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!