Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng bằng một số loại chế phẩm sinh học tại xã sơn thành huyện nho quan tỉnh ninh bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng bằng một số loại chế phẩm sinh học tại xã, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Lê Thị Thu Thảo
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Minh Cảnh
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Địa chính Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng bằng một số loại chế phẩm sinh học tại xã Sơn Thành, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
• 1.1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.1.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở khoa học và cơ sở pháp lý xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm sinh học
• 2.1.1. Cơ sở khoa học xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm sinh học
• 2.1.2. Cơ sở pháp lý xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm sinh học
• 2.2. Thực trạng sản xuất lúa gạo và phế thải đồng ruộng trên Thế giới và ở Việt Nam
• 2.2.1. Thực trạng sản xuất lúa gạo trên Thế giới và ở Việt Nam
• 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Phạm vi, thời gian nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại xã Sơn Thành
• 3.5. Thực trạng sản xuất, quản lý xử lý tàn dư rơm rạ tại xã Sơn Thành
• 3.6. Nghiên cứu ứng dụng một số loại chế phẩm sinh học đến xử lý tàn dư rơm rạ
• 3.7. Phương pháp nghiên cứu
• 3.7.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp: thu thập từ các nguồn có sẵn
• 3.7.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp: phỏng vấn, điều tra, quan sát thực tế
• 3.7.3. Thiết kế công thức thí nghiệm
• 3.7.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đống ủ
• 3.7.5. Phương pháp phân tích tổng hợp số liệu
• 3.7.6. Phương pháp xử lý số liệu thống kê
• 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ở xã Sơn Thành
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Kinh tế - xã hội
• 4.2. Thực trạng sản xuất quản lý xử lý rơm rạ trên đồng ruộng tại xã Sơn Thành
• 4.2.1. Tình hình sản xuất và lượng phế thải trong sản xuất nông nghiệp theo điều tra thực tế
• 4.2.2. Ý thức của người dân về xử lý phế thải đồng ruộng
• 4.3. Hiệu quả của việc xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm vi sinh
• 4.3.1. Chế phẩm vi sinh vật
• 4.3.2. Xây dựng đống ủ
• 4.3.3. Hiệu quả xử lý rơm rạ bằng chế phẩm vi sinh
• 4.3.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế, xã hội, môi trường
• 4.3.4.1. Hiệu quả về xã hội
• 4.3.4.2. Hiệu quả về môi trường
• 4.3.4.3. Hiệu quả về kinh tế
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng chế phẩm sinh học để xử lý tàn dư rơm rạ tại xã Sơn Thành, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ rơm rạ sau thu hoạch đã trở thành thách thức lớn đối với nông nghiệp bền vững và môi trường nông thôn. Việc đốt rơm rạ hoặc vứt bỏ trên đồng ruộng không chỉ gây ô nhiễm không khí mà còn làm suy giảm chất lượng đất. Nghiên cứu này nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả thông qua việc sử dụng chế phẩm sinh học để phân hủy rơm rạ, góp phần bảo vệ môi trường và tăng cường năng suất cây trồng.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là điều tra lượng tàn dư rơm rạ phát sinh từ hoạt động sản xuất nông nghiệp tại xã Sơn Thành và đánh giá hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm sinh học trong việc xử lý rơm rạ. Nghiên cứu cũng hướng đến việc đề xuất các giải pháp quản lý chất thải nông nghiệp hiệu quả, góp phần phát triển nông thôn bền vững.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc áp dụng công nghệ sinh học vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp. Việc xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn phân bón hữu cơ, giúp tăng cường năng suất cây trồng và giảm chi phí đầu tư phân bón hóa học.

II. Cơ sở khoa học và pháp lý

Nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học về khả năng phân hủy xenluloza, hemixenluloza, và lignin trong rơm rạ bởi các vi sinh vật. Các chế phẩm sinh học chứa vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất này, giúp chuyển hóa rơm rạ thành chất hữu cơ có ích cho đất. Về mặt pháp lý, nghiên cứu tuân thủ các quy định của Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014 và các thông tư liên quan đến quản lý chế phẩm sinh học.

2.1. Cơ sở khoa học

Xenluloza là thành phần chính của rơm rạ, chiếm 35-50% khối lượng khô. Vi sinh vật trong chế phẩm sinh học sản xuất enzyme phân giải xenluloza, giúp chuyển hóa nó thành các chất hữu cơ đơn giản. Quá trình này diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí, tùy thuộc vào loại vi sinh vật sử dụng.

2.2. Cơ sở pháp lý

Nghiên cứu tuân thủ các quy định pháp lý như Thông tư 19/2010/TT-BTNMT về đăng ký lưu hành chế phẩm sinh học và Nghị định 35/2015 về quản lý đất trồng lúa. Các quy định này đảm bảo tính hợp pháp và an toàn trong việc ứng dụng chế phẩm sinh học vào thực tiễn.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp điều tra thực tế và thí nghiệm để đánh giá hiệu quả của chế phẩm sinh học trong việc xử lý rơm rạ. Các chỉ tiêu như nhiệt độ, độ ẩm, và thành phần hóa học của đống ủ được theo dõi và phân tích để đánh giá chất lượng phân bón hữu cơ thu được.

3.1. Thu thập số liệu

Số liệu được thu thập thông qua điều tra 65 hộ dân tại xã Sơn Thành về lượng rơm rạ phát sinh và phương pháp xử lý hiện tại. Các thông tin này giúp xác định hiện trạng và nhu cầu cải thiện quản lý chất thải nông nghiệp.

3.2. Thí nghiệm ủ rơm rạ

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách ủ rơm rạ với các loại chế phẩm sinh học khác nhau. Quá trình ủ được theo dõi thông qua các chỉ tiêu như nhiệt độ, độ ẩm, và thời gian phân hủy. Kết quả phân tích cho thấy hiệu quả của từng loại chế phẩm sinh học trong việc chuyển hóa rơm rạ thành phân bón hữu cơ.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng chế phẩm sinh học giúp phân hủy rơm rạ nhanh chóng và hiệu quả. Phân bón hữu cơ thu được từ quá trình ủ có chất lượng cao, giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất và tăng cường năng suất cây trồng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng phương pháp này có hiệu quả kinh tế cao, giảm chi phí đầu tư phân bón hóa học.

4.1. Hiệu quả môi trường

Việc xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học giúp giảm thiểu ô nhiễm không khí và đất, góp phần bảo vệ môi trường nông thôn. Phương pháp này cũng giúp tái chế rơm rạ thành nguồn tài nguyên hữu ích, thúc đẩy nông nghiệp bền vững.

4.2. Hiệu quả kinh tế

Nghiên cứu tính toán hiệu quả kinh tế của việc xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học, cho thấy chi phí đầu tư thấp hơn so với việc sử dụng phân bón hóa học. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra nguồn thu nhập từ việc bán phân bón hữu cơ.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường từ phế thải nông nghiệp sau thu hoạch là một trong những thách thức sinh thái nghiêm trọng tại khu vực nông thôn Việt Nam. Tại xã Sơn Thành (huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình), một địa phương thuần nông có diện tích đất sản xuất nông nghiệp đạt 355,79 ha chuyên canh lúa nước hai vụ/năm, quá trình thâm canh tăng vụ và dồn điền đổi thửa đã làm gia tăng đáng kể khối lượng phụ phẩm rơm rạ. Sự thay đổi trong cơ cấu năng lượng nông thôn (chuyển sang dùng gas, than, điện thay cho chất đốt truyền thống) khiến rơm rạ không còn được thu gom làm nhiên liệu hay thức ăn gia súc với tỷ lệ lớn như trước. Phần lớn phế thải bị đốt trực tiếp ngoài đồng ruộng hoặc vứt bừa bãi xuống hệ thống kênh mương tưới tiêu, làm tắc nghẽn dòng chảy, gây khói bụi, thất thoát dinh dưỡng khoáng trong đất (đặc biệt là kali và silic) và phát thải lượng lớn khí nhà kính. Khóa luận được thực hiện nhằm đánh giá thực trạng phát sinh tàn dư rơm rạ và thử nghiệm giải pháp sinh học để tái sử dụng nguồn phụ phẩm này thành phân bón hữu cơ.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Điều tra lượng tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng phát sinh từ hoạt động sản xuất nông nghiệp tại xã Sơn Thành, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình.
2. Đánh giá hiệu quả xử lý tàn dư rơm rạ bằng một số loại chế phẩm sinh học (EM và Emina) phục vụ sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu:

• Sử dụng phiếu điều tra nông hộ để khảo sát tình hình phát sinh và các hình thức xử lý tàn dư rơm rạ tại địa phương.
• Tiến hành đo đạc, tính toán lượng phế thải thực tế trên đồng ruộng theo mùa vụ.
• Thiết kế mô hình ủ rơm rạ bằng chế phẩm vi sinh vật kết hợp phụ gia, theo dõi diễn biến nhiệt độ và phân tích các chỉ tiêu hóa lý của phân ủ trước và sau 45 ngày thí nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Tàn dư rơm rạ từ sản xuất lúa và hai loại chế phẩm sinh học gồm chế phẩm EM (Effective Microorganisms) và chế phẩm Emina (Effective Microorganisms of Institute of Agrobiology).
• Phạm vi không gian: Địa bàn xã Sơn Thành, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình.
• Phạm vi thời gian: Nghiên cứu và theo dõi thực nghiệm được triển khai từ tháng 9/2015 đến tháng 11/2015.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở khoa học và pháp lý

Quá trình phân giải tàn dư thực vật dựa trên hoạt động chuyển hóa sinh hóa của hệ vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí đối với các thành phần cao phân tử cấu tạo vách tế bào thực vật:

• Xenluloza: Hợp chất cao phân tử mạch thẳng cấu tạo từ các mắt xích $\beta$-D-Glucose qua liên kết $\beta$-1,4 glucoside với công thức $[C_6H_7O_2(OH)_3]_n$ ($n = 5000 - 14000$), chiếm 35% - 50% khối lượng khô sinh khối. Quá trình khoáng hóa diễn ra nhờ hệ enzyme cellulase của vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn.
• Hemixenluloza: Polysaccharide mạch phân nhánh ngắn (~150 gốc đường, liên kết $\beta$-1,4, $\beta$-1,5, $\beta$-1,6 glucoside) với thành phần chủ yếu trong rơm rạ là xylan (chiếm trên 30%), dễ bị thủy phân hơn xenluloza dưới tác dụng của enzyme xylanase.
• Lignin: Hợp chất trùng hợp có cấu trúc mạch thơm phức tạp (công thức tổng quát $C_{18}H_{30}O_{15}$), liên kết chặt chẽ với xenluloza và hemixenluloza, có khả năng bị phân giải bởi nấm mục trắng (Basidiomycetes) và các chi vi khuẩn như Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium.

Khung pháp lý áp dụng: Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014; Thông tư số 19/2010/TT-BTNMT (quy định đăng ký lưu hành chế phẩm sinh học trong chất thải tại Việt Nam); Thông tư số 23/2015/TT-BNNPTNT; Thông tư số 26/2011/TT-BTNMT; Thông tư số 51/2009/TT-BNNPTNT; Nghị định số 35/2015/NĐ-CP (về quản lý và sử dụng đất trồng lúa); Nghị định số 80/2006/NĐ-CP, Nghị định số 21/2008/NĐ-CP, Nghị định số 25/2008/NĐ-CP, Nghị định số 117/2009/NĐ-CP và Nghị định số 199/2013/NĐ-CP.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

• Thu thập dữ liệu thứ cấp: Số liệu niên giám thống kê, báo cáo kinh tế - xã hội của UBND xã Sơn Thành, tài liệu khoa học và số liệu thống kê sản xuất lúa gạo của FAO, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
• Thu thập dữ liệu sơ cấp: Điều tra phỏng vấn trực tiếp 65 hộ nông dân tại 13 thôn của xã Sơn Thành (mỗi thôn chọn ngẫu nhiên 5 hộ) bằng bảng hỏi có sẵn nhằm thu thập thông tin về diện tích canh tác, năng suất, lượng phế thải phát sinh và tập quán xử lý phụ phẩm.
• Bố trí thí nghiệm ủ rơm rạ: Thí nghiệm gồm 3 công thức với quy mô 3 tạ rơm rạ/đống ủ:
  • Công thức đối chứng (CT1): 3 tạ rơm rạ + phụ gia (30 kg phân gà, 3 kg phân lân, 0,6 kg đạm urê, 0,3 kg kali) + nước giữ ẩm + phủ bạt nilon (không bổ sung chế phẩm vi sinh).
  • Công thức 2 (CT2): 3 tạ rơm rạ + phụ gia tương tự CT1 + 2 lít dung dịch chế phẩm vi sinh vật EM (cung cấp bởi Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên).
  • Công thức 3 (CT3): 3 tạ rơm rạ + phụ gia tương tự CT1 + 1 lít dung dịch chế phẩm vi sinh vật Emina (Viện Sinh học Nông nghiệp – Học viện Nông nghiệp Việt Nam).
• Phương pháp phân tích chỉ tiêu:
  • Nhiệt độ đống ủ: Đo trực tiếp bằng nhiệt kế $100^\circ\text{C}$ ở độ sâu 1 m tại 3 vị trí (giữa và hai bên đống ủ lấy trung bình) vào 10h00 sáng; đo hàng ngày trong 10 ngày đầu và định kỳ 5 ngày/lần cho đến ngày thứ 45.
  • pH: Đo bằng máy đo pH meter.
  • Hàm lượng Mùn (%): Phân tích theo phương pháp tiêu chuẩn phòng thí nghiệm.
  • Hàm lượng Nitơ tổng số (N %): Phương pháp Kjeldahl (vô cơ hóa mẫu bằng $H_2SO_4$ đặc có xúc tác).
  • Hàm lượng Phốt pho tổng số ($P_2O_5$ %): Phương pháp so màu quang phổ sau khi công phá mẫu bằng hỗn hợp $H_2SO_4 + HClO_4$.
  • Hàm lượng Phốt pho dễ tiêu ($P_2O_5$ mg/100g): Kết tủa phosphat dưới dạng magie-amoni phosphat và nung cân dưới dạng $Mg_2P_2O_7$.
  • Xử lý số liệu: Tính toán và xử lý thống kê mô tả trên phần mềm Microsoft Excel.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu trong bối cảnh sản xuất nông nghiệp thâm canh tạo ra lượng phế thải hữu cơ lớn nhưng chưa có quy trình xử lý triệt để tại xã Sơn Thành. Xác định rõ mục tiêu, 3 yêu cầu nghiên cứu cụ thể và ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc cung cấp cơ sở dữ liệu về quản lý chất thải nông nghiệp và giải pháp ủ phân vi sinh tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

• Tổng hợp cơ sở lý thuyết về cấu trúc phân tử xenluloza, hemixenluloza, lignin và cơ chế enzyme phân giải chất xơ của các nhóm vi sinh vật hiếu khí/kỵ khí.
• Hệ thống hóa văn bản quy phạm pháp luật của Việt Nam về bảo vệ môi trường nông nghiệp và quản lý chế phẩm sinh học xử lý chất thải.
• Thống kê hiện trạng sản xuất lúa gạo thế giới năm 2013–2014 (sản lượng toàn cầu đạt 496,6–497,5 triệu tấn gạo; các nước sản xuất lớn gồm Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Việt Nam, Thái Lan) và sản lượng lúa Việt Nam năm 2014 đạt 44,84 triệu tấn trên 7,8 triệu ha.
• Đánh giá các phương thức xử lý rơm rạ truyền thống và hiện đại (đốt đồng, cày vùi, làm thức ăn gia súc, trồng nấm, ủ phân hữu cơ bằng chế phẩm Biomix-RR, Trichoderma).

Phần 3: Đối tượng, phạm vi, nội dung, phương pháp nghiên cứu

Quy định chi tiết đối tượng khảo sát (rơm rạ và 2 loại chế phẩm EM, Emina), thời gian nghiên cứu (tháng 9–11/2015), nội dung điều tra thực địa 13 thôn tại xã Sơn Thành, phương pháp điều tra chọn mẫu 65 nông hộ, thiết kế 3 công thức thí nghiệm ủ đống (mỗi đống 3 tạ rơm rạ kèm phân gà và phân bón NPK) và quy trình chuẩn phân tích các chỉ tiêu nhiệt độ, pH, mùn, N, $P_2O_5$ tổng số và dễ tiêu.

Phần 4: Kết quả đạt được

Chương này trình bày toàn bộ số liệu điều tra hiện trạng địa phương và kết quả phân tích thực nghiệm:

1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội xã Sơn Thành

• Tổng diện tích tự nhiên: 501,93 ha; trong đó đất nông nghiệp chiếm 355,79 ha (70,88%), đất phi nông nghiệp 114,23 ha (22,76%), đất chưa sử dụng 31,91 ha (6,36%).
• Cơ cấu kinh tế năm 2015: Nông nghiệp chiếm 44,4% (41.878 triệu đồng), Công nghiệp - Xây dựng chiếm 32,3% (30.546 triệu đồng), Thương mại - Dịch vụ chiếm 23,3% (22.000 triệu đồng). Tổng giá trị sản xuất đạt 94.424 triệu đồng, thu nhập bình quân đầu người đạt 18 triệu đồng/năm. Địa phương đạt 13/19 tiêu chí nông thôn mới.

2. Thực trạng phát sinh và xử lý phế thải rơm rạ

• Qua khảo sát 65 hộ nông dân canh tác 37,22 ha lúa, sản lượng lúa đạt 258,31 tấn/năm, phát sinh 232,65 tấn phế thải rơm rạ/năm (chiếm 95,8% tổng phế thải nông nghiệp điều tra). Định mức phát sinh tàn dư rơm rạ trung bình là 6,11 tấn/ha/năm.
• Tính toán trên toàn bộ 355,79 ha đất lúa của xã, tổng lượng phế thải rơm rạ phát sinh ước tính đạt 2.173,88 tấn/năm. Nếu tính theo diện tích gieo trồng 2 vụ (771,58 ha), lượng phế thải phát sinh trên đồng ruộng là 4.714,35 tấn/năm (chiếm 99,2% tổng phế thải trồng trọt).
• Về tập quán xử lý: 43% để lại ngoài đồng ruộng, 28% đốt lấy tro, 15% làm chất đốt sinh hoạt, 10% làm thức ăn gia súc, 4% ủ gốc cây trồng và 0% hộ gia đình thực hiện ủ làm phân hữu cơ.
• Tính toán tải lượng ô nhiễm do đốt rơm rạ: Nếu đốt toàn bộ 2.173,88 tấn rơm rạ/năm của xã sẽ phát thải vào khí quyển 2.826,04 tấn khí $CO_2$; 247.822,32 kg khí $CO$; 123.600,60 kg hợp chất hữu cơ độc hại và 3.726,65 kg tro bụi.

Chỉ tiêu thống kê nông hộ	Diện tích (ha)	Năng suất trung bình (tấn/ha)	Sản lượng (tấn/năm)	Khối lượng phế thải (tấn/năm)	Tỷ lệ (%)	Định mức phế thải (tấn/ha/năm)
Cây lúa (2 vụ)	37,22	6,94	258,31	232,65	95,80	6,11
Cây trồng khác	2,40	2,77	6,65	10,20	4,20	4,16
Tổng cộng	39,62	-	264,96	242,85	100,00	-

3. Kết quả theo dõi diễn biến nhiệt độ đống ủ (45 ngày)

Nhiệt độ các đống ủ tăng nhanh trong những ngày đầu do vi sinh vật phân giải chất hữu cơ sinh nhiệt. Đỉnh nhiệt độ xuất hiện ở ngày thứ 9:

• Đống ủ CT2 (chế phẩm EM) đạt đỉnh cao nhất ở $70^\circ\text{C}$.
• Đống ủ CT3 (chế phẩm Emina) đạt đỉnh ở $69^\circ\text{C}$.
• Đống ủ CT1 (đối chứng) đạt đỉnh thấp hơn ở mức $57^\circ\text{C}$. Giai đoạn duy trì nhiệt độ cao ($55^\circ\text{C} - 70^\circ\text{C}$) giúp kích hoạt vi sinh vật ưa nhiệt, đẩy nhanh tốc độ hoai mục và tiêu diệt hạt cỏ dại cùng mầm bệnh. Sau đó nhiệt độ giảm dần và đến ngày thứ 45 đạt mức ổn định ($41^\circ\text{C}$ ở CT2, $39^\circ\text{C}$ ở CT3 và $25^\circ\text{C}$ ở CT1).

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết quả đạt được về định lượng phế thải và chất lượng phân hữu cơ sau ủ; đề xuất chính quyền xã tăng cường tuyên truyền, chuyển giao kỹ thuật ủ rơm rạ bằng chế phẩm EM và Emina đến từng hộ dân nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả phân tích chất lượng phân hữu cơ sau 45 ngày ủ

Chất lượng đống ủ có bổ sung chế phẩm sinh học (EM, Emina) vượt trội so với đống ủ đối chứng không bổ sung chế phẩm trên tất cả các chỉ tiêu hóa lý:

Chỉ tiêu phân tích	Trước khi ủ	Đống ủ CT1 (Đối chứng)	Đống ủ CT2 (Chế phẩm EM)	Đống ủ CT3 (Chế phẩm Emina)
pH	7,06	7,21	7,47	7,52
Mùn (%)	2,55	2,89	3,74	3,91
Nitơ tổng số (N %)	0,15	0,17	0,22	0,23
$P_2O_5$ tổng số (%)	0,83	1,70	1,93	2,05
$P_2O_5$ dễ tiêu (mg/100g)	180,00	224,34	278,94	289,93

Đặc điểm cảm quan và biến thiên hóa sinh:

• Đống ủ xử lý bằng vi sinh vật chuyển sang màu nâu đen, kết cấu tơi xốp, dễ vụn vỡ, không còn mùi hôi thối khó chịu.
• Hàm lượng mùn ở công thức sử dụng Emina đạt 3,91% (tăng 1,36% so với trước ủ) và EM đạt 3,74%, cao hơn rõ rệt so với đối chứng (2,89%).
• Hàm lượng $P_2O_5$ dễ tiêu ở đống ủ Emina đạt mức cao nhất (289,93 mg/100g), tiếp đến là EM (278,94 mg/100g), tăng vượt trội so với trước khi ủ (180 mg/100g) và đống ủ đối chứng (224,34 mg/100g).

Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất

• Đóng góp dữ liệu: Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm định lượng đầu tiên về tải lượng phát sinh rơm rạ (6,11 tấn/ha/năm) và cơ cấu xử lý chất thải trồng trọt tại xã Sơn Thành, huyện Nho Quan.
• Hiệu quả môi trường và kinh tế: Khẳng định khả năng thay thế tập quán đốt đồng gây phát thải hàng nghìn tấn $CO_2$ và khói bụi bằng quy trình ủ kỵ khí kết hợp chế phẩm sinh học nội địa (EM, Emina). Việc tự sản xuất phân bón hữu cơ tại chỗ từ 1 tấn rơm rạ giúp nông dân tận dụng phụ phẩm sẵn có, giảm chi phí mua phân bón vô cơ (đạm, lân, kali), cải tạo độ phì nhiêu và hạn chế suy thoái đất canh tác lâu dài.
• Giải pháp đề xuất: Tổ chức các lớp tập huấn kỹ thuật ủ phân vi sinh vật cho nông dân tại 13 thôn; lồng ghép tiêu chí quản lý chất thải đồng ruộng vào chương trình xây dựng nông thôn mới của xã.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của khóa luận:
  • Quy mô khảo sát nông hộ dừng lại ở 65 hộ dân (5 hộ/thôn), đại diện cho một phần diện tích canh tác của xã.
  • Mô hình thực nghiệm mới chỉ thực hiện ở quy mô đống ủ 3 tạ rơm rạ trong thời gian theo dõi 45 ngày (tháng 9 đến tháng 11/2015), chưa tiến hành thử nghiệm bón phân hữu cơ sau ủ trực tiếp trên các loại cây trồng ngoài đồng ruộng để đánh giá năng suất cây trồng thực tế.
  • Chưa so sánh thêm các dạng chế phẩm vi sinh dạng bột hoặc chủng phân giải chuyên biệt khác (như nấm Trichoderma xử lý trực tiếp trên ruộng ướt).
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Thử nghiệm bón lót và bón thúc sản phẩm phân hữu cơ thu được từ đống ủ rơm rạ cho lúa vụ chiêm và cây màu vụ đông để đánh giá hiệu quả kinh tế và độ phì đất qua nhiều chu kỳ canh tác.
  • Nghiên cứu quy trình phun chế phẩm vi sinh trực tiếp tại ruộng kết hợp cày dập rạ để rút ngắn thời gian phân hủy tàn dư giữa hai vụ lúa liên tiếp.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên chuyên ngành Địa chính Môi trường, Quản lý Tài nguyên, Khoa học Môi trường, Nông học và Khuyến nông.
• Nội dung giá trị nhất:
  • Bộ số liệu điều tra thực tế về tỷ lệ phát sinh phế thải nông nghiệp và phương pháp tính toán tải lượng phát thải khí nhà kính từ đốt rơm rạ trên quy mô cấp xã.
  • Công thức phối trộn nguyên liệu (3 tạ rơm rạ + 30 kg phân gà + 3 kg lân + 0,6 kg đạm + 0,3 kg kali + chế phẩm vi sinh) và quy trình kỹ thuật theo dõi kiểm soát nhiệt độ đống ủ phân hữu cơ.
  • Các phương pháp phân tích hóa lý môi trường tiêu chuẩn (Kjeldahl, so màu quang phổ, kết tủa phosphat).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khối lượng phế thải rơm rạ phát sinh bình quân từ sản xuất lúa tại xã Sơn Thành là bao nhiêu?
Theo kết quả điều tra 65 nông hộ, định mức phát sinh rơm rạ trung bình từ trồng lúa 2 vụ là 6,11 tấn/ha/năm. Với tổng diện tích 355,79 ha đất trồng lúa, lượng rơm rạ phát sinh toàn xã ước tính là 2.173,88 tấn/năm.

2. Người dân xã Sơn Thành đang xử lý rơm rạ sau thu hoạch theo những hình thức nào và tỷ lệ ra sao?
Kết quả khảo sát cho thấy có 5 hình thức chính: 43% rơm rạ bị để lại ngoài đồng ruộng, 28% bị đốt lấy tro, 15% dùng làm chất đốt đun nấu, 10% làm thức ăn cho gia súc, 4% dùng ủ gốc cây trồng và hoàn toàn chưa có hộ nào (0%) thực hiện ủ rơm rạ làm phân bón hữu cơ.

3. Nhiệt độ tối đa của các đống ủ đạt được trong thí nghiệm là bao nhiêu và vào thời gian nào?
Nhiệt độ cao nhất của cả 3 đống ủ đều đạt được vào ngày thứ 9 của quá trình ủ: công thức dùng chế phẩm EM đạt $70^\circ\text{C}$, công thức dùng chế phẩm Emina đạt $69^\circ\text{C}$, trong khi đống ủ đối chứng chỉ đạt tối đa $57^\circ\text{C}$.

4. Sau 45 ngày ủ, chất lượng dinh dưỡng của đống ủ dùng chế phẩm sinh học thay đổi như thế nào so với trước khi ủ?
Hàm lượng mùn tăng từ 2,55% lên 3,74% (CT dùng EM) và 3,91% (CT dùng Emina); Nitơ tổng số tăng từ 0,15% lên 0,22% (EM) và 0,23% (Emina); Phốt pho dễ tiêu tăng mạnh từ 180 mg/100g lên 278,94 mg/100g (EM) và 289,93 mg/100g (Emina).

---

Kết luận

Khóa luận của tác giả Lê Thị Thu Thảo đã phản ánh chính xác thực trạng phát sinh tàn dư rơm rạ lớn (trên 2.173 tấn/năm) nhưng chưa được xử lý hợp lý tại xã Sơn Thành, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khẳng định việc ứng dụng chế phẩm sinh học EM và Emina kết hợp phụ gia phân chuồng và phân khoáng giúp nâng cao nhiệt độ đống ủ lên $69^\circ\text{C} - 70^\circ\text{C}$, rút ngắn thời gian hoai mục và tạo ra phân bón hữu cơ có hàm lượng mùn, đạm và lân dễ tiêu cao. Đây là giải pháp kỹ thuật nông nghiệp sinh thái khả thi, vừa giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm không khí do đốt rơm rạ, vừa góp phần cải tạo đất và phát triển canh tác bền vững tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay đã trở thành một trong những vấn đề quan trọng mang tính toàn cầu. Ở nước ta, trước đây ô nhiễm môi trường chủ yếu xảy ra ở một số khu vực như đô thị đông dân cư, khai thác khoáng sản, khu vực chăn nuôi…. Nhưng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên mọi môi trường đất, nước, không khí. Nước ta là nước nông nghiệp nên nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn, đa dạng, một số ngành công nghiệp cũng tạo ra một khối lượng rác hữu cơ rất lớn từ quá trình sản xuất.

Phế thải đang là một thảm họa khó lường trong sự phát triển mạnh mẽ của quá trình sản xuất, chế biến công nghiệp và hoạt động toàn xã hội. Phế thải không chỉ ô nhiễm môi trường sinh thái, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất, gây độc hại đến sức khỏe con người, vật nuôi và cây trồng, mà còn làm mất đi cảnh quan văn hóa đô thị và nông nghiệp nông thôn. Xã Sơn Thành – huyện Nho Quan – tỉnh Ninh Bình là một xã thuần nông với diện tích đất nông nghiệp khoảng 355,79 ha.Toàn bộ diện tích đất nông nghiệp trên xã là trồng lúa cho 2 vụ/năm. Được sự hỗ trợ giống, phân bón, khoa học kỹ thuật.

của cơ quan cấp trên cùng với việc dồn điền đổi thửa dẫn đến năng suất ngày càng cao. Cùng với việc tăng năng suất thì lượng tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng ngày càng tăng. Trước đây rơm rạ chủ yếu dùng làm chất đốt trong gia đình và là nguồn thức ăn cho trâu, bò. Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế rơm rạ không còn làm chất đốt nữa thay vào đó là dùng gas, trấu, than là chất đốt.

Rơm rạ sau mỗi mùa vụ phần lớn thì đốt lấy tro, một phần thì vứt ngay trên đồng ruộng, một phần nhỏ thì làm chất đốt và làm thức ăn cho trâu, bò. Việc xử lý rơm rạ như vậy gây ảnh hưởng xấu tới môi trường, làm đất đai thiếu chất dinh dưỡng cho cây trồng đồng nghĩa với n 2 việc đầu tư chi phí lớn cho việc mua phân bón hóa học để cung cấp cho đất lượng dinh dưỡng thiếu hụt. Vì vậy việc xử lý được lượng tàn dư thực vật này sẽ làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm lượng phân bón hóa học, sâu bệnh hại tăng năng suất cây trồng. Với thực tế trên em quyết định chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng bằng một số loại chế phẩm sinh học tại xã Sơn Thành – huyện Nho Quan – tỉnh Ninh Bình”.

Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài - Điều tra lượng tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng từ hoạt động sản xuất nông nghiệp tại xã Sơn Thành. - Đánh giá hiệu quả xử lý tàn dư rơm rạ bằng một số loại chế phẩm sinh học. Yêu cầu của đề tài - Sử dụng phiếu để điều tra tàn dư rơm rạ trong sản xuất nông nghiệp tại xã Sơn Thành.

- Tiến hành điều tra thực tế tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng. - Tiến hành ủ rơm rạ bằng một số loại chế phẩm sinh học để đánh giá chất lượng trước và sau khi tiến hành nghiên cứu. Ý nghĩa của đề tài - Vận dụng những kiến thức đã học vào nghiên cứu. - Đánh giá vấn đề thực tế và hiện trạng việc xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng tại địa phương.

- Từ việc đánh giá hiện trạng việc xử lý tàn dư rơm rạ , đề xuất ứng dụng xử lý tàn dư rơm rạ trên đồng ruộng bằng một số chế phẩm sinh học tại địa phương. n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học và cơ sở pháp lý xử lý tàn dƣ rơm rạ bằng chế phẩm sinh học 2. Cơ sở khoa học xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm sinh học Khoảng một nửa hợp chất cacbon trong sinh khối (biomass) trên mặt đất là xenluloza, chiếm tới 35% - 50% khối lượng khô sinh khối thực vật.

Tất cả sản phẩm sinh khối sẽ được khoáng hóa nhờ hệ thống enzyme được cung cấp bởi vi sinh vật. Hệ thống enzyme phân giải xenluloza thường chậm và không hoàn toàn. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian ngắn (48h) hệ vi sinh vật trong dạ cỏ bò có thể phân giải 60% - 65% xenluloza. Hơn thế nữa, nhờ hệ thống vi sinh vật trong đường ruột mà loài mối có thể tiêu hóa đến 90% xenluloza của gỗ.

Còn trong hệ thống sinh học phức tạp như rễ cây hoặc những mảnh vỡ thực vật trong đất, xenluloza có thể được phân hủy trong khoảng thời gian lâu hơn. Hệ vi sinh vật phân giải xenluloza có thể lên men hiếu khí hoặc kỵ khí, bao gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn được tìm thấy nhiều trong đất, nước, đường tiêu hóa một số động vật.nơi cung cấp lượng xenluloza dồi dào để vi sinh vật phân giải và phát triển (Võ Văn Phước Quệ và Cao Ngọc Điệp, 2011) [8]. * Xenluloza Xenluloza là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-Glucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000 – 14000, là thành hần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật.Trong gỗ lá kim, xenluloza chiếm khoảng 41- 49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 43-52% thể tích. Xenluloza là polysaccharide chủ yếu của thành tế bào thực vật.

Trong bông nó chiếm trên 90%, còn trong gỗ hơn 50%. Ngoài ra, người ta còn thấy n 4 chúng có nhiều ở tế bào một số loài VSV. Ở tế bào thực vật và ở tế bào một số loài VSV, chúng tồn tại ở dạng sợi. Khi đun sôi với axit sulfuric đặc, xenluloza sẽ chuyển thành glucose còn khi thủy phân trong điều kiện nhẹ nhàng sẽ tạo thành disacarit cellobiose.

Xenluloza không có trong tế bào động vật. Chúng là một homopolimer mạch thẳng, được cấu tạo bởi các b-D- glucose-pyranose. Các thành phần này liên kết với nhau bởi liên kết b-1,4 glucoside. Tinh bột cũng được cấu tạo bởi các glucose này và bằng liên kết a- 1,4 glucoside.

Điểm khác biệt là tinh bột chứa các gốc glucose phân nhánh còn xenluloza chứa các glucose không phân nhánh. Các gốc glucose trong xenluloza thường lệch một góc 1800 và có dạng như một chiếc ghế bành. Xenluloza thường chứa 10.000 gốc đường và được cấu tạo như sau: Hình 2.1: Cấu tạo phân tử xenluloza (Nguồn: Dư Ngọc Thành ,2011) Xenlulo là loại hợp chất khá bền vững, không tan trong nước (chỉ phồng lên do hấp thụ nước). Xenlulo không được tiêu hóa trong đường tiêu hóa của người.

Sở dĩ động vật nhai lại và con người có thể đồng hóa được xenlulo là nhờ hoạt động phân giải xenlulo của rất nhiều loại vi sinh vật (sống trong dạ dày cơ và trong đường tiêu hóa của người). Cơ chế phân giải xenluloza. * Hemixenluloza Trong tế bào thực vật, hemixenluloza đứng thứ hai về khối lượng. Hemixenluloza là nhóm polisacarit có phân tử lượng nhỏ hơn rất nhiều so với n 5 xenluloza.

Thông thường chúng chỉ có 150 gốc đường. Các gốc đường được nối với nhau bằng liên kết β – 1,4, β – 1,5, β – 1,6 glucozit. Chúng tạo thành mạch ngắn và phân nhánh. Do đó, so với xenluloza thì hemixenluloza có cấu trúc không chặt chẽ bằng, chúng dễ dàng bị phân giải khi bị axit loãng tác dụng.

Đôi khi hemixenluloza còn bị phân giải trong nước nóng và chúng dễ dàng bị phân giải bởi enzyme hemixenlulaza. Hemixenluloza tồn tại chủ yếu ở các phần như hạt, bẹ ngô, cám, rơm rạ, trấu. Trong các loại hemixenluloza thì xylan là loại có nhiều trong tự nhiên. Trong đó nhiều nhất là ở rơm rạ (chiếm hơn 30%) kể đến là cây lá rộng (20 – 30%), ở cây lá kim xylan ít hơn nhiều (7 – 17%) (Nguyễn Đức Lượng, 1996) [6].

Vi sinh vật phân giải xilan: Nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải xilan. Các vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo khi sản sinh ra enzyme celuloza thường sinh ra enzyme xilanaza. *Lignin Lignin là một trong những thành phần chủ yếu của tổ chức thực vật. Lignin và xenlulo tham gia vào thành phần của màng tế bào thực vật.

Trong xác cây gỗ, lignin chiếm tới 30 - 40% chất khô. Trong cây hòa thỏa: 20%. Lượng lignin chứa trong cây già nhiều hơn so với trong cây non. Thực vật khác nhau thì bản chất của những nguyên tố cấu trúc cũng khác nhau.

Lignin là hợp chất rất bền vững, không tan trong nước, dưới tác dụng của kiềm, bisunphit natri và H2SO4 thì lignin mới bị phân giải một phần và chuyển sang dạng hòa tan. Lignin là một chất trùng hợp trong đó chứa nhân thơm. Đơn vị cấu trúc của nó là dẫn xuất của phennin – propan. Nhân thơm của lignin có một loạt mạch ngang trong đó có nhóm – OCH3 giữ vai trò rất quan trọng.

n 6 Nhân benzene, napthalen, antraxen, furan, piron, indol, piridin và quinolin. Công thức tổng quát của lignin là C18H30O15 (Dư Ngọc Thành,2011) [9]. Vi sinh vật phân giải lignin Nấm mốc Basidomycetes phá hoại gỗ có thể chia thành 2 nhóm. Một nhóm có thể chuyển hóa nhanh chóng gỗ thành một khối màu đỏ, chủ yếu là phá hủy xenlulo và hemixenlulo, không có tác động lên lignin.

Một nhóm phân giải gỗ thành một khối trắng chúng chủ yếu tác động lên lignin, hầu như không làm phân giải xenlulo. Các loại nấm tác động lên lignin: Polysitctus versicolor, Stereum hisutum, Pholiota, Clytocybe, Lenzites, Trametes. Nhiều loại vi khuẩn và xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải lignin. Các loài vi khuẩn có hoạt tính phân giải lignin cao thường thuộc về các giống Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium.

Một phần các sản phẩm phân giải lignin sẽ được vi sinh vật huy động vào việc tổng hợp ra chất mùn của đất, một phần khác sẽ bị oxy hóa (Dư Ngọc Thành) [9].Cơ sở pháp lý xử lý tàn dư rơm rạ bằng chế phẩm sinh học - Căn cứ Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014 được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XII kỳ họp thứ 13 thông qua ngày 23/6/2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 01/01/2015. - Thông tư số 19/2010/TT-BTNMT ngày 12 tháng 10 năm 2010 của Bộ tài nguyên và Môi trường Quy định đăng ký lưu hành chế phẩm sinh học trong chấ t thải ta ̣i Viê ̣t Nam. - Thông tư số 23/2015/TT-BNNPTNT ngày 22/6/2015 về quản lý sản phẩm xử lý, cải tạo môi trường dùng trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản. n 7 - Thông tư 26/2011/TT-BTNMT ngày 18/7/2011 của Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định chi tiết một số điều của Nghị định số 29/2011/NĐ-CP ngày 18/4/2011 của Chính phủ quy định về đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường, cam kết bảo vệ môi trường.