Luận án tiến sĩ: Ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa trong cải tạo đất xám bạc màu

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa nhằm cải tạo môi trường đất xám bạc màu, nâng cao chất lượng đất.

• Tác giả: Trần Viết Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Quang Hà
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa
• 1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới
• 1.3. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam
• 1.4. Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý phụ phẩm cây lúa đến môi trường đất và chu trình các bon
• 1.5. Đất xám bạc màu
• 1.5.1. Sự phân bố, phân loại đất xám bạc màu. Tính chất đất xám bạc màu
• 1.5.2. Kim loại nặng trong đất xám bạc màu
• 1.6. Các biện pháp cải tạo đất xám bạc màu. Ô nhiễm kim loại nặng và các biện pháp xử lý
• 1.6.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất. Các dạng kim loại nặng trong đất
• 1.6.2. Sự tồn tại và chuyển hóa Cu, Pb và Zn trong đất
• 1.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính linh động của kim loại nặng trong môi trường đất
• 1.6.4. Mối quan hệ giữa kim loại nặng trong môi trường đất và nước
• 1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hút thu kim loại nặng của thực vật
• 1.7. Một số phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN
• 1.8. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước
• 1.9. Tổng quan về sản xuất và ứng dụng than sinh học
• 1.9.1. Đặc tính của TSH. Than sinh học cô lập các bon trong đất và giảm phát thải khí nhà kính
• 1.9.2. Than sinh học cải tạo đất và nâng cao năng suất cây trồng
• 1.9.3. Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm
• 1.9.4. Tải lượng than sinh học của đất và các tác động bất lợi
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp điều tra và thu thập tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu
• 2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm và các chỉ tiêu theo dõi
• 2.2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích
• 2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tính chất lý hóa của đất bạc màu và TSH
• 3.1.1. Tính chất lý hóa của vật liệu phối trộn sau 4 tuần ủ. Mối quan hệ giữa điện tích bề mặt và pH của đất sau khi bổ sung TSH
• 3.2. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của TSH
• 3.2.1. Khả năng đệm pH của TSH
• 3.2.2. Khả năng xử lý Cu của TSH
• 3.2.3. Khả năng xử lý Pb của TSH
• 3.2.4. Khả năng xử lý Zn của TSH
• 3.2.5. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của đất sau khi bổ sung TSH
• 3.2.6. Khả năng xử lý Cu của đất sau khi bổ sung TSH
• 3.2.7. Khả năng xử lý Pb của đất sau khi bổ sung TSH
• 3.2.8. Khả năng xử lý Zn của đất sau khi bổ sung TSH
• 3.3. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn trong môi trường đất
• 3.3.1. Khả năng cố định KLN của TSH dưới tác động của dịch chiết CaCl2 0,01 M
• 3.4. Ảnh hưởng của TSH đến các chỉ tiêu sinh trưởng và sự tích lũy KLN của cây rau muống
• 3.5. Ảnh hưởng của TSH đến năng suất và một số tính chất đất bạc màu trồng lúa
• 3.5.1. Ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất lúa
• 3.5.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến tính chất đất
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa

Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa đã trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực nông nghiệp hiện đại. Than sinh học không chỉ giúp cải tạo đất mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng phụ phẩm cây lúa như rơm rạ và trấu để sản xuất than sinh học mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp bền vững.

1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới

Trên toàn cầu, phụ phẩm từ cây lúa được sử dụng đa dạng cho nhiều mục đích khác nhau. Ở các nước như Trung Quốc và Ấn Độ, phụ phẩm chủ yếu được dùng làm thức ăn cho gia súc hoặc sản xuất phân bón. Tuy nhiên, việc đốt bỏ phụ phẩm vẫn diễn ra phổ biến, gây ô nhiễm môi trường.

1.2. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa tại Việt Nam

Tại Việt Nam, lượng phụ phẩm cây lúa rất lớn nhưng chưa được khai thác hiệu quả. Nhiều nông dân vẫn còn thói quen đốt rơm rạ, dẫn đến ô nhiễm không khí và lãng phí tài nguyên. Việc nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa là cần thiết để cải thiện tình hình này.

II. Vấn đề ô nhiễm đất xám bạc màu và thách thức trong nông nghiệp

Đất xám bạc màu là một trong những loại đất phổ biến ở Việt Nam, nhưng lại gặp nhiều vấn đề về ô nhiễm và suy thoái. Việc lạm dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu đã dẫn đến sự tích lũy của kim loại nặng trong đất, ảnh hưởng đến chất lượng nông sản và sức khỏe con người.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm đất xám bạc màu

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm đất xám bạc màu bao gồm việc sử dụng phân bón hóa học không hợp lý, lạm dụng thuốc trừ sâu và việc đốt phụ phẩm nông nghiệp. Những yếu tố này không chỉ làm giảm độ phì nhiêu của đất mà còn gây ra ô nhiễm nguồn nước.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến nông nghiệp bền vững

Ô nhiễm đất xám bạc màu ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất cây trồng và chất lượng nông sản. Kim loại nặng có thể tích lũy trong thực phẩm, gây ra các vấn đề sức khỏe cho người tiêu dùng. Do đó, cần có các biện pháp cải tạo đất hiệu quả.

III. Phương pháp sản xuất than sinh học từ phụ phẩm cây lúa

Quy trình sản xuất than sinh học từ phụ phẩm cây lúa rất đơn giản và dễ thực hiện. Nông dân có thể tự sản xuất than sinh học tại nhà, giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quy trình này không chỉ cải thiện tính chất đất mà còn giúp tăng cường độ phì nhiêu.

3.1. Quy trình sản xuất than sinh học

Quy trình sản xuất than sinh học bao gồm các bước như thu gom phụ phẩm, xử lý nhiệt phân yếm khí. Quá trình này giúp tạo ra sản phẩm có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, có khả năng hấp phụ cao.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng than sinh học trong nông nghiệp

Sử dụng than sinh học giúp cải thiện tính chất lý hóa của đất, tăng cường khả năng giữ nước và dinh dưỡng. Ngoài ra, than sinh học còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng năng suất cây trồng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của than sinh học trong cải tạo đất

Nghiên cứu cho thấy than sinh học có khả năng cải tạo đất xám bạc màu hiệu quả. Việc bổ sung than sinh học vào đất không chỉ giúp cải thiện độ phì nhiêu mà còn giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng. Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất cây trồng tăng rõ rệt khi sử dụng than sinh học.

4.1. Kết quả nghiên cứu về khả năng cải tạo đất

Các thí nghiệm cho thấy việc bổ sung than sinh học giúp cải thiện pH, tăng cường khả năng giữ nước và dinh dưỡng trong đất. Điều này dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm.

4.2. Tác động đến năng suất cây trồng

Nghiên cứu cho thấy năng suất lúa và các loại cây trồng khác tăng lên đáng kể khi sử dụng than sinh học. Điều này không chỉ giúp cải thiện thu nhập cho nông dân mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo đất xám bạc màu đã mở ra hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững. Việc áp dụng than sinh học không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của than sinh học trong nông nghiệp.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong nông nghiệp bền vững

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Việc ứng dụng than sinh học sẽ giúp cải thiện môi trường sống và nâng cao chất lượng nông sản.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp sản xuất và ứng dụng than sinh học. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ nông dân trong việc áp dụng công nghệ này để đạt được hiệu quả cao nhất.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học môi trường với đề tài "Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Viết Cường dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Quang Hà và PGS. Nguyễn Mạnh Khải tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (bảo vệ năm 2015, chuyên ngành Môi trường đất và nước, mã số: 62440303).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong hoạt động canh tác nông nghiệp tại Việt Nam, tình trạng lạm dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật qua nhiều vụ mùa dẫn đến nguy cơ tích tụ kim loại nặng trong đất canh tác. Phần lớn diện tích đất nông nghiệp nước ta thuộc nhóm đất xám bạc màu với các đặc tính lý hóa bất lợi: đất chua (pH thấp), nghèo kiệt chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, thành phần cơ giới nhẹ, kết cấu rời rạc, dễ bị xói mòn và rửa trôi dinh dưỡng. Khi đất bị ô nhiễm, các ion kim loại nặng dễ dàng chuyển sang pha lỏng trong dung dịch đất, bị rễ cây trồng hấp thụ vào nông sản hoặc bị rửa trôi xuống nguồn nước mặt và nước ngầm.

Mặt khác, quá trình cơ giới hóa và phát triển kinh tế nông thôn làm thay đổi tập quán sinh hoạt, dẫn đến sự dư thừa nguồn phụ phẩm cây lúa (rơm rạ và vỏ trấu). Việc đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng sau thu hoạch gây ô nhiễm không khí cục bộ, khói bụi cản trở giao thông và gia tăng phát thải khí nhà kính (CO2, CO, NOx, CH4), trong khi việc vứt bỏ rơm rạ, vỏ trấu xuống kênh rạch gây ô nhiễm nguồn nước. Quá trình vùi rơm rạ tươi trong điều kiện ngập nước kỵ khí còn tạo ra các axit hữu cơ gây ngộ độc rễ lúa và làm tăng tính linh động của kim loại nặng.

Các biện pháp cải tạo đất xám bạc màu truyền thống (như bón vôi, cày sâu lật tầng đế cày, bón phù sa sông, bón phân chuồng) chủ yếu tập trung nâng cao độ phì nhiêu thông thường nhưng gặp hạn chế trong việc cố định các ion kim loại nặng tích lũy và chưa gắn liền với giải pháp xử lý nguồn phụ phẩm sinh khối lúa tại chỗ. Do đó, việc nghiên cứu chuyển hóa rơm rạ, trấu thành than sinh học (biochar) để cải tạo môi trường đất xám bạc màu là vấn đề vừa có ý nghĩa khoa học vừa mang tính thực tiễn cấp bách.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Đánh giá được khả năng cố định kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong môi trường đất xám bạc màu của than sinh học.
2. Đánh giá được khả năng ứng dụng than sinh học từ phế phụ phẩm cây lúa để cải tạo tính chất đất xám bạc màu và nâng cao năng suất cây trồng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Đất xám bạc màu; than sinh học sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân gián tiếp từ phụ phẩm cây lúa (rơm rạ và vỏ trấu); các kim loại nặng gồm đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn); các đối tượng cây trồng thử nghiệm gồm cây rau muống (Ipomoea aquatica) và cây lúa nước.
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (hấp phụ, động học, rửa chiết), thí nghiệm chậu vại trong nhà lưới và thí nghiệm thực địa trên diện tích 500 m² đất xám bạc màu trồng lúa tại xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội (khu vực có diện tích đất xám bạc màu lớn nhất Hà Nội với trên 10.000 ha).
• Phạm vi thời gian: Thực nghiệm đồng ruộng được theo dõi liên tục qua 4 vụ canh tác lúa; các thí nghiệm ủ đất và giải hấp được tiến hành theo các chu kỳ thời gian xác định (ủ 4 tuần, chiết tách theo các mốc giờ).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được luận án tổng quan

1. Nguồn phát sinh và hiện trạng sử dụng phụ phẩm cây lúa: Tác giả tổng hợp số liệu từ các tổ chức quốc tế và trong nước cho thấy sản lượng lúa toàn cầu đạt 685,24 triệu tấn (2009), riêng khu vực châu Á sản xuất 618,24 triệu tấn lúa tương ứng với 618,24 triệu tấn rơm rạ và 123,65 triệu tấn trấu. Tại Việt Nam, sản lượng lúa năm 2013 đạt trên 40 triệu tấn, tương ứng trên 40 triệu tấn rơm rạ và 8 triệu tấn vỏ trấu. Các công trình của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (2005) đã xác định thành phần khoáng và hàm lượng tro của rơm rạ, trấu, thân ngô. Nghiên cứu của Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long (2011) ứng dụng nấm Trichoderma để xử lý rơm rạ trực tiếp ngoài đồng.
2. Nghiên cứu về đất xám bạc màu (Haplic Acrisols): Tác giả kế thừa các công trình nghiên cứu phát sinh học, phân loại và cải tạo đất của Hội Khoa học Đất Việt Nam (2000), Lê Văn Khoa (2004), Nguyễn Vy (1975). Các giải pháp cải tạo truyền thống đã được thử nghiệm từ thập niên 1960–1970 gồm cày sâu lật đất 18 cm, bón phối hợp các nguyên tố trung lượng (Ca, Mg, S, Si) cùng đa lượng N-P-K (Đỗ Nguyên Hải và cs, 2012; Nguyễn Như Hà và cs, 2008), bón vôi nông nghiệp 500–1000 kg/ha, phối trộn 10% phù sa sông Hồng hoặc 10% đất đỏ feralit (Trần Khải, 1980), và bổ sung tro bay nhiệt điện 5–15% tại Ba Vì.
3. Cơ chế tồn tại, chuyển hóa và tính linh động của kim loại nặng trong đất: Luận án điểm lại các lý thuyết về hành vi của Cu, Pb, Zn trong môi trường đất và nước của McBride (1994), Spark et al. (1995), Bradl (2004), Harter (1983), Patrick và Mahapatra (1968) về thế oxy hóa khử (Eh), cũng như các công trình về xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật (Baker et al., 2000; Chaney et al., 1997; McGrath et al., 2002).
4. Sản xuất và ứng dụng than sinh học (Biochar): Tác giả tổng hợp các nghiên cứu quốc tế của Lehmann et al. (2006), Sohi et al. (2010), Atkinson et al. (2010) chứng minh than sinh học được sản xuất bằng quá trình nhiệt phân yếm khí sinh khối ở nhiệt độ dưới 700°C, có hiệu suất thu hồi carbon đạt xấp xỉ 50% (cao hơn nhiều so với mức 3% của kỹ thuật đốt hở truyền thống), giúp lưu giữ carbon lâu dài trong đất, giảm phát thải CO2 và CH4, đồng thời làm tăng dung tích trao đổi cation (CEC) và sức chứa ẩm (WHC) của đất.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù than sinh học đã được nghiên cứu trên thế giới, việc áp dụng nguồn than sinh học sản xuất từ chính phụ phẩm rơm rạ và vỏ trấu trên đất xám bạc màu tại miền Bắc Việt Nam vẫn chưa được khảo sát có hệ thống. Luận án tập trung giải quyết khoảng trống về:

• Đánh giá định lượng sự biến đổi các chỉ tiêu lý hóa (điện tích bề mặt, pH, CEC, độ kiềm tổng số, sức giữ ẩm) của đất xám bạc màu khi phối trộn than sinh học.
• Xác định động học và cơ chế cố định các kim loại nặng Cu, Pb, Zn trong đất khi có mặt than sinh học dưới tác động của pH và dung dịch chiết CaCl2 0,01 M.
• Khảo sát sự giảm tích lũy kim loại nặng vào sinh khối thực vật (cây rau muống) và hiệu quả nâng cao năng suất lúa qua nhiều vụ liên tiếp trên đồng ruộng thực tế.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Cấu trúc và tính chất bề mặt của than sinh học: Than sinh học có cấu trúc carbon thơm ngưng tụ cao, mạng lưới lỗ xốp phát triển, diện tích bề mặt riêng lớn và chứa các nhóm chức mang điện tích âm (như -COOH, -OH phenolic). Điện tích bề mặt của đất và than sinh học phụ thuộc mạnh vào pH môi trường.
• Lý thuyết hấp phụ và trao đổi ion: Quá trình lưu giữ Cu(II), Pb(II), Zn(II) diễn ra thông qua các cơ chế trao đổi cation tại các vị trí tích điện âm, tạo phức bề mặt với các phối tử hữu cơ, và kết tủa hóa học dưới dạng hydroxit hoặc cacbonat khi độ kiềm của hệ tăng lên.
• Khả năng đệm và khả năng trung hòa axit (ANC): Bổ sung than sinh học làm tăng khả năng trung hòa axit của đất chua, nâng cao pH và làm giảm độ hòa tan của các ion kim loại nặng tự do trong dung dịch đất.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án sử dụng phương pháp tiếp cận thực nghiệm định lượng kết hợp giữa phòng thí nghiệm, nhà lưới và đồng ruộng:

Quy mô thí nghiệm	Nội dung và phương pháp triển khai	Chỉ tiêu theo dõi chính
Phòng thí nghiệm	- Ủ phối trộn đất xám bạc màu với than sinh học sau 4 tuần. - Thí nghiệm hấp phụ tĩnh và động học hấp phụ Cu, Pb, Zn theo thời gian, pH, nồng độ ban đầu. - Thí nghiệm chiết rút động bằng dung dịch CaCl2 0,01 M.	- pH (H2O, KCl), CEC, độ kiềm tổng số, sức chứa ẩm (WHC), điện tích bề mặt. - Nồng độ Cu, Pb, Zn hấp phụ và dung lượng hấp phụ cực đại. - Nồng độ Cu, Pb, Zn hòa tan theo thời gian chiết.
Nhà lưới (chậu vại)	- Thí nghiệm gây nhiễm nhân tạo các nồng độ Cu, Pb, Zn trên nền đất xám bạc màu có và không bổ sung than sinh học. - Trồng cây chỉ thị rau muống (Ipomoea aquatica).	- Khối lượng tươi, khối lượng khô, chiều cao cây, diện tích lá. - Hàm lượng Cu, Pb, Zn trong rễ, thân, lá. - Hệ số tích lũy sinh học (BF).
Đồng ruộng	- Thí nghiệm ô ruộng diện tích 500 m² tại xã Bắc Phú, Sóc Sơn, Hà Nội qua 4 vụ lúa liên tiếp. - Các công thức bón bổ sung than sinh học ở các mức carbon khác nhau kết hợp phân khoáng NPK.	- Năng suất lúa qua 4 vụ canh tác. - Carbon hữu cơ tổng số (TOC), CEC, pH, độ xốp, màu sắc tầng đất mặt (0–30 cm).

Kỹ thuật phân tích và nguồn dữ liệu

• Phương pháp phân tích hóa lý: Đo pH bằng pH-met; dung tích trao đổi cation (CEC) xác định bằng phương pháp amoni axetat (CH3COONH4 1 M, pH 7); carbon hữu cơ tổng số (TOC) xác định theo phương pháp Walkley-Black; dung tích giữ nước tối đa (WHC) xác định theo phương pháp ống mao dẫn.
• Phân tích kim loại nặng: Nồng độ các ion Cu, Pb, Zn trong dịch chiết và mẫu thực vật (sau khi phân hủy bằng hỗn hợp axit vô cơ) được đo bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
• Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên ngành; đánh giá độ tin cậy qua hệ số sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ($LSD_{0,05}$) và sai số thí nghiệm ($CV%$).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 - Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về phụ phẩm lúa gạo, đất xám bạc màu, ô nhiễm kim loại nặng và công nghệ than sinh học.

Tác giả thống kê sản lượng lúa và phụ phẩm toàn cầu, đồng thời tổng hợp hiện trạng quản lý rơm rạ và vỏ trấu tại 10 tỉnh đại diện ở Việt Nam:

Bảng 1: Sản lượng lúa và lượng phụ phẩm ước tính toàn cầu năm 2009 (Đơn vị: Triệu tấn)

Khu vực / Quốc gia	Sản lượng lúa	Lượng rơm rạ (tỷ lệ 1,0)	Lượng trấu (tỷ lệ 0,2)
Châu Á	618,24	618,24	123,65
- Trung Quốc	196,68	196,68	39,34
- Ấn Độ	133,70	133,70	26,74
- Indonesia	64,40	64,40	12,88
- Bangladesh	47,72	47,72	9,54
Châu Mỹ	38,10	38,10	7,62
Châu Phi	24,51	24,51	4,90
Toàn thế giới	685,24	685,24	137,05

Khảo sát thực tế năm 2015 tại các tỉnh (Sơn La, Lào Cai, Phú Thọ, Bắc Giang, Nam Định, Hà Tĩnh, Bình Định, Bến Tre, Tiền Giang, Sóc Trăng) cho thấy:

• Rơm rạ: Tỷ lệ trung bình đốt tại ruộng chiếm 42,2% (cao nhất tại Sơn La 75,5%, Lào Cai 70,0%), vùi tại ruộng chiếm 16,2%, làm thức ăn gia súc chiếm 18,0%, ủ phân chiếm 5,5%, làm chất độn chuồng 5,6%, tủ gốc 4,7%, bán 4,9%.
• Vỏ trấu: Sử dụng làm chất đốt chiếm 60,2% (Phú Thọ 74,5%, Lào Cai 70,0%), lót chuồng 17,4%, ủ phân 14,1%, tủ gốc 4,5%, và chế biến thành than sinh học mới chỉ đạt 3,9%.

Bảng 2: Thành phần vật chất và hàm lượng tro trong các chất đốt sinh khối (%)

Loại vật liệu	Chất dễ bay hơi (%)	Carbon (%)	Hàm lượng tro (%)
Vỏ trấu	64,7	15,7	19,6
Rơm rạ	69,7	11,1	19,2
Gỗ	85,0	13,0	2,0

Thành phần tro của rơm rạ và trấu chứa các oxit khoáng có lợi cho đất như SiO2 (81,8–95,4%), K2O (2,0–4,1%), CaO (0,8–3,8%), P2O5 (0,6–1,2%).

Bảng 3: Hàm lượng trung bình kim loại nặng trong đất xám bạc màu theo đá mẹ (mg/kg)

Loại đá mẹ hình thành đất xám	Đồng (Cu)	Chì (Pb)	Kẽm (Zn)	Cadmi (Cd)
Phù sa cổ có tầng loang lổ	9,78	15,15	19,54	0,43
Phù sa cổ thành phần cơ giới nhẹ	13,32	19,39	33,81	0,43
Đất phù sa cổ	12,07	29,52	37,00	0,64
QCVN 03:2008/BTNMT (Đất nông nghiệp)	50,0	70,0	200,0	2,0

Chương 1 cũng phân tích các yếu tố chi phối tính linh động của kim loại nặng trong đất (pH, thế oxy hóa khử Eh, cường độ ion, thành phần cấp hạt mịn, chất hữu cơ) và tổng quan các công nghệ xử lý đất/nước ô nhiễm hiện hành (xử lý bằng thực vật, rửa đất, ổn định hóa rắn, kết tủa hóa học, trao đổi ion, lọc màng, hấp phụ bằng than hoạt tính và ống nano carbon).

Chương 2 - Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị vật liệu, bố trí các hệ thí nghiệm và phương pháp kiểm nghiệm:

• Than sinh học: Sản xuất từ rơm rạ và vỏ trấu bằng phương pháp nhiệt phân gián tiếp trong điều kiện yếm khí, nhiệt độ kiểm soát dưới 700°C.
• Bố trí thí nghiệm ủ phối trộn: Đất xám bạc màu được phối trộn với các tỷ lệ than sinh học xác định, duy trì độ ẩm đồng ruộng và theo dõi biến đổi tính chất lý hóa sau 4 tuần ủ.
• Hệ thống thí nghiệm hấp phụ: Tiến hành khảo sát dung lượng hấp phụ Cu(II), Pb(II), Zn(II) theo các biến số: thời gian tiếp xúc (xác định các tham số động học), pH dung dịch (dải pH từ 3 đến 8), và nồng độ ion kim loại ban đầu.
• Thí nghiệm rửa chiết với CaCl2 0,01 M: Sử dụng dung dịch CaCl2 0,01 M làm chất chiết tương đương dung dịch đất tự nhiên để đánh giá độ bền liên kết và khả năng tái giải phóng kim loại nặng từ phức hệ đất - than sinh học.
• Thí nghiệm sinh học nhà lưới: Đất bạc màu được gây nhiễm nhân tạo các mức Cu, Pb, Zn, kết hợp bổ sung than sinh học; trồng cây rau muống trong chậu vại nhằm định lượng sinh khối và hệ số tích lũy sinh học ($BF = C_{cây} / C_{đất}$).
• Thí nghiệm đồng ruộng 4 vụ: Bố trí khối ngẫu nhiên trên diện tích 500 m² tại xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn; theo dõi năng suất lúa qua từng vụ và lấy mẫu phẫu diện đất 0–30 cm để phân tích sự tích lũy carbon và biến đổi độ phì.

Chương 3 - Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các phát hiện định lượng chính của luận án:

1. Cải thiện tính chất lý hóa của đất xám bạc màu:

   • Việc bổ sung than sinh học làm tăng pH của đất bạc màu rõ rệt, cải thiện khả năng trung hòa axit (ANC) và làm tăng dung tích đệm của đất.
   • Dung tích trao đổi cation (CEC) và hàm lượng các cation bazơ trao đổi (Ca2+, Mg2+, K+) được chiết rút bởi CH3COONH4 tăng lên đáng kể so với mẫu đất đối chứng không bổ sung than sinh học.
   • Điện tích âm bề mặt của đất sau bổ sung than sinh học tăng dần theo sự gia tăng của pH môi trường. Sức chứa ẩm tối đa (WHC) và độ ẩm giữ nước của đất xám bạc màu được cải thiện rõ rệt nhờ cấu trúc vi lỗ xốp của than sinh học.

2. Khả năng hấp phụ và động học xử lý Cu, Pb, Zn của than sinh học và đất phối trộn:

   • Than sinh học từ rơm rạ và trấu thể hiện khả năng hấp phụ ion kim loại nặng theo thứ tự ưu tiên: $Pb^{2+} > Cu^{2+} > Zn^{2+}$.
   • Dung lượng hấp phụ tăng mạnh khi pH môi trường tăng từ vùng axit lên vùng trung tính (pH > 5,0–6,0) do sự phân ly của các nhóm chức bề mặt tạo thêm điện tích âm và sự thủy phân tạo phức hydroxyl ($MOH^+$).
   • Động học hấp phụ diễn ra rất nhanh trong giai đoạn đầu tiếp xúc và đạt trạng thái cân bằng sau một khoảng thời gian xác định. Quá trình phối trộn than sinh học vào đất xám bạc màu làm gia tăng đáng kể dung lượng hấp phụ Cu, Pb, Zn của đất so với đất nguyên bản.

3. Khả năng cố định kim loại nặng dưới tác động của dịch chiết CaCl2 0,01 M:

   • Trong thí nghiệm chiết rút động bằng CaCl2 0,01 M, hàm lượng các ion Cu, Pb, Zn bị rửa chiết ra dung dịch từ các công thức đất có bổ sung than sinh học thấp hơn rõ rệt so với đất đối chứng.
   • Than sinh học làm tăng độ bền liên kết của kim loại nặng trong đất, hạn chế quá trình hòa tan và rửa trôi kim loại nặng vào nguồn nước ngầm.

4. Ảnh hưởng đến sinh trưởng và sự tích lũy kim loại nặng của cây rau muống:

   • Bổ sung than sinh học vào đất bị ô nhiễm Cu, Pb, Zn giúp làm giảm độc tính của kim loại nặng đối với cây trồng, thể hiện qua sự gia tăng có ý nghĩa các chỉ tiêu: khối lượng tươi, khối lượng khô, chiều cao cây và diện tích bề mặt lá rau muống.
   • Hàm lượng Cu, Pb, Zn phân tích trong các bộ phận thân, lá rau muống giảm rõ rệt; hệ số tích lũy sinh học (BF) của kim loại nặng trong cây giảm tương ứng với lượng than sinh học bổ sung, chứng minh than sinh học đã chuyển hóa kim loại nặng từ dạng linh động dễ tiêu sang dạng cố định khó tiêu đối với thực vật.

5. Hiệu quả trên năng suất lúa và tính chất đất qua 4 vụ canh tác tại Sóc Sơn:

   • Bón than sinh học kết hợp phân bón vô cơ giúp nâng cao năng suất lúa ổn định qua 4 vụ canh tác liên tiếp so với công thức đối chứng chỉ bón NPK thông thường.
   • Sau 4 vụ mùa, các chỉ tiêu hóa học đất tại tầng 0–30 cm được cải thiện: hàm lượng carbon hữu cơ tổng số (TOC) tăng, pH và CEC duy trì ở mức cao hơn đối chứng, tầng đất mặt có màu sắc tối hơn rõ rệt do sự lưu giữ ổn định của carbon hữu cơ bền vững.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

Căn cứ theo các kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận án xác định các đóng góp mới cụ thể sau:

1. Về cải tạo lý hóa tính đất: Xác định được định lượng khả năng cải tạo và nâng cao các tính chất lý hóa cốt lõi của đất xám bạc màu (tăng giá trị pH, nâng cao dung tích trao đổi cation CEC, tăng hàm lượng các cation trao đổi bazơ, tăng độ kiềm tổng số và sức giữ nước tối đa WHC) khi bổ sung than sinh học sản xuất từ phụ phẩm rơm rạ và vỏ trấu.
2. Về cơ chế cố định kim loại nặng: Xác định được khả năng và các tham số động học cố định kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) của đất xám bạc màu có bổ sung than sinh học dưới tác động đồng thời của pH môi trường, thời gian tiếp xúc, nồng độ ion kim loại và dung dịch chiết CaCl2 0,01 M.
3. Về an toàn sinh học và dinh dưỡng cây trồng: Xác định được khả năng làm giảm lượng hút thu và tích lũy các kim loại nặng Cu, Pb, Zn vào sinh khối cây rau muống trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung than sinh học; đồng thời xác định được ngưỡng hàm lượng than sinh học thích hợp giúp thúc đẩy sinh trưởng và tích lũy sinh khối thực vật.
4. Về kiểm chứng thực tiễn đồng ruộng: Ứng dụng thành công than sinh học trên quy mô 500 m² đất xám bạc màu trồng lúa tại xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn (Hà Nội), chứng minh hiệu quả nâng cao năng suất lúa và duy trì cải thiện độ phì của đất liên tục qua 4 vụ mùa canh tác.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Khuyến nghị áp dụng công nghệ nhiệt phân gián tiếp quy mô nông hộ và nhóm hộ để xử lý nguồn phụ phẩm rơm rạ, vỏ trấu tại chỗ nhằm giảm thiểu tình trạng đốt phụ phẩm ngoài đồng ruộng.
• Đề xuất đưa than sinh học từ phụ phẩm cây lúa vào quy trình kỹ thuật cải tạo đất xám bạc màu và đất nông nghiệp có nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng ven đô thị và làng nghề.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Thực nghiệm đồng ruộng của luận án mới được tiến hành tập trung trên một loại hình đất xám bạc màu tại một địa bàn đại diện (huyện Sóc Sơn, Hà Nội) với diện tích 500 m² và theo dõi trên đối tượng cây lúa nước và cây rau muống trong nhà lưới.
• Chưa khảo sát trên các nhóm đất xám bạc màu hình thành trên các nền đá mẹ khác (như phù sa cổ Đông Nam Bộ, Tây Nguyên) và chưa thực nghiệm trên các loại cây trồng cạn có giá trị kinh tế khác (như ngô, lạc, đậu đỗ).

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Mở rộng nghiên cứu theo dõi diễn biến độ phì nhiêu đất và độ bền hóa học của khung carbon than sinh học trong phẫu diện đất sau thời gian canh tác dài hạn (> 5–10 năm).
• Nghiên cứu khả năng cố định của than sinh học đối với các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (thuốc bảo vệ thực vật, hydrocacbon thơm đa vòng PAH) và các nguyên tố độc hại khác như Cadmi (Cd), Asen (As).
• Cải tiến thiết kế lò nhiệt phân yếm khí quy mô trang trại nhằm tối ưu hóa hiệu suất thu hồi nhiệt và hạn chế tối đa khí thải trong quá trình sản xuất than sinh học.

---

Giá trị tham khảo

Luận án cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm và cơ sở khoa học phục vụ cho nhiều đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Nông hóa - Thổ nhưỡng: Luận án là tài liệu tham khảo về phương pháp kết hợp đồng bộ giữa mô hình hấp phụ lý hóa trong phòng thí nghiệm (động học hấp phụ, chiết rút động CaCl2), thí nghiệm sinh học chậu vại (đánh giá hệ số tích lũy sinh học BF) và thí nghiệm đồng ruộng nhiều vụ; cung cấp bộ số liệu về đặc tính hóa lý của than sinh học từ rơm rạ và vỏ trấu.
• Đối với cán bộ khuyến nông và kỹ thuật nông nghiệp: Cung cấp thông số kỹ thuật và căn cứ thực tế về liều lượng phối trộn than sinh học để nâng cao năng suất lúa và cải thiện tính chất giữ nước, giữ phân của đất xám bạc màu.
• Đối với các nhà quản lý môi trường và hoạch định chính sách nông nghiệp: Cung cấp luận cứ khoa học nhằm ban hành các chính sách quản lý phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy kinh tế tuần hoàn, hạn chế đốt rơm rạ gây ô nhiễm không khí ven đô và giảm thiểu phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa nước.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Đất xám bạc màu tại Việt Nam có những đặc tính hạn chế nào đối với canh tác và tích lũy kim loại nặng?

Đất xám bạc màu (Haplic Acrisols) có phản ứng chua (pHKCl từ 3,0–4,5), nghèo mùn (0,50–1,50%), dung tích trao đổi cation (CEC) và hàm lượng cation kiềm trao đổi thấp ($Ca^{2+} + Mg^{2+} < 2\text{ meq}/100\text{g}$ đất), thành phần cơ giới nhẹ, dung trọng cao ($1,30–1,50\text{ g/cm}^3$) và sức chứa ẩm thấp. Do đất chua và nghèo keo sét, các kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) tồn tại ở dạng ion tự do linh động cao trong dung dịch đất, làm tăng nguy cơ hấp thụ vào cây trồng hoặc bị rửa trôi gây ô nhiễm nguồn nước.

2. Than sinh học từ rơm rạ và vỏ trấu cải thiện các chỉ tiêu lý hóa nào của đất xám bạc màu?

Sau khi bổ sung than sinh học, đất xám bạc màu tăng rõ rệt độ pH, nâng cao khả năng trung hòa axit (ANC), gia tăng dung tích trao đổi cation (CEC), tăng hàm lượng các cation trao đổi bazơ ($Ca^{2+}, Mg^{2+}, K^+$), tăng mật độ điện tích âm trên bề mặt hạt đất và cải thiện đáng kể sức chứa ẩm tối đa (WHC) của đất.

3. Than sinh học cố định kim loại nặng Cu, Pb, Zn và giảm tích lũy vào cây rau muống theo cơ chế nào?

Than sinh học cố định kim loại nặng thông qua các cơ chế: hấp phụ tĩnh điện trên bề mặt vi xốp, trao đổi cation tại các vị trí mang điện tích âm, tạo phức với các nhóm chức hữu cơ (-COOH, -OH) và kết tủa dạng hydroxit/cacbonat khi pH tăng. Quá trình này chuyển hóa kim loại nặng từ pha lỏng sang dạng liên kết bền vững, làm giảm nồng độ ion kim loại tự do trong dung dịch đất (được kiểm chứng qua thí nghiệm chiết rút bằng $CaCl_2\text{ }0,01\text{ M}$), từ đó làm giảm lượng hấp thụ qua rễ và giảm hệ số tích lũy sinh học (BF) trong thân, lá rau muống.

4. Kết quả thực nghiệm đồng ruộng ứng dụng than sinh học tại Sóc Sơn (Hà Nội) đạt được như thế nào?

Thực nghiệm trên diện tích 500 m² đất xám bạc màu tại xã Bắc Phú, huyện Sóc Sơn qua 4 vụ lúa liên tiếp cho thấy: các công thức bón than sinh học kết hợp phân bón vô cơ giúp tăng năng suất lúa có ý nghĩa thống kê so với đối chứng chỉ bón NPK; hàm lượng carbon hữu cơ tổng số (TOC), pH và CEC của tầng đất mặt 0–30 cm được cải thiện và duy trì ổn định; đất trở nên tơi xốp hơn và phẫu diện đất mặt chuyển màu tối rõ rệt.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Trần Viết Cường đã giải quyết đồng thời hai vấn đề môi trường cấp thiết: xử lý nguồn phụ phẩm cây lúa dư thừa (rơm rạ, vỏ trấu) và cải tạo đất xám bạc màu bị suy thoái, ô nhiễm kim loại nặng. Bằng phương pháp tiếp cận thực nghiệm chặt chẽ từ phòng thí nghiệm, nhà lưới đến 4 vụ lúa đồng ruộng tại Sóc Sơn (Hà Nội), công trình đã chứng minh than sinh học có khả năng nâng cao pH, CEC, sức giữ ẩm của đất, cố định bền vững các kim loại nặng Cu, Pb, Zn và làm giảm lượng tích lũy của chúng vào cây trồng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho việc ứng dụng than sinh học trong quản lý môi trường đất và phát triển nông nghiệp bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa 1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới Lúa gạo là thực phẩm quan trọng đối với khoảng một nửa dân số thế giới. Riêng khu vực châu Á đã sản xuất 618,24 triệu tấn, hơn 90% tổng sản lượng gạo toàn cầu (Bảng 1.

Thống kê trong năm 2009 cho thấy, Trung Quốc đã sản xuất 196,7 triệu tấn lúa trên diện tích 29,8 triệu ha, trong khi Ấn Độ đã sản xuất 133,7 triệu tấn lúa trên diện tích 41,9 triệu ha [81]. Mặc dù Trung Quốc và Ấn Độ sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới nhưng số lượng xuất khẩu của họ là tương đối thấp do nhu cầu lớn từ dân số của họ. Sản lượng lúa và phụ phẩm cây lúa trên thế giới năm 2009 Khu vực Sản lượng Rơm rạa Trấub (triệu tấn) (triệu tấn) (triệu tấn) Châu Phi 24,51 24,51 4,9 Châu Mỹ 38,1 38,1 7,62 Châu Á 618,24 618,24 123,65 Trung Quốc 196,68 196,68 39,336 Ấn Độ 133,7 133,7 26,74 Indonesia 64,4 64,4 12,88 Bangladesh 47,72 47,72 9,544 Châu Âu 4,1 4,1 0,82 Châu đại dương 0,29 0,29 0,058 Thế giới 685,24 685,24 137,05 Nguồn: [81] a tỉ lệ so với sản lượng là 1 b tỉ lệ so với sản lượng là 0,2 Nhu cầu gạo dự kiến sẽ vẫn mạnh mẽ trong vài thập kỷ tới do sự tăng trưởng kinh tế và dân số ở các nước châu Phi và châu Á [138]. Dự đoán rằng đến năm 2020, tổng lượng tiêu thụ gạo sẽ là 450 triệu tấn, tăng 6,6% so với 422 triệu tấn vào năm 2007 [169].

Nhìn chung, ngành sản 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] xuất lúa gạo sẽ vẫn duy trì ổn định trong một thời gian dài, dẫn đến việc phụ phẩm từ cây lúa vẫn ở mức cao (Bảng 1. Việc sử dụng phụ phẩm cây lúa cho các mục đích khác nhau ở các nước cũng khác nhau. Ví dụ như ở Indonesia, phụ phẩm cây lúa chủ yếu được sử dụng cho mục đích năng lượng hoặc đốt bỏ trên đồng ruộng. Ở Philippin chủ yếu sử dụng cho cung cấp năng lượng, sản xuất phân bón hoặc đốt bỏ.

Ở Trung Quốc, phụ phẩm chủ yếu được sử dụng để sản xuất phân bón và làm thức ăn gia súc hoặc đốt bỏ (Bảng 1. Một số hình thức sử dụng rơm rạ và trấu ở các nước trên thế giới Hình thức sử dụng Quốc gia Indonesia , Nepal, Thái Lan, Malaysia, Cung cấp năng lượng Philippin, Thụy Sỹ, Nigeria. Phân bón Philippin, Israel, Trung Quốc. Lebanon, Pakistan, Syria, Iraq, Israel, Thức ăn cho động vật Tanzania, Trung Quốc, châu Mỹ.

Trồng nấm Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ. Đốt cháy Trung Quốc, Mỹ, Philippin, Indonesia. Theo một cuộc khảo sát tại Thái Lan, 90% rơm rạ trong vụ thu hoạch cao điểm giữa tháng mười một và tháng mười hai được xử lý bằng cách đốt cháy trên đồng ruộng [170]. Do việc đốt làm ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe và môi trường, nhiều quốc gia đã áp đặt các quy định mới để hạn chế các hoạt động đốt phụ phẩm trên đồng ruộng [102].

Gần đây, rơm rạ và trấu đã được sử dụng làm vật liệu xây dựng [185], làm vật liệu hấp phụ KLN [114] và sử dụng vào mục đích sản xuất năng lượng và nhiên liệu. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Rơm rạ và trấu giống như nhiều loại sinh khối khác có chứa nhiều xenlulo và có một số đặc tính phù hợp để làm nguyên liệu cho việc chuyển đổi sinh hóa thành nhiên liệu như ethanol [181]. Rơm rạ cũng có tiềm năng sử dụng như một nguồn sinh khối để sản xuất năng lượng, nhưng việc ứng dụng với quy mô lớn của nó khá hạn chế so với việc sử dụng trấu [48]. Việc sử dụng trấu để sản xuất điện đã được áp dụng phổ biến ở những khu vực do có nguồn cung dồi dào từ các nhà máy xay xát lúa.

Ngược lại, việc thu gom rơm rạ là khó khăn hơn do các vấn đề liên quan đến vận chuyển, xử lý và thu gom từ đồng ruộng [69]. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam Các hình thức thu gom, sử dụng và xử lý các phụ phẩm cây lúa chủ yếu là rơm rạ, là khá đa dạng và không thống nhất. Tùy theo điều kiện từng vùng và tập quán sử dụng của từng địa phương mà hình thức thu gom, sử dụng và xử lý rơm rạ sau thu hoạch cũng rất khác nhau. Với sản lượng lúa ước tính năm 2013 của cả nước trên 40 triệu tấn [24], nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và tỉ lệ giữa khối lượng trấu trên khối lượng hạt là 0,2 thì cả nước có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn trấu.

Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn. Đặc điểm của sản xuất nông nghiệp ở nước ta có quy mô nhỏ, việc thu gom và sử dụng rơm rạ đều bằng các hình thức thủ công. Rơm rạ thường được dự trữ ngoài trời nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chưa khai thác được hết lợi ích từ lượng rơm đã dự trữ. Theo kết quả điều tra trong năm 2015 cho thấy, việc sử dụng rơm ra ngày nay vẫn còn nhiêu mục đích khác nhau.

Tuy nhiên đa số rơm rạ được để lại tại ruộng sau đó đốt bỏ: 42,2%, hoặc vùi lại: 16,2%, làm thức ăn cho đại gia súc: 18%, Ủ làm phân: 5,5%, chất độn chuồng nuôi: 5,6%, tủ gốc: 4,7%, ngoài ra còn sử dụng làm nấm, chất đốt nhưng không đáng kể (Bảng 1. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Một số tỉnh vùng ĐBSCL rơm đã được thu gom, đóng bánh bằng cơ giới và bán cho thương lái. Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%) Thức Chất Làm Đốt tại Vùi tại Làm Tủ Địa phương Ủ phân ăn gia độn chất Bán ruộng ruộng Nấm gốc súc chuồng đốt Sơn La 75,5 5,0 4,5 10,0 5,0 - - - Lào Cai 70,0 10,0 2,0 3,0 5,5 - 9,5 - - Phú Thọ 60,0 20,0 1,0 6,0 - - 13,0 - - Bắc Giang 30,3 25,0 11,7 23,0 - 5,0 - 5,0 - Nam Định 26,0 30,0 15,0 14,0 5,0 - 5,0 5,0 - Hà Tĩnh 24,0 15,0 40,0 10,0 1,5 2,0 7,5 - Bình Định 15,0 20,0 10,0 35,0 10,0 - 5,0 5,0 - Bến tre 45,0 10,0 30,0 5,0 - 4,0 - 6,0 Tiền giang 32,0 12,0 7,5 6,0 8,5 - 6,0 - 28,0 Sóc Trăng 45,0 15,0 4,0 11,0 7,5 - 2,5 - 15,0 Tỷ lệ % TB 42,2 16,2 5,5 18,0 5,6 0,6 4,7 2,3 4,9 Nguồn: [3] Đối với vỏ trấu nông dân chủ yếu sử dụng làm chất đốt, ở các tỉnh ĐBSCL có nhiều nhà máy xay xát, trấu được gom lại và cung cấp cho các nhà máy sấy, lượng trấu sử dụng làm chất đốt là 60,2%, dùng lót chuồng nuôi: 17,4%, Ủ phân: 14,1% (Bảng 1. Một số tỉnh đã có xưởng sản xuất thanh củi trấu như Bến Tre, Sóc Trăng, Tiền Giang, Nam Định.

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm sinh học để xử lý rơm rạ rất được quan tâm, khi bổ sung vi sinh vật vào rơm rạ như Arpergillus, Trichoderma, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus và Azotobacter, Pleurotus sojarcaju và Trichoderma viride thì rơm rạ phân hủy nhanh hơn. Một trong những thành tựu gần đây của Viện Lúa ĐBSCL là nghiên cứu, tuyển chọn và sản xuất thành công chế phẩm Trichoderma có khả năng xử lý rơm rạ 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trực tiếp ngoài đồng với quy mô lớn, giảm chi phí thu gom rơm, vận chuyển và đánh đống ủ. Kết quả bước đầu đã tận dụng được nguồn rơm rạ tại chỗ phục vụ cho sản xuất lúa, góp phần ổn định sự bền vững cho đất lúa thâm canh tăng năng suất, giảm chi phí phân bón hóa học và góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế trồng lúa, đáp ứng chiến lược sản xuất nông nghiệp bền vững và bảo vệ tốt môi trường [31]. Tỷ lệ các hình thức sử dụng trấu tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%) Than sinh Địa phương Chất đốt Ủ phân Lót chuồng Tủ gốc học Sơn La 50,5 25,0 20,3 - 4,2 Lào Cai 70,0 8,5 15,6 - 5,9 Phú Thọ 74,5 10,5 15,0 - - Bắc Giang 62,0 20,0 12,0 - 6,0 Nam Định 46,4 20,0 25,0 4,6 4,0 Hà Tĩnh 65,3 15,0 9,7 - 10,0 Bình Định 51,0 4,5 44,5 - - Bến tre 55,0 10,0 15,0 15,0 5,0 Tiền giang 60,5 15,0 12,4 10,0 2,1 Sóc Trăng 66,3 12,0 4,7 15,0 2,0 Tỷ lệ % TB 60,2 14,1 17,4 4,5 3,9 Nguồn: [3] Than trấu và củi trấu có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là đối với nước nông nghiệp như nước ta.

Vỏ trấu không cháy dễ dàng để thành ngọn lửa trừ khi có không khí thổi qua. Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên nó là vật liệu cách nhiệt tốt. Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng 17 - 26%, cao hơn rất nhiều so với gỗ 0,2 - 2%, do đó, nó là một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị [23]. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phương pháp xử lý rơm rạ bằng phương pháp đốt không thu hồi nhiệt lượng là phương pháp vốn được người nông dân Nam bộ sử dụng từ lâu để tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồng ruộng và tro sau quá trình cháy được xem là phân bón.

Theo phân tích của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (2005), % hàm lượng tro trong một số loại chất đốt cho thấy tỷ lệ của vỏ trấu và rơm là cao hơn đáng kể (Bảng 1. Thành phần trong một số chất đốt, (%) Tính chất Vỏ trấu Rơm Gỗ Chất dễ bay hơi 64,7 69,7 85 Các bon 15,7 11,1 13 Tro 19,6 19,2 2 Nguồn: [32] Nghiên cứu cũng cho thấy thành phần một số nguyên tố dinh dưỡng trong rơm rạ như N = 0,5%, P2O5 = 0,2% và K2O = 0,6 - 1,5%, đồng thời một số thành phần của một số loại tro từ các phụ phẩm trồng trọt (rơm rạ, trấu, thân ngô) được phân tích và đánh giá là có lợi cho cây trồng (Bảng 1. Thành phần một số loại tro, (%) % tan % tan STT Loại tro trong trong SiO2 Al2O 3 Fe2O 3 P2O 5 K 2O CaO nước HCl 1 Rạ chiêm 3,2 13,3 86,7 2,04 3,19 0,9 2,0 2,6 2 Rạ mùa 6,8 18,2 81,8 0 3,29 1,2 4,1 3,8 3 Rạ nếp 5,9 11,0 89,0 0,3 1,29 0,6 3,5 1,7 4 Trấu 4,2 4,6 95,4 0 2,39 0,6 2,5 0,8 5 Thân ngô 13,7 36,2 63,8 0 2,09 9,5 8,3 5,2 Nguồn: [32]. Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô nhỏ, các chất thải dễ cháy được sử dụng thay thế củi để đun nấu phục vụ sinh hoạt trong gia đình như nấu nướng, 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] đun nước, sưởi ấm.