ. Trong thực tế, đất bị suy giảm chất hữu cơ và sức sản xuất đang là tình trạng của nhiều vùng sản xuất thâm canh cao ở iệt Nam, cũng như nhiều nước tr n thế giới. iệc tăng cường sử dụng các loại phân hữu cơ như phân chuồng, phân xanh, mùn rơm rạ ủ…đang được khuyến khích phát triển mạnh mẽ trong sản xuất trồng trọt, để duy trì và cải tạo sức sống của đất. Nhưng với việc cơ giới hóa trong nông nghiệp như hiện nay, thì nguồn vật liệu hữu cơ ngày càng khan hiếm và cạn kiệt.
ì vậy, việc tìm kiếm vật liệu thay thế là điều kiện ki n quyết để duy trì một nền nông nghiệp bền vững. Những năm trở lại đây việc sản xuất mạ khay ở Thanh Hóa, phát triển rất nhanh. N n nguồn vật liệu hữu cơ dùng làm giá thể ngày một khan hiếm, trong khi đó y u cầu của nguồn vật liệu này là phải không có độc hại cho sản 7 xuất mạ, luôn tạo được độ ẩm, độ tơi xốp nhất định để cho cây mạ phát triển một cách tốt nhất. Chính vì vậy mà việc xử lý rơm rạ thành mùn hữu cơ, phục vụ cho sản xuất giá thể mạ khay, là biện pháp mới trong xử lý và tận dụng rơm rạ theo cách an toàn, thân thiện môi trường nhằm giúp làm giảm được khối lượng rơm rạ đốt ở ngoài trời tr n đồng ruộng.
Khi mà mùn rơm rạ hữu cơ có thể đáp ứng được việc cung cấp dinh dưỡng, tạo độ xốp, giữ ẩm tốt và đặc biệt nó là vật liệu an toàn đã được xử lý sạch mầm bệnh, s n có d làm nhất, hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng cao phù hợp cho cây mạ phát triển tốt. Đồng thời nó sẽ cung cấp được một lượng mùn nhất định cho đồng ruộng, tạo độ tơi xốp trong canh tác và sản xuất lúa sau mỗi vụ. ì vậy việc tiến hành nghi n cứu chuy n sâu về khả năng sử dụng mùn rơm rạ cho sản xuất mạ khay là có cơ sở khoa học và cần thiết góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường khi tận dụng được nguồn phụ phẩm rơm rạ. Tổng quan tài liệu 1.
Các phương thức xử lý và tận dụng nguồn rơm rạ Các phương pháp tận dụng cổ truyền: Theo các dữ liệu thu thập được, cách sử dụng sản phẩm phụ rơm rạ theo truyền thống chủ yếu bao gồm sử dụng để làm củi đốt, làm vật liệu xây dựng, nuôi gia súc và trồng nấm - Lợp nhà: Ở nông thôn, trước đây người nông dân hay sử dụng rơm rạ cũng như lau sậy hay các loại vật liệu tương tự để làm các tấm lợp mái nhà nhẹ và không thấm nước - Làm mũ, dép, xăng dan, bện dây thừng, đệm giường nằm cho con người lót ổ cho vật nuôi - Làm thức ăn cho động vật: Rơm rạ có thể được sử dụng như một thành phần thức ăn thô nuôi gia súc để đảm bảo một lượng năng lượng trong thời gian ngắn. Rơm rạ có một hàm lượng năng lượng và dinh dưỡng có thể ti u hóa được. Lượng nhiệt được sinh ra trong ruột của các con vật ăn cỏ, vì vậy việc ti u hóa rơm rạ có thể hữu ích trong việc duy trì nhiệt độ cơ thể trong thời tiết mùa đông lạnh 8 - Trồng nấm: Việc trồng các loại nấm ăn được bằng các phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ là một quá trình có giá trị gia tăng nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ được coi là phế thải thành thức ăn cho người. Trồng nấm được coi là một trong những phương pháp sinh học tận dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả nhất bởi nguồn đầu mẩu rơm rạ có thể dùng quay vòng lại được Bảng 1.2 dưới đây cho thấy rơm rạ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như trong nông nghiệp, ngành hóa chất, công nghiệp và xây dựng (dẫn theo L ăn Tri, 2012)[9].
Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp Phủ một lớp vật liệu chết (không hoạt động) lên Phủ đất bề mặt đất Quá trình phân giải để khôi phục một phần các phân chất dinh dưỡng và thành phần hữu cơ Lót ổ cho gia súc, gia cầm Phổ biến trong chăn nuôi gia súc, gia cầm Các khối kiển rơm rạ có thể sử dụng trong sản Chất nền trong trồng trọt xuất nhiều loại cây trồng, dưa chuột, cà chua, cây cảnh,. Thường được ứng dụng kết hợp với phương Chống sương giá pháp phủ đất và phân ủ trong khí hậu giá rét Nuôi giun Sử dụng làm phương tiện nuôi giun Rơm rạ nghiền sợi được sử dụng trong gieo hạt Gieo hạt trong nước nước - một quy trình gieo trồng dọc theo các bờ dốc đứng nhằm chống xói mòn Rơm thô hoặc nghiền đều có thể sử dụng trong Trồng cây cảnh nghề trồng cây cảnh Trộn bùn thải Làm vật mang trong ủ và phân hủy bùn cống. Ứng dụng rơm rạ trong lĩnh vực hóa chất Quy trình xử lý Sản phẩm Pentoza, glucoza và linhin, các thành phần Thủy phân tan trong nước. Các quá trình nhiệt phân Khí tổng hợp Xử lý kết hợp Tấm xơ ép và alcohol.
Hòa tan xenluloza nhớt Sợi nhân tạo tổng hợp Linhin bột Chất keo dán Thủy phân axit - lên men Glucoza, xenlobioza hay xiro xyloza Lên men vi sinh Protein đơn bào Single cell protein - SCP) Quá trình Gulf đường hóa song Sản xuất ethanol song và lên men (SSF) Metan và cacbon dioxit cùng với các khí Metan hóa hay ninh yếm khí khác. Tuy có nhiều tiềm năng, nhưng cho đến nay việc khai thác sử dụng rơm ra vẫn còn rất hạn chế. Các nguyên nhân chủ yếu liên quan là: - Các trở ngại về vấn đề kỹ thuật; - Tính khả thi về kinh tế, nhất là li n quan đến các vấn đề thu hoạch, vận chuyển và bảo quản. - Hầu hết các nước trên thế giới đã và đang tìm kiếm các phương pháp tận dụng rơm, rạ và xử lý theo cách an toàn, thân thiện với môi trường.
Có nhiều phương pháp xử lý rơm, rạ như xử lý vật lý, cơ học, sinh học và hoá học…Tuy nhi n, các phương pháp này hầu như đã bị loại bỏ (http://tusach. Tình hình nghiên cứu, ứng ụng k th ật sản ất mạ khay sử ụng mùn rơm rạ ể sản ất mạ khay 1 nh h nh ngh n c nư c ng Ở Nhật Bản, mạ được gieo trên khay, sử dụng loại đất thịt nhẹ hoặc cát pha phơi khô, đập nhỏ, sàng qua sàng thưa. Mỗi khay bón 25 gam đạm urê + 60 gam supe lân + 25 gam kali. Phương pháp gieo mạ khay của Nhật Bản có những ưu điểm như rất chủ động, có thể thúc mạ lên cao, sau 10 ngày mạ có 2,7 lá có thể cao 15-20 cm, mạ chống được rét (do mạ để nảy mầm trong nhà nên không bị chết rét), mạ non, khi cấy hạt thóc còn bám vào cây mạ, cung cấp một lượng dinh dưỡng nhất định cho cây con nên cây mạ không bị chột cho đến khi đạt 3 lá, cây lúa non mọc nhanh, đẻ nhánh sớm.