Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam, lúa nước là cây lương thực chủ lực mang lại sản lượng lớn nhưng đồng thời cũng phát sinh nguồn phế phụ phẩm khổng lồ sau thu hoạch. Theo thống kê của Viện Môi trường Nông nghiệp (2010), lượng phế phụ phẩm từ trồng trọt của cả nước đạt khoảng 61,43 triệu tấn mỗi năm, trong đó rơm rạ chiếm tỷ trọng lớn nhất với 39,98 triệu tấn (tương đương 65,1% tổng lượng phụ phẩm). Trước đây, rơm rạ thường được tận dụng làm chất đốt sinh hoạt hoặc thức ăn gia súc. Tuy nhiên, sự thay đổi về điều kiện kinh tế và việc cơ giới hóa thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp đã khiến rơm rạ bị băm nhỏ, rải rác trên đồng ruộng, gây khó khăn cho việc thu gom thủ công.
Tình trạng đốt rơm rạ ngoài trời diễn ra phổ biến và không kiểm soát, thải vào khí quyển lượng lớn khí nhà kính và chất ô nhiễm như $\text{CO}_2$, $\text{CO}$, $\text{CH}_4$, $\text{NO}_x$, $\text{SO}_2$ (nông nghiệp phát thải tương đương 65 triệu tấn $\text{CO}_2$/năm, chiếm hơn 43% tổng phát thải khí nhà kính toàn quốc). Việc đốt rơm rạ tại ruộng còn làm thay đổi cơ cấu đất, hủy hoại vi sinh vật có ích và làm chai cứng đất canh tác. Song song đó, việc lạm dụng phân bón hóa học làm suy thoái độ phì nhiêu của đất và gia tăng ô nhiễm nguồn nước do rửa trôi nitrat. Xuất phát từ thực tế này, đề tài "Nghiên cứu thu gom phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tái sử dụng làm phân hữu cơ và than sinh học" được thực hiện nhằm tận dụng sinh khối rơm rạ làm phân bón hữu cơ và than sinh học, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hướng đến canh tác nông nghiệp bền vững.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Đánh giá tình hình thu gom, xử lý phế thải nông nghiệp (rơm rạ) tại vùng dự án và tác hại của phương pháp xử lý thông thường đối với môi trường.
- Đánh giá thực trạng sử dụng phân bón và điều tra nguồn sản xuất phân bón tại địa phương.
- Xây dựng mô hình xử lý rơm rạ thành phân hữu cơ và than sinh học; theo dõi, phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả của mô hình trên cây trồng.
- So sánh phương thức xử lý rơm rạ truyền thống của người dân với mô hình tái chế làm phân hữu cơ và than sinh học, từ đó đưa ra khuyến cáo và đề xuất nhân rộng mô hình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Phế phụ phẩm rơm rạ sau thu hoạch lúa; men sinh học tự nhiên và các chế phẩm vi sinh phân giải xenlulozo; đất canh tác và cây lúa vụ Mùa 2014.
- Phạm vi không gian: Xã Lai Cách và xã Cẩm Đoài, huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải Dương.
- Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian 3 tháng, từ ngày 05/05/2014 đến ngày 05/08/2014.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật
- Bản chất sinh khối phụ phẩm nông nghiệp: Rơm lúa chứa $90,8%$ chất khô, $34,3%$ chất xơ, $5,1%$ protein thô; thành phần dinh dưỡng nguyên chất gồm $0,8%\text{ N}$, $0,16 - 0,27%\text{ P}_2\text{O}_5$, $1,4 - 2,0%\text{ K}_2\text{O}$, $0,05 - 0,10%\text{ S}$ và $4 - 7%\text{ Si}$.
- Quá trình ủ phân hữu cơ hiếu khí (Compost): Dựa trên hoạt động của vi sinh vật hiếu khí phân giải hợp chất hữu cơ thành mùn, nước và $\text{CO}_2$. Các thông số kỹ thuật tối ưu theo Tchobanoglous và cộng sự (1993) bao gồm: nhiệt độ duy trì ở mức $55 - 65^\circ\text{C}$ để diệt mầm bệnh; độ ẩm kiểm soát ở $50 - 60%$; tỷ lệ $\text{C/N}$ từ $25 - 50$; kích thước rơm rạ từ $25 - 75\text{ mm}$; độ $\text{pH}$ tối ưu từ $7,0 - 7,5$ (không vượt quá $8,5$ nhằm hạn chế bay hơi $\text{NH}_3$).
- Nguyên lý tạo than sinh học (Biochar): Là sản phẩm carbon đen thu được từ quá trình nhiệt phân sinh khối rơm rạ trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu oxy. Than sinh học có độ xốp cao, giàu carbon bền vững (khả năng cố định carbon đạt $50%$ so với mức $3%$ của kỹ thuật đốt hở truyền thống), giúp nâng cao dung tích hấp thu cation ($\text{CEC}$), trung hòa độ chua ($\text{pH}$) của đất và hạn chế sự rửa trôi các ion dinh dưỡng ($\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$).
| Thông số kỹ thuật quá trình ủ hiếu khí |
Giá trị kiểm soát tối ưu |
| Kích thước nguyên liệu rơm rạ |
$25 - 75\text{ mm}$ |
| Tỷ lệ $\text{C/N}$ |
$25 - 50$ |
| Độ ẩm khối ủ |
$50 - 60%$ (tối ưu $55%$) |
| Nhiệt độ duy trì |
$50 - 55^\circ\text{C}$ (những ngày đầu), $55 - 60^\circ\text{C}$ (những ngày sau) |
| Ngưỡng $\text{pH}$ khối ủ |
$7,0 - 7,5$ (tối đa $8,5$) |
| Lưu lượng cấp khí |
$5 - 10\text{ m}^3\text{ khí/tấn nguyên liệu/giờ}$ |
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, thu thập số liệu: Sử dụng phiếu điều tra phỏng vấn trực tiếp $50$ hộ nông dân tại huyện Cẩm Giàng, kết hợp thu thập số liệu thứ cấp từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện, báo cáo thống kê ngành nông nghiệp và niên giám địa phương.
- Phương pháp thực nghiệm sản xuất:
- Quy trình ủ compost: Xử lý $1$ tấn rơm rạ với $0,2\text{ kg}$ chế phẩm men vi sinh phân giải xenlulozo (hòa tan trong $50$ lít nước) cùng $1\text{ kg}$ phân bón $\text{NPK}$ và phân chuồng bổ sung; ủ thành đống cao $1,5 - 1,6\text{ m}$, rộng $2\text{ m}$, phủ kín bạt nilon giữ nhiệt và đảo trộn sau $10 - 15$ ngày.
- Quy trình nhiệt phân than sinh học: Thiết kế hệ thống nhiệt phân gián tiếp gồm vỏ ngoài bằng lò gạch chịu nhiệt ($\text{đường kính } 60\text{ cm} \times \text{cao } 100\text{ cm}$), bên trong đặt thùng phuy $200\text{ lít}$ chứa $3$ thùng tôn nhỏ đựng nguyên liệu rơm rạ khô ($\text{đường kính } 20\text{ cm} \times \text{cao } 30\text{ cm}$, tải lượng $16\text{ kg/thùng}$, độ ẩm rơm $< 12%$). Hệ thống trang bị ống khói ($\text{đường kính } 10\text{ cm} \times \text{cao } 60\text{ cm}$) và cửa nhóm lửa phía đáy ($20 \times 10\text{ cm}$); thời gian nhiệt phân kéo dài $4$ giờ.
- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm:
- Đo $\text{pH}_{\text{KCl}}$ bằng máy đo $\text{pH}$ (chiết dung dịch $\text{KCl } 1\text{N}$).
- Xác định hàm lượng mùn/chất hữu cơ tổng số ($\text{MO}$) theo phương pháp Tyurin.
- Xác định hàm lượng đạm tổng số ($\text{N}$) theo phương pháp Kjeldahl.
- Xác định hàm lượng lân tổng số ($\text{P}_2\text{O}_5$) bằng phương pháp so màu.
- Xác định dung tích trao đổi cation ($\text{CEC}$) bằng phương pháp amoni axetat.
- Bố trí thí nghiệm đồng ruộng: Thử nghiệm trên quy mô diện tích $1\text{ ha}$ tại $8$ hộ gia đình thuộc xã Lai Cách và Cẩm Đoài; mỗi hộ bố trí hai ô ruộng song song (ô thí nghiệm bón lót phân hữu cơ hoặc than sinh học từ rơm rạ, ô đối chứng canh tác theo tập quán truyền thống không dùng phân tái chế, cùng giống lúa và điều kiện chăm sóc vụ Mùa 2014).
- Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm chuyên dụng Microsoft Excel và SPSS để thống kê mô tả, tính toán giá trị trung bình và phân tích tỷ lệ chênh lệch năng suất.
Nội dung chính theo từng chương
Phần I: Mở đầu
Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và tình trạng gia tăng phế thải nông nghiệp tại Việt Nam. Phân tích thực trạng chuyển dịch năng lượng đun nấu nông thôn sang gas và điện, dẫn đến lượng rơm rạ dư thừa bị đốt hở ngoài đồng ruộng ngày càng nhiều, làm gia tăng phát thải khí nhà kính và thoái hóa đất. Xác lập $2$ mục tiêu chung, $4$ mục tiêu cụ thể, đối tượng nghiên cứu và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài.
Phần II: Tổng quan tài liệu
Tổng hợp cơ sở lý luận về giá trị sinh khối nông nghiệp và cơ sở thực tiễn của việc sử dụng phân bón bền vững. Tổng quan tình hình quản lý phế phụ phẩm trên thế giới (EU, Mỹ, Nhật Bản, Phần Lan, Liên Xô cũ) và Việt Nam. Đi sâu phân tích các yếu tố vật lý, hóa sinh chi phối quá trình ủ hiếu khí (nhiệt độ, độ ẩm, độ xốp, kích thước hạt, tỷ lệ $\text{C/N}$, $\text{pH}$) và đặc tính lý hóa của than sinh học đối với khả năng giữ nước, giữ dưỡng chất và cố định carbon trong đất.
| Nguồn sinh khối nông nghiệp |
Tiềm năng (triệu tấn) |
Tỷ lệ (%) |
| Rơm rạ |
$39,98$ |
$65,10$ |
| Trấu |
$7,99$ |
$13,00$ |
| Bã mía |
$4,45$ |
$7,20$ |
| Thân lõi ngô |
$4,43$ |
$7,20$ |
| Thân lá mía |
$1,20$ |
$1,95$ |
| Nguồn khác |
$3,37$ |
$5,55$ |
| Tổng cộng |
$61,43$ |
$100,00$ |
Phần III: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Xác định địa bàn nghiên cứu tại $2$ xã thuộc huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải Dương; thời gian thực tập và nghiên cứu thực tế tại Viện Môi trường Nông nghiệp. Mô tả chi tiết nội dung và các bước kỹ thuật: phương pháp thu thập dữ liệu xã hội học; quy trình kỹ thuật ủ rơm rạ bằng chế phẩm vi sinh; quy trình thiết kế, vận hành lò nhiệt phân gián tiếp sản xuất than sinh học; các phương pháp hóa lý phân tích mẫu phân bón trong phòng thí nghiệm và phương pháp bố trí thí nghiệm đối chứng trên cây lúa.
Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương này tập trung trình bày các dữ liệu thực nghiệm và kết quả điều tra thực tế thông qua $4$ nội dung chính:
- Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội: Tổng quan đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa và thổ nhưỡng phù sa sông Thái Bình tại Hải Dương; vị trí địa lý, cơ cấu kinh tế và đặc điểm dân sinh của huyện Cẩm Giàng, thị trấn Lai Cách và xã Cẩm Đoài.
- Thực trạng quản lý rơm rạ và sử dụng phân bón:
- Kết quả điều tra $50$ hộ nông dân cho thấy có đến $82%$ số hộ xử lý rơm rạ bằng hình thức đốt tại ruộng, $32%$ sử dụng làm phân bón thủ công và chỉ $2%$ tận dụng làm thức ăn gia súc.
- Về tình hình sử dụng phân bón: $100%$ số hộ dùng phân đạm hóa học, $86%$ dùng phân vi sinh, $82%$ dùng phân $\text{NPK}$, $40%$ dùng phân kali, $32%$ dùng phân lân, trong khi tỷ lệ hộ tự chế biến phân hữu cơ và than sinh học từ rơm rạ chỉ đạt $16%$.
- Về nhận thức: $86%$ số hộ đã từng nghe về phân hữu cơ/than sinh học nhưng chỉ $32%$ nắm rõ cách dùng; $82%$ cho rằng việc đốt rơm rạ lấy tro bón ruộng là cung cấp dinh dưỡng cho đất; $100%$ phản ánh khói đốt rơm gây khó chịu, ngột ngạt nhưng đánh giá thấp tác động của việc đốt rơm đến biến đổi khí hậu.
| Loại phân bón sử dụng |
Số hộ sử dụng ($n = 50$) |
Tỷ lệ (%) |
| Phân đạm |
$50$ |
$100$ |
| Phân vi sinh |
$43$ |
$86$ |
| Phân $\text{NPK}$ |
$41$ |
$82$ |
| Phân kali |
$20$ |
$40$ |
| Phân lân |
$16$ |
$32$ |
| Phân hữu cơ tự chế |
$8$ |
$16$ |
| Than sinh học |
$8$ |
$16$ |
- Hoàn thiện quy trình và chất lượng sản phẩm:
- Phân compost: Sau $30$ ngày ủ hiếu khí có che phủ bạt, màu sắc đống ủ chuyển biến rõ rệt từ màu vàng (ngày $0$) sang nâu (ngày $10 - 15$) và đen mục (ngày $30$). Phân hữu cơ đạt $\text{pH} = 7,19$; hàm lượng hữu cơ tổng số $28,0%$; axit humic $1,18%$; tỷ lệ $\text{C/N} = 30,00$; độ ẩm $49,50%$; đạm tổng số $\text{N} = 1,020%$; lân tổng số $\text{P} = 0,108%$; kali tổng số $\text{K} = 1,067%$; không phát hiện vi khuẩn Salmonella.
- Than sinh học: Sản phẩm than sinh học từ lò nhiệt phân gián tiếp có tính kiềm mạnh ($\text{pH} = 11,15$); hàm lượng carbon tổng số đạt $524,5\text{ g/kg}$; carbon hữu cơ ($\text{OC}$) đạt $41,11%$; hàm lượng đạm tổng số $\text{N} = 0,237\text{ g/kg}$; $\text{P}_2\text{O}_5 = 0,47%$; $\text{K}_2\text{O} = 0,81%$.
| Chỉ tiêu phân tích chất lượng |
Phân hữu cơ compost |
Than sinh học (Biochar) |
| Độ $\text{pH}$ |
$7,19$ |
$11,15$ |
| Hữu cơ tổng số / Carbon tổng số |
$28,0%$ |
$524,5\text{ g/kg}$ |
| Carbon hữu cơ ($\text{OC}$) / Axit humic |
$1,18%$ (Axit humic) |
$41,11%$ ($\text{OC}$) |
| Tỷ lệ $\text{C/N}$ |
$30,00$ |
— |
| Độ ẩm |
$49,50%$ |
$< 12%$ (nguyên liệu đầu vào) |
| Đạm tổng số ($\text{N}$) |
$1,020%$ |
$0,237\text{ g/kg}$ |
| Lân ($\text{P}$ hoặc $\text{P}_2\text{O}_5$) |
$0,108%$ |
$0,47%$ |
| Kali ($\text{K}$ hoặc $\text{K}_2\text{O}$) |
$1,067%$ |
$0,81%$ |
| Vi khuẩn Salmonella |
Không phát hiện |
— |
- Hiệu quả sinh trưởng và năng suất cây lúa:
- Mô hình bón phân compost: Thử nghiệm tại $8$ hộ gia đình cho thấy năng suất lúa bình quân đạt $52,79\text{ tạ/ha}$, cao hơn $8,7%$ so với đối chứng canh tác truyền thống ($48,18\text{ tạ/ha}$). Có $7/8$ hộ ghi nhận năng suất tăng từ $7,5%$ đến $15,1%$; $1$ hộ suy giảm năng suất ($-6,3%$). Tỷ lệ hộ đạt hiệu quả tích cực là $87,5%$.
- Mô hình bón than sinh học: Năng suất lúa bình quân đạt $53,77\text{ tạ/ha}$, tăng $7,4%$ so với đối chứng ($49,25\text{ tạ/ha}$). Có $6/8$ hộ ghi nhận năng suất tăng từ $1,9%$ đến $17,2%$; $2$ hộ suy giảm năng suất (từ $-3,5%$ đến $-9,7%$).
| STT |
Hộ nông dân tham gia thí nghiệm |
Năng suất bón phân hữu cơ (tạ/ha) |
Năng suất đối chứng (tạ/ha) |
Chênh lệch compost (%) |
Năng suất bón than sinh học (tạ/ha) |
Năng suất đối chứng (tạ/ha) |
Chênh lệch biochar (%) |
| 1 |
Hoàng Thị Sinh / Nguyễn Thị Trọn |
$53,30$ |
$47,77$ |
$+10,4$ |
$50,17$ |
$49,19$ |
$+1,9$ |
| 2 |
Nguyễn Thị Hoa / Nguyễn Thị Đức |
$59,23$ |
$52,76$ |
$+10,9$ |
$55,74$ |
$46,17$ |
$+17,2$ |
| 3 |
Nguyễn Thị Phụ / Nguyễn Văn Thiêu |
$53,17$ |
$49,21$ |
$+7,5$ |
$55,57$ |
$49,06$ |
$+11,7$ |
| 4 |
Nguyễn Thị Bến / Nguyễn Thị Thìa |
$51,96$ |
$55,24$ |
$-6,3$ |
$46,25$ |
$47,88$ |
$-3,5$ |
| 5 |
Lê Văn Thắng / Nguyễn Văn Khuê |
$52,97$ |
$46,38$ |
$+12,4$ |
$54,02$ |
$43,15$ |
$+10,9$ |
| 6 |
Nguyễn Văn Lịch / Nguyễn Tuấn Quế |
$50,34$ |
$42,76$ |
$+15,1$ |
$60,74$ |
$54,75$ |
$+9,9$ |
| 7 |
Vũ Văn Thuân / Nguyễn Thị Tuất |
$53,32$ |
$49,12$ |
$+7,9$ |
$60,72$ |
$52,67$ |
$+13,3$ |
| 8 |
Nguyễn Văn Mạnh / Nguyễn Thị Dung |
$48,02$ |
$42,17$ |
$+12,2$ |
$46,97$ |
$51,51$ |
$-9,7$ |
| TB |
Trung bình toàn mô hình |
$52,79$ |
$48,18$ |
$+8,7$ |
$53,77$ |
$49,25$ |
$+7,4$ |
- Hiệu quả kinh tế và môi trường: Khuyến nghị liều lượng bón lót $100\text{ kg/sào}$; việc sử dụng phân bón tái chế giúp cắt giảm chi phí phân hóa học $\text{NPK}$ trong các vụ tiếp theo từ $10%$ (vụ thứ hai) đến $25 - 30%$ ở các vụ mùa sau. Mô hình góp phần giảm phát thải khói bụi, hạn chế thất thoát chất dinh dưỡng và cải tạo lý hóa tính đất trồng lúa.
Phần V: Kết luận và kiến nghị
Tổng kết toàn bộ kết quả thử nghiệm mô hình kỹ thuật chế biến phân compost và than sinh học; nêu bật các ưu điểm về năng suất lúa và cải thiện môi trường nông thôn. Đưa ra các kiến nghị kỹ thuật về việc hoàn thiện khâu thu gom rơm rạ sau máy gặt đập, kiểm soát kỹ thuật nhiệt phân và chuyển giao quy trình cho nông dân trên diện rộng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả nghiên cứu chính
- Xác lập số liệu thực trạng quản lý phụ phẩm tại Hải Dương: Tỷ lệ nông dân đốt rơm rạ ngoài trời chiếm áp đảo ($82%$), tỷ lệ hộ lạm dụng phân đạm vô cơ đạt $100%$, trong khi mức độ tiếp cận công nghệ tái chế phụ phẩm chỉ ở mức $16%$.
- Hoàn thiện quy trình ủ compost quy mô nông hộ: Rơm rạ phối trộn chế phẩm vi sinh ($0,2\text{ kg/tấn}$) và $\text{NPK}$ ($1\text{ kg/tấn}$) sau $30$ ngày phân hủy hoàn toàn thành phân bón có hàm lượng mùn hữu cơ $28,0%$, $\text{pH} = 7,19$, sạch khuẩn gây bệnh Salmonella.
- Xây dựng mô hình lò nhiệt phân gián tiếp bằng vật liệu thùng tôn kết hợp gạch chịu nhiệt, sản xuất thành công than sinh học giàu carbon ($524,5\text{ g/kg}$), tính kiềm cao ($\text{pH} = 11,15$), phù hợp cải tạo đất chua.
- Chứng minh hiệu quả nông học trên cây lúa vụ Mùa 2014: Mô hình bón lót phân compost giúp năng suất lúa trung bình tăng $8,7%$ ($52,79\text{ tạ/ha}$ so với đối chứng $48,18\text{ tạ/ha}$); mô hình bón than sinh học giúp năng suất lúa trung bình tăng $7,4%$ ($53,77\text{ tạ/ha}$ so với đối chứng $49,25\text{ tạ/ha}$).
Giải pháp và kiến nghị của tác giả
- Kỹ thuật thu gom: Cần có cơ chế hoặc cải tiến máy móc thu hoạch để khắc phục tình trạng rơm rạ bị máy gặt đập băm vụn rải rác ngoài đồng, tạo điều kiện thuận lợi cho khâu thu gom sinh khối.
- Quy trình nhiệt phân than sinh học: Nông dân khi vận hành cần kiểm soát nghiêm ngặt độ ẩm nguyên liệu ($< 12%$), canh thời gian cháy âm ỉ ($4$ giờ) và dập lửa bằng hơi ẩm kịp thời khi toàn bộ sinh khối chuyển màu đen để tránh cháy thành tro tàn.
- Chuyển giao và nhân rộng mô hình: Tăng cường tuyên truyền thay đổi nhận thức của người dân về tác hại lâu dài của việc đốt rơm rạ; hỗ trợ kỹ thuật và chế phẩm vi sinh để người dân tự sản xuất phân bón hữu cơ tại chỗ, bón lót với lượng $100\text{ kg/sào}$ nhằm cắt giảm $10 - 30%$ lượng phân hóa học $\text{NPK}$ ở các vụ sau.
Đóng góp về mặt khoa học và thực tiễn
Khóa luận đã kiểm chứng thực nghiệm quy trình công nghệ sinh học và nhiệt phân quy mô nông hộ trên địa bàn tỉnh Hải Dương, cung cấp các thông số phân tích phòng thí nghiệm chính xác về hàm lượng dinh dưỡng ($\text{N, P, K}$, hữu cơ tổng số, axit humic) và độ $\text{pH}$ của sản phẩm tái chế từ rơm rạ, đồng thời đánh giá tác động trực tiếp đến năng suất lúa trên đồng ruộng thực tế.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Thời gian thực tập và nghiên cứu thực địa ngắn ($3$ tháng, từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2014), mới chỉ theo dõi và đánh giá được hiệu quả trên một vụ lúa (vụ Mùa 2014).
- Quy mô khảo sát xã hội học và thí nghiệm đồng ruộng còn hẹp ($50$ hộ điều tra nhận thức và $8$ hộ thử nghiệm canh tác trên diện tích $1\text{ ha}$).
- Khâu thu gom nguyên liệu đầu vào gặp trở ngại lớn do chưa có thiết bị thu gom rơm rạ chuyên dụng đồng bộ với máy gặt đập liên hợp.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục theo dõi tác động tồn dư của phân hữu cơ và than sinh học đối với các chỉ tiêu hóa lý của đất canh tác qua nhiều vụ mùa liên tiếp.
- Nghiên cứu khảo sát định lượng chính xác tỷ lệ cắt giảm phân khoáng vô cơ ($\text{NPK}$) ở các chu kỳ canh tác tiếp theo.
- Hoàn thiện thiết kế cơ khí cho hệ thống lò nhiệt phân để nâng cao công suất, tối ưu hóa quá trình kiểm soát nhiệt độ và thu hồi nhiệt thừa.
Giá trị tham khảo
Tài liệu này cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm và tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên, học viên các ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Nông học, Khoa học Đất và Công nghệ Sinh học làm đề tài tốt nghiệp hoặc tiểu luận chuyên ngành.
- Cán bộ khuyến nông và kỹ thuật viên nông nghiệp tại các địa phương có nhu cầu triển khai mô hình xử lý phụ phẩm rơm rạ thành phân compost và biochar quy mô nông hộ.
- Các nhà nghiên cứu quan tâm đến quy trình kỹ thuật ủ phân hiếu khí bằng chế phẩm vi sinh, cấu tạo lò nhiệt phân gián tiếp bằng thùng phuy và các phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý của phân bón hữu cơ.
Câu hỏi thường gặp
1. Tỷ lệ nông dân xử lý rơm rạ bằng cách đốt tại ruộng ở địa bàn điều tra là bao nhiêu?
Theo kết quả khảo sát $50$ hộ nông dân tại huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải Dương năm 2014, có $41$ hộ xử lý bằng phương pháp đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng, chiếm tỷ lệ $82%$; số hộ sử dụng làm phân bón chiếm $32%$ ($16$ hộ) và chỉ $2%$ ($1$ hộ) tận dụng làm thức ăn gia súc.
2. Hàm lượng các chất dinh dưỡng cơ bản trong phân compost chế biến từ rơm rạ đạt mức nào?
Phân tích tại phòng thí nghiệm Viện Môi trường Nông nghiệp cho thấy phân hữu cơ compost từ rơm rạ sau $30$ ngày ủ đạt $\text{pH} = 7,19$; hàm lượng hữu cơ tổng số là $28,0%$; axit humic $1,18%$; tỷ lệ $\text{C/N} = 30,00$; độ ẩm $49,50%$; đạm tổng số ($\text{N}$) $1,020%$; lân ($\text{P}$) $0,108%$; kali ($\text{K}$) $1,067%$ và không phát hiện vi khuẩn gây bệnh Salmonella.
3. Đặc điểm kỹ thuật chính của hệ thống lò nhiệt phân gián tiếp sản xuất than sinh học trong đề tài là gì?
Hệ thống sử dụng thùng phuy $200\text{ lít}$ đặt trong lò gạch chịu nhiệt ($\text{đường kính } 60\text{ cm} \times \text{cao } 100\text{ cm}$). Bên trong chứa $3$ thùng tôn nhỏ đựng rơm rạ khô ($\text{kích thước } 20 \times 30\text{ cm}$, tải lượng khoảng $16\text{ kg/thùng}$, độ ẩm rơm $< 12%$). Hệ thống có ống khói tôn ($10 \times 60\text{ cm}$), cửa nhóm lửa đáy ($20 \times 10\text{ cm}$) và thời gian nhiệt phân hoàn tất trong khoảng $4$ giờ.
4. Bón lót phân compost và than sinh học từ rơm rạ làm thay đổi năng suất lúa vụ Mùa 2014 như thế nào?
So với tập quán bón phân truyền thống, mô hình bón phân compost giúp năng suất lúa bình quân tăng $8,7%$ ($52,79\text{ tạ/ha}$ so với đối chứng $48,18\text{ tạ/ha}$); mô hình bón than sinh học giúp năng suất lúa bình quân tăng $7,4%$ ($53,77\text{ tạ/ha}$ so với đối chứng $49,25\text{ tạ/ha}$).
5. Khó khăn lớn nhất mà người dân gặp phải khi thực hiện mô hình là gì?
Khó khăn lớn nhất là khâu thu gom rơm rạ do việc sử dụng máy gặt đập liên hợp làm rơm rạ bị băm nhỏ và phun rải rác khắp mặt ruộng. Đối với việc sản xuất than sinh học, người dân gặp khó khăn trong việc canh ngọn lửa cháy âm ỉ và căn chỉnh đúng thời điểm dập lửa bằng hơi ẩm.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Đào Quỳnh Mai đã hệ thống hóa cơ sở khoa học và đánh giá toàn diện thực trạng đốt rơm rạ cùng việc lạm dụng phân bón hóa học tại huyện Cẩm Giàng, tỉnh Hải Dương. Đề tài đã xây dựng thành công hai quy trình kỹ thuật tái chế rơm rạ thành phân compost và than sinh học, xác định đầy đủ các thông số hóa lý dinh dưỡng có giá trị cải tạo đất cao. Kết quả khảo nghiệm trên cây lúa vụ Mùa 2014 khẳng định tính khả thi của mô hình khi nâng cao năng suất lúa từ $7,4%$ đến $8,7%$, mở ra giải pháp thiết thực nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nông thôn và hướng tới canh tác nông nghiệp bền vững.
