Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Huỳnh Thanh Nhàng
• Người hướng dẫn: Ths. Lê Vũ Khánh Trang
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Phân Hữu Cơ Vi Sinh Từ Phân Chim Cút
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. LỜI CAM ĐOAN
• 1.2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 1.3. DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1.4. DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.6. Mục tiêu đề tài
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.8. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.8.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỮU CƠ (COMPOST)
• 1.8.1.1. Định nghĩa phân hữu cơ
• 1.8.1.2. Các quá trình xảy ra trong khi ủ phân
• 1.8.1.3. Các vi sinh vật xuất hiện trong đống ủ
• 1.8.1.3.1. Vi sinh vật trong quá trình hiếu khí
• 1.8.1.3.2. Vi sinh vật trong quá trình kỵ khí
• 1.8.1.4. Ưu điểm của phân hữu cơ
• 1.8.1.5. Nhược điểm của phân hữu cơ
• 1.8.1.6. Các phương pháp ủ phân hữu cơ (compost)
• 1.8.1.7. Một số công nghệ ủ phân hữu cơ (compost) trong và ngoài nước
• 1.8.2. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN COMPOST HIẾU KHÍ
• 1.8.2.1. Các yếu tố vật lý. Kích thước hạt
• 1.8.2.2. Các yếu tố hóa sinh
• 1.8.2.3. Vi sinh vật
• 1.8.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ PHÂN CHIM CÚT
• 1.9. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.9.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.9.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.9.2.1. Các nội dung nghiên cứu
• 1.9.2.2. Bố trí thí nghiệm
• 1.9.2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.9.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.9.3.1. Phương pháp tạo chế phẩm
• 1.9.3.2. Phương pháp hoạt hóa vi sinh vật
• 1.9.3.3. Phương pháp ủ phân
• 1.9.3.4. Phương pháp chuẩn bị nguyên liệu
• 1.9.3.5. Phương pháp phân tích đống ủ
• 1.9.3.6. Phương pháp lấy mẫu
• 1.9.3.7. Phương pháp đo nhiệt độ và pH
• 1.9.3.8. Phương pháp xác định Salmonella sp.
• 1.9.3.9. Phương pháp xác định nitơ tổng số
• 1.9.3.10. Phương pháp xác định phospho tổng số
• 1.9.3.11. Phương pháp xác định cacbon
• 1.9.3.12. Phương pháp xác định kim loại nặng
• 1.9.3.13. Phương pháp xử lý số liệu
• 1.10. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 1.10.1. KẾT QUẢ XỬ LÝ SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU TRƯỚC KHI Ủ
• 1.10.2. Điều chỉnh tỉ lệ C/N
• 1.10.3. Kết quả theo dõi các thông số trong quá trình ủ
• 1.10.4. Kết quả phân tích phân chim cút thành phẩm
• 1.10.5. Phân tích các thông số trong phân hữu cơ sản xuất từ phân chim cút
• 1.10.6. Xây dựng quy trình ủ phân hữu cơ từ phân chim cút
• 1.11. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Tình hình lạm dụng phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật đã làm cho đất đai trở nên bạc màu, thiếu dưỡng chất. Hệ vi sinh vật tự nhiên trong đất bị tiêu diệt, dẫn đến khả năng phân giải chất độc và dư lượng hữu cơ gần như không có. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển của cây trồng, làm giảm năng suất. Phân hữu cơ vi sinh là giải pháp hiệu quả để cải tạo đất, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng. Phân chim cút, với hàm lượng đạm cao, có thể được xử lý để sản xuất phân vi sinh. Việc này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao năng suất cây trồng. Sử dụng phân bón hữu cơ từ phân chim cút sẽ góp phần bảo vệ sức khỏe con người và phát triển nông nghiệp bền vững.

II. Mục tiêu đề tài

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng quy trình ủ phân compost từ phân chim cút và đánh giá chất lượng của sản phẩm sau khi ủ. Quy trình này sẽ giúp người dân có thể tận dụng nguồn phân từ chăn nuôi chim cút, từ đó cải thiện năng suất cây trồng. Việc sản xuất phân bón hữu cơ từ phân chim cút không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin khoa học mới về quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh, mở ra cơ hội thương mại hóa sản phẩm này.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học quan trọng, cung cấp dữ liệu hệ thống về sản xuất phân hữu cơ từ phân chim cút. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp nâng cao nhận thức về việc sử dụng phân bón vi sinh trong nông nghiệp. Về mặt thực tiễn, quy trình sản xuất phân bón hữu cơ từ phân chim cút sẽ giúp người dân có thêm lựa chọn trong việc cải tạo đất và nâng cao năng suất cây trồng. Việc áp dụng quy trình này sẽ giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra sản phẩm nông nghiệp an toàn cho sức khỏe con người.

IV. Tổng quan tài liệu

Phân hữu cơ được định nghĩa là các loại phân được sản xuất từ vật liệu hữu cơ như xác bã thực vật và chất thải động vật. Quá trình ủ phân diễn ra qua nhiều giai đoạn, từ phân hủy protein đến cacbonhydrat. Các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình này, bao gồm vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Phân bón hữu cơ không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây mà còn cải thiện độ phì nhiêu của đất. Tuy nhiên, việc sử dụng phân hữu cơ vi sinh cũng có nhược điểm như hiệu quả chậm và khó thu gom nguyên liệu. Các phương pháp ủ phân hữu cơ hiện nay bao gồm ủ hiếu khí, ủ kị khí và ủ kết hợp.

V. Kết quả và biện luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xử lý phân chim cút trước khi ủ là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng phân bón hữu cơ. Các thông số như tỉ lệ C/N, nhiệt độ và pH trong quá trình ủ cần được theo dõi chặt chẽ. Sản phẩm cuối cùng từ quá trình ủ không chỉ đáp ứng tiêu chuẩn về chất lượng mà còn có khả năng cải tạo đất hiệu quả. Việc áp dụng quy trình này trong thực tiễn sẽ giúp nâng cao năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tạo ra nguồn thu nhập ổn định cho người dân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, việc sử dụng phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật quá mức đã làm đất trồng trở nên bạc màu, thiếu dưỡng chất và suy giảm hệ vi sinh vật có lợi. Tại khu vực Đà Nẵng và miền Trung Tây Nguyên, nghề nuôi chim cút phát triển mạnh, tạo ra lượng lớn chất thải phân chim cút, trong đó chỉ khoảng 30-40% được xử lý đúng cách, còn lại xả thải trực tiếp gây ô nhiễm môi trường. Phân chim cút chứa hàm lượng đạm trên 2%, nhưng nếu không xử lý sẽ phát sinh khí độc và vi sinh vật gây hại, ảnh hưởng tiêu cực đến cây trồng và môi trường. Do đó, nghiên cứu quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút nhằm tận dụng nguồn phân này, cải tạo đất và phát triển nông nghiệp sạch là rất cần thiết.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng quy trình ủ phân compost từ phân chim cút và đánh giá chất lượng phân sau ủ. Nghiên cứu được thực hiện tại thành phố Đà Nẵng trong năm 2018, tập trung vào việc theo dõi các chỉ số nhiệt độ, pH, nitơ tổng số, phospho tổng số, vi sinh vật gây hại và kim loại nặng trong quá trình ủ. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần phát triển khoa học công nghệ trong lĩnh vực công nghệ sinh học mà còn cung cấp quy trình thực tiễn cho người dân và các trang trại chăn nuôi chim cút, hướng tới sản xuất nông nghiệp bền vững, thân thiện môi trường và an toàn thực phẩm.

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 quá trình ủ phân hữu cơ (compost), bao gồm:

• Quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và kỵ khí: Phân hủy protein, cacbonhydrat qua các giai đoạn chuyển hóa phức tạp, tạo ra sản phẩm trung gian như NH4+, CO2, acid hữu cơ và mùn.
• Tỉ lệ C/N: Là chỉ số quan trọng điều chỉnh sự phát triển của vi sinh vật, ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy và chất lượng phân. Tỉ lệ C/N tối ưu cho ủ compost là 25-30.
• Vai trò vi sinh vật: Bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, với sự biến đổi quần thể vi sinh vật theo nhiệt độ và điều kiện môi trường.
• Các yếu tố vật lý và hóa sinh ảnh hưởng: Nhiệt độ, độ ẩm, pH, oxy và kích thước hạt nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả ủ phân.

Các khái niệm chính bao gồm phân hữu cơ vi sinh, quá trình ủ hiếu khí, tỉ lệ C/N, vi sinh vật phân hủy và các chỉ số chất lượng phân compost.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Phân chim cút được thu gom tại các trang trại ở Đà Nẵng, chế phẩm vi sinh vật được lấy từ phòng thí nghiệm khoa Sinh - Môi Trường, Đại học Sư phạm Đà Nẵng.
• Phương pháp tạo chế phẩm vi sinh: Hoạt hóa các chủng vi sinh vật Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum trong môi trường lỏng, phối trộn với giá thể mùn cưa và cám gạo, ủ trong tủ ấm 37°C trong 8 ngày.
• Phương pháp ủ phân: Phân chim cút được xử lý sơ bộ (kích thước hạt 3-4 cm, độ ẩm 60-70%, pH 5-6), phối trộn với vỏ trấu theo tỉ lệ 1:3 để điều chỉnh tỉ lệ C/N về khoảng 25-30. Chế phẩm vi sinh được bổ sung với tỉ lệ 1%. Đống ủ cao 1 m, được che phủ bạt, đảo trộn sau 7 ngày, thời gian ủ 50-60 ngày.
• Phân tích và theo dõi: Lấy mẫu ngẫu nhiên tại nhiều vị trí trong đống ủ, đo nhiệt độ và pH định kỳ 5 ngày/lần. Xác định nitơ tổng số (phương pháp Kjeldahl), phospho tổng số (phương pháp trắc quang), vi sinh vật Salmonella sp. (theo TCVN 4829:2015), kim loại nặng (phổ hấp thu nguyên tử AAS).
• Xử lý số liệu: Mỗi mẫu được lặp lại 3 lần, tính giá trị trung bình, phân tích thống kê bằng MS Excel.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 60 ngày, tập trung vào quá trình ủ và đánh giá chất lượng phân hữu cơ vi sinh sản xuất từ phân chim cút.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Điều chỉnh tỉ lệ C/N: Phân chim cút ban đầu có tỉ lệ C/N thấp (10.64/1), không phù hợp cho ủ compost. Phối trộn với vỏ trấu theo tỉ lệ 1:3 giúp điều chỉnh tỉ lệ C/N về khoảng 25-30, tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển.

2. Biến thiên nhiệt độ: Nhiệt độ đống ủ tăng nhanh trong 10 ngày đầu, đạt đỉnh 63.33°C ở đống ủ có bổ sung chế phẩm vi sinh, cao hơn đống đối chứng (61°C). Nhiệt độ cao giúp phân hủy nhanh và tiêu diệt mầm bệnh. Sau ngày 20, nhiệt độ giảm dần về mức môi trường (34.17°C vào ngày 50 ở đống ủ thực nghiệm, ngày 60 ở đống đối chứng), cho thấy quá trình ủ hoàn thành sớm hơn khi sử dụng chế phẩm vi sinh.

3. Biến đổi pH: pH tăng nhẹ trong 10 ngày đầu (đống ủ đối chứng đạt 6.93, đống ủ thực nghiệm 6.17), sau đó giảm xuống thấp nhất vào ngày 35 (5.1 đối chứng, 5.6 thực nghiệm) do acid hữu cơ sinh ra, rồi tăng trở lại mức trung tính (7.0) vào ngày 60, phù hợp với quá trình amon hóa và ổn định phân.

4. Chất lượng phân thành phẩm: Nitơ tổng số trong phân ủ thực nghiệm đạt 10.5%, cao gấp 4 lần tiêu chuẩn TCVN 7185:2012, phospho tổng số đạt 7.16%, cao gấp gần 3 lần tiêu chuẩn. Kim loại nặng như chì (Pb) thấp hơn nhiều lần so với giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn. Vi sinh vật gây hại Salmonella sp. không phát hiện sau ủ do nhiệt độ cao tiêu diệt.

Thảo luận kết quả

Nhiệt độ cao trong giai đoạn ủ ủng hộ sự phát triển của vi sinh vật ưa nhiệt, thúc đẩy quá trình phân hủy nhanh và hiệu quả. Việc bổ sung chế phẩm vi sinh vật chịu nhiệt như Bacillus subtilis, Streptomyces sp., Trichoderma asperellum giúp duy trì hoạt động vi sinh vật trong điều kiện nhiệt độ cao, rút ngắn thời gian ủ so với đống đối chứng. Sự biến đổi pH theo chu kỳ phản ánh quá trình phân hủy và ổn định phân hữu cơ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ủ compost.

Hàm lượng nitơ và phospho cao trong phân thành phẩm cho thấy phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút có giá trị dinh dưỡng vượt trội, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường do kim loại nặng và vi sinh vật gây hại được kiểm soát tốt. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về phân hữu cơ vi sinh từ chất thải chăn nuôi khác, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của quy trình ủ compost từ phân chim cút.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến thiên nhiệt độ và pH theo thời gian, bảng so sánh hàm lượng dinh dưỡng và kim loại nặng giữa phân ủ thực nghiệm, đối chứng và tiêu chuẩn TCVN, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả quy trình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình ủ compost phân chim cút với tỉ lệ phối trộn 1:3 (phân chim cút : vỏ trấu) và bổ sung chế phẩm vi sinh: Giúp điều chỉnh tỉ lệ C/N, tăng hiệu quả phân hủy, rút ngắn thời gian ủ xuống còn khoảng 50 ngày. Chủ thể thực hiện: các trang trại chăn nuôi chim cút, hợp tác xã nông nghiệp.

2. Đào tạo và hướng dẫn kỹ thuật ủ phân hữu cơ vi sinh: Tổ chức các khóa tập huấn cho nông dân và cán bộ kỹ thuật về quy trình ủ, quản lý nhiệt độ, pH và độ ẩm trong đống ủ để đảm bảo chất lượng phân. Thời gian: trong vòng 6 tháng đầu sau khi có quy trình hoàn chỉnh.

3. Xây dựng hệ thống thu gom và xử lý phân chim cút tập trung: Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tận dụng nguồn phân thải hiệu quả. Chủ thể thực hiện: chính quyền địa phương phối hợp với các hợp tác xã và doanh nghiệp.

4. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển thêm các chế phẩm vi sinh vật chịu nhiệt cao: Nâng cao hiệu quả ủ compost trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, tăng khả năng kháng bệnh và cải thiện chất lượng phân. Thời gian: nghiên cứu liên tục trong 1-2 năm.

5. Kiểm soát chất lượng phân hữu cơ vi sinh trước khi đưa ra thị trường: Đảm bảo không có vi sinh vật gây hại và kim loại nặng vượt ngưỡng, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và môi trường. Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý nhà nước và doanh nghiệp sản xuất phân bón.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nông dân và chủ trang trại chăn nuôi chim cút: Áp dụng quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh để xử lý chất thải, cải tạo đất, nâng cao năng suất cây trồng và giảm chi phí phân bón hóa học.

2. Các hợp tác xã và doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ: Nghiên cứu và phát triển sản phẩm phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút, mở rộng thị trường phân bón sạch, thân thiện môi trường.

3. Cán bộ kỹ thuật và chuyên gia nông nghiệp: Tham khảo quy trình kỹ thuật ủ compost, quản lý vi sinh vật và các chỉ số chất lượng phân để tư vấn và hỗ trợ nông dân.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học, môi trường: Tìm hiểu về quá trình ủ phân hữu cơ, vai trò vi sinh vật trong phân hủy chất hữu cơ và ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải điều chỉnh tỉ lệ C/N trong quá trình ủ phân?
   Tỉ lệ C/N ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật phân hủy. Tỉ lệ quá thấp gây mất đạm do bay hơi NH3, tỉ lệ quá cao làm chậm phân hủy. Điều chỉnh tỉ lệ C/N về 25-30 giúp quá trình ủ hiệu quả và phân chất lượng cao.

2. Chế phẩm vi sinh vật nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Các chủng Bacillus subtilis, Streptomyces sp. và Trichoderma asperellum được hoạt hóa và bổ sung nhằm tăng cường khả năng phân hủy, chịu nhiệt và cải thiện chất lượng phân hữu cơ.

3. Thời gian ủ phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút là bao lâu?
   Thời gian ủ khoảng 50-60 ngày, trong đó sử dụng chế phẩm vi sinh giúp rút ngắn thời gian ủ so với phương pháp truyền thống.

4. Phân hữu cơ vi sinh có an toàn cho cây trồng và môi trường không?
   Phân sau ủ không phát hiện vi sinh vật gây hại Salmonella sp., hàm lượng kim loại nặng thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn khi sử dụng trong nông nghiệp.

5. Làm thế nào để kiểm soát nhiệt độ và pH trong quá trình ủ?
   Theo dõi định kỳ nhiệt độ và pH, thực hiện đảo trộn đống ủ để cung cấp oxy, giảm nhiệt độ dư thừa và duy trì pH trong khoảng 6-8 giúp vi sinh vật hoạt động hiệu quả.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút với tỉ lệ phối trộn 1:3 phân chim cút và vỏ trấu, bổ sung chế phẩm vi sinh.
• Quá trình ủ diễn ra hiệu quả với nhiệt độ đạt đỉnh trên 60°C, pH ổn định, thời gian ủ rút ngắn còn khoảng 50 ngày.
• Phân thành phẩm có hàm lượng nitơ và phospho cao vượt tiêu chuẩn, không phát hiện vi sinh vật gây hại và hàm lượng kim loại nặng an toàn.
• Quy trình góp phần xử lý chất thải chăn nuôi, cải tạo đất, phát triển nông nghiệp sạch và bền vững.
• Đề xuất triển khai áp dụng quy trình tại các trang trại và hợp tác xã, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao hiệu quả và mở rộng ứng dụng.

Hãy bắt đầu áp dụng quy trình ủ phân hữu cơ vi sinh từ phân chim cút để góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỮU CƠ (COMPOST) 1. Định nghĩa phân hữu cơ Phân hữu cơ là tên gọi chung cho các loại phân được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ như: xác bã thực vật, chất thải động vật, phế phẩm nông nghiệp hay công nghiệp bị chôn vùi trực tiếp vào đất hoặc ủ thành phân.

Sau khi phân giải có khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây. Quan trọng hơn nữa là có khả năng tái tạo lớn. Phân hữu cơ không những làm tăng năng suât cây trồng mà còn có khả năng tăng hiệu quả của phân bón hóa học, cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Kinh nghiệm trong quá trình sử dụng, nghiên cứu phân bón cho thấy để đảm bảo năng suất cao và ổn định, việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng chỉ dựa vào phân vô cơ là chưa đủ mà phải có hữu cơ ít nhất 25% trong tổng số dinh dưỡng.

Chất hữu cơ có tỷ lệ C/N cao được vùi trực tiếp trong đất không qua xử lý, chức năng chủ yếu cải tạo đất thì được gọi là chất hữu cơ cải tạo đất. Chất hữu cơ thông qua xử lý hoặc không qua xử lý có tỷ lệ C/N thấp thì được gọi là phân hữu cơ [11]. Phân hữu cơ ảnh hưởng đến sự tuần hoàn nước trong đất, làm cho nước thấm vào đất thuận lợi, khả năng giữ nước của đất cao, việc bốc hơi bề mặt giảm đi, ngoài ra còn hạn chế đóng váng bề mặt. Bên cạnh đó, phân hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi và nâng cao độ phì nhiêu của đất thoái hóa.

Khối lượng phân hữu cơ vùi vào đất càng lớn thì độ phì nhiêu phục hồi càng nhanh [12]. Sau khi vùi phân hữu cơ vào đất thì tập đoàn sinh vật đất phát triển rất nhanh, làm phong phú thêm tập đoàn sinh vật đất có lợi cũng như có hại. Chất hữu cơ là môi trường sống tốt cho sinh vật sống và phát triển nhanh chóng, chất mùn từ phân chuồng làm tăng hiệu quả cố định đạm của Rhizobium sp. và Azotobactor sp.

và khả năng nitrat của đất cũng tăng lên. Phân hữu cơ là sản Luan van 8 phẩm năng lượng, là nguồn thức ăn đối với vi khuẩn đất và cũng là nguồn cung cấp vi sinh vật cho đất [9]. Nhờ acid humic trong phân hữu cơ mà nó giúp cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng, các chất hữu cơ cũng là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây do mùn bị phân hủy và tan các chất vô cơ trong đất. Chất hữu cơ không chỉ là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng mà còn giúp đạt năng suất cao nhất nhờ con đường khoáng hóa và cải tạo tính chất lý, hóa của đất.

Nguồn đạm bổ sung cho đất chủ yếu dựa vào nguồn phân hữu cơ và sự cố định đạm của các vi sinh vật sống trong đất. Ngoài ra, bản thân phân hữu cơ có chứa các nguyên tố N, P, K, Ca, Mg và nhiều nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng [15]. Các quá trình xảy ra trong khi ủ phân Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong phân diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian. Quá trình phân hủy protein: Protein  peptides  amino acid  hợp chất ammonium  nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3.

Quá trình phân hủy cacbonhydrat: Cacbonhydrat  đường đơn  acid hữu cơ  CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn. Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rất phức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết [14]. Một cách tổng quát căn cứ trên sự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ thành các pha sau: Pha thích nghi là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi với môi trường mới. Pha tăng trưởng đặc trưng với sự tăng nhiệt độ do quá trình phân hủy sinh học.

Pha ưa nhiệt là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất. Đây là giai đoạn ổn định phân và tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hiệu quả nhất. Phản ứng hóa sinh xảy ra Luan van 9 trong quá trình ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi hai phương trình sau: COHNS + O2 + VSV hiếu khí  CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng COHNS + VSV kỵ khí  CO2 + H2S + NH3 + CH4 + sản phẩm khác + năng lượng Pha trưởng thành là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệt độ môi trường. Trong pha này quá trình phân hủy diễn ra chậm, thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chất mùn), các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ…) và cuối cùng thành mùn.

Ngoài ra còn xảy ra các phản ứng nitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn định chất thải) bị oxi hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat (NO3- ): NH4+ + 3/2 O2  NO2- + 2H+ + H2O NO2- +1/2 O2  NO3- Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O Mặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặt trưng cho quá trình tổng hợp: NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O  C5H7NO2 + 5O2 Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau: 22NH4+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3-  21NO3- + C5H7NO2 + 20H2O + 42H+ Hình 1. Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ Luan van 10 1. Các vi sinh vật xuất hiện trong đống ủ Trong quá trình ủ phân thông thường sẽ có hai quá trình xảy ra là quá trình hiếu khí và quá trình kị khí, tùy theo mỗi quá trình mà sẽ có những vi sinh vật phát triển đặc trưng cho quá trình đó. Vi sinh vật trong quá trình hiếu khí Quá trình ủ hiếu khí có sự tham gia của oxy không khí.

Ở giai đoạn này các vi sinh vật hiếu khí đóng vai trò chủ yếu, sau đó là các vi sinh vật kị khí tùy tiện tham gia. Các vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt không tham gia trong giai đoạn này. Vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm (trừ nấm men) đều tham gia vào quá trình phân giải các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí. Nấm men chỉ sử dụng được đường đơn, đường đôi và ít phần đường ba, còn phân hủy các hợp chất cao phân tử thì rất ít chủng có khả năng này.

Ở trong đất thấy đủ các nhóm vi sinh vật. Đối với đất thường xuyên canh tác nhiều mùn tơi xốp, trung tính ta thấy số lượng vi sinh vật rất phong phú. Lớp trên cùng khi cày xới bị ánh sáng mặt trời chiếu rọi, số lượng vi sinh vật ít, nhưng lớp dưới khoảng 20cm thì rất nhiều. Ở đây ta thấy đủ mặt vi khuẩn, vi nấm và xạ khuẩn.

Xạ khuẩn và nấm mốc là những vi sinh vật hiếu khí. Ở trong đất chúng cùng với vi khuẩn đóng vai trò quan trọng làm tăng độ phì của đất cũng như làm sạch các chất ô nhiễm. Trong đống ủ phân compost thì vi nấm và xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong phân giải glucan và xylan. Đối với những vật liệu có độ ẩm từ 35%, vi nấm sẽ phát triển trước tiên, nếu độ ẩm tăng lên nữa thì vi khuẩn sẽ phát triển cùng với nấm mốc và xạ khuẩn.

Trong số nấm mốc thì các nấm sợi thuộc lớp nấm bất toàn (Deutromycetes sp.) và giống nấm túi (Ascomycetes sp.) phát triển ở pH khá rộng (2 – 11). Các chi nấm sợi thường gặp như: Aspergillus sp, Penicillium sp, và Trichoderma Luan van 11 sp., … đây là những chủng nấm có khả năng sinh enzyme glucanase và xylanase phân hủy xenlulozơ và hemixenlulozơ [16]. Vi sinh vật trong quá trình kỵ khí Bacillus sp. và Pseudomonas sp.

khá phổ biến. Ngoài ra còn có Achoromobacter sp. Người ta còn thấy nhóm cổ khuẩn ưa nhiệt cũng xuất hiện trong giai đoạn này. Xạ khuẩn có các giống Micromonospora sp.

Trong thực tế, các loại đống ủ xác động vật, thực vật khó có điều kiện kị khí tuyệt đối. Trong đống ủ thường có các khe hở và dù đống ủ được phủ kín, kể cả chôn lấp thì vẫn có không khí. Vì vậy thời gian đầu các đống ủ, bể ủ này thường xảy ra các quá trình hiếu khí và khi không khí hết, CO2 sinh ra choáng chỗ môi trường sẽ chuyển sang kị khí ở bên trong đống ủ, còn bên ngoài vẫn có thể là hiếu khí. Các vi sinh vật phát triển trong giai đoạn này là nhóm vi hiếu khí, kị khí nghiêm ngặt và vẫn có sự có mặt của nhóm vi sinh vật hiếu khí (bên ngoài của đống ủ) nhưng tất cả đều thuộc nhóm ưa ấm (40 – 50oC) hay ưa nhiệt độ cao (>50oC) [20].

Những loài nấm ưa nhiệt thường xuất hiện như Chaetonium thermophile, Humicola insolens, Humicola lanuginosus, Thermoascus aurantiacus, Pealomyces-giả nấm và Aspergillus fumigatus,… chúng tham gia vào quá trình phân giải tiếp tục xenlulozơ, hemixenlulozơ trong đống ủ. Những vi khuẩn xuất hiện ở giai đoạn này như Pseudomonas denitrificans, Bacillus licheniformis, Thiobacillus denitrificans, Ruminococcus flavefeciens, R. parvum, Bacteroides succinpgenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium cellobioparum, Methanobacterium omelianskii, Methanosarcina Luan van 12 barkerlii, Methanopropionicum,…Những vi khuẩn này bên cạnh khả năng tiết enzyme phân giải glucan va xylan chúng còn có khả năng khử NO3- thành N2, SO42- thành H2S, khử H2S thành S và biến đổi các chất hữu cơ như acid propionic, acid acetic, acid butyric…thành khí metan CH4 vì vậy bên cạnh phân hữu cơ người ta còn thu được cả khí đốt trong quá trình ủ phân compost từ rác thải và phân [16]. Ưu điểm của phân hữu cơ Phân bón hữu cơ được bán rộng rãi trên thị trường thế giới.

Sử dụng phân bón hữu cơ có thể tăng năng suất cây trồng lên rất nhiều. Sử dụng phân bón vi sinh giúp trả lại độ phì nhiêu cho đất bằng cách làm tăng hàm lượng phospho và kali dễ tan trong đất canh tác. Các nhà khoa học đã kết luận: sử dụng phân hữu cơ vi sinh làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giảm ô nhiễm của hàm lượng NO3-. Điều này cũng có nghĩa phân hữu cơ vi sinh đã góp phần quan trọng trong việc cải tạo đất, đáp ứng cho một nền nông nghiệp hữu cơ bền vững, xanh sạch và an toàn.

Góp phần làm giảm các vấn đề ô nhiễm môi trường, ít gây nhiễm độc hoá chất trong các loại nông sản thực phẩm so với sử dụng phân bón hóa học. Giá thành hạ. Có thể sản xuất được tại địa phương và giải quyết được việc làm cho một số lao động, ngoài ra cũng giảm được một phần chi phí ngoại tệ nhập khẩu phân hoá học.