MỞ ĐẦU Những năm gần đây, ngành chăn nuôi Việt Nam đã có bƣớc phát triển nhanh chóng, góp phần quan trọng vào sự phát triển chung của ngành nông nghiệp. Giá trị sản xuất chăn nuôi năm 2009 đạt mức tăng trƣởng 5,3% nhƣng theo kế hoạch, giai đoạn 2010-2015 phải đạt trung bình 6-7%/ năm [3, 10, 27]. Trong thời kỳ đổi mới, nhờ các chính sách khuyến khích, các doanh nghiệp, hộ cá thể đã mạnh dạn đầu tƣ để phát triển chăn nuôi hàng hoá qui mô trang trại tập trung. Tuy nhiên, do chỉ tập trung đầu tƣ để nâng cao năng suất, chất lƣợng vật nuôi, nhiều trang trại chƣa chú trọng đến công tác kiểm soát, quản lý chất thải nên đã làm phát sinh dịch bệnh, tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng và ảnh hƣởng trực tiếp đến việc phát triển bền vững của ngành chăn nuôi.
Tại nhiều địa phƣơng ngƣời dân chƣa quan tâm đúng mức đến việc xử lý chất thải chăn nuôi trƣớc khi sử dụng. Mỗi năm cả nƣớc có khoảng 60 triệu tấn chất thải vật nuôi, trong đó chỉ có khoảng 50% đƣợc xử lý, số còn lại sử dụng trực tiếp bón cho cây trồng hoặc làm thức ăn cho cá. Tại nhiều địa phƣơng, ngƣời dân vẫn sử dụng trực tiếp chất thải chăn nuôi làm phân bón mà không quan tâm đến việc xử lý hoặc cũng chỉ ủ đống để chờ bón cho cây trồng theo mùa vụ. Đây là một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng và lây truyền các dịch bệnh cho ngƣời, vật nuôi và cây trồng [30, 31].
Chất thải chăn nuôi gia súc, gia cầm có chứa các hợp chất các bon, nitơ, phốt pho và các nguyên tố khoáng khác là nguồn dinh dƣỡng quan trọng của cây trồng, song cây trồng không thể sử dụng trực tiếp mà phải qua quá trình chuyển hoá. Phƣơng pháp ủ phân chuồng truyền thống thƣờng kéo dài 4-6 tháng không thể áp dụng tại các cơ sở chăn nuôi tập trung vì không có đủ điều kiện về cơ sở hạ tầng. Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng vi sinh vật khởi động để rút ngắn thời gian phân hủy chất thải hữu cơ. Tuy nhiên, đến nay ở Việt Nam chế phẩm vi sinh vật đƣợc sử dụng chủ yếu để xử lý rác thải sinh hoạt và phế phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp chế biến, chƣa có chế phẩm đặc thù cho xử lý chất thải chăn nuôi, nhất là chƣa xử lý có hiệu quả mùi hôi của chất thải chăn nuôi.
Một số chế phẩm sử dụng vi sinh vật không có lý lịch chủng giống rõ ràng, gây nhiều băn 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khoăn về tính an toàn đối với sức khỏe ngƣời, vật nuôi và môi trƣờng sinh thái. Đề tài luận án “Nghiên cứu vi sinh vật để xử lý chất thải chăn nuôi dạng rắn” đƣợc triển khai nhằm tạo đƣợc chế phẩm từ các chủng vi sinh vật an toàn, có khả năng xử lý hiệu quả mùi hôi thối phát sinh từ chất thải chăn nuôi, phân huỷ nhanh chất hữu cơ tạo ra phân bón có chất lƣợng, đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng của cây trồng. Các nội dung chính của luận án đƣợc thực hiện tại Bộ môn Sinh học Môi trƣờng- Viện Môi trƣờng Nông nghiệp; Bộ môn Vi sinh vật- Viện Thổ nhƣỡng Nông hóa (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam), Phòng Công nghệ Vật liệu Sinh học- Viện Công nghệ Sinh học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và đƣợc sự hỗ trợ từ các đề tài do Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam chủ trì mà tôi trực tiếp tham gia thực hiện gồm: “Nghiên cứu chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi” (Đề tài cấp Nhà nƣớc thuộc chƣơng trình Công nghệ Sinh học Nông nghiệp và Thủy sản năm 2008-2010); “Nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm vi sinh để chế biến phế thải chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học tại nông hộ huyện Quỳ Hợp, Nghệ An” (Đề tài cấp Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2009-2011) và “Tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật sử dụng trong sản xuất chế phẩm vi sinh xử lý nhanh phế thải chăn nuôi gà, lợn ở qui mô tập trung” (Đề tài cấp cơ sở, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam năm 2010- 2012). Mục tiêu của đề tài luận án: - Tuyển chọn đƣợc bộ chủng vi sinh vật thuộc nhóm an toàn sinh học, có khả năng sinh trƣởng mạnh, cạnh tranh đƣợc với các vi sinh vật trong chất thải, ức chế tiêu diệt có hiệu quả các vi khuẩn gây bệnh và chuyển hóa nhanh chất hữu cơ có trong chất thải chăn nuôi.
- Tạo đƣợc chế phẩm vi sinh vật để xử lý chất thải chăn nuôi góp phần giảm ô nhiễm môi trƣờng, tạo ra phân hữu cơ cung cấp dinh dƣỡng cho cây trồng thay thế một phần phân bón vô cơ, góp phần phát triển nông nghiệp an toàn và bền vững. 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đóng góp mới của luận án 1. Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách có hệ thống, từ hiện trạng chất thải dạng rắn ở trang trại chăn nuôi tập trung, đến sản xuất và ứng dụng thành công chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải chăn nuôi, giảm ô nhiễm môi trƣờng và rút ngắn thời gian chuyển hóa các hợp chất hữu cơ từ 3- 4 tháng xuống còn 21- 30 ngày. Là công trình đầu tiên nghiên cứu một cách tổng hợp và chứng minh đƣợc hiệu quả sử dụng vi khuẩn lactic sinh các chất kháng khuẩn (axit lactic và bacterioxin) để xử lý mùi hôi thối và đối kháng vi khuẩn gây bệnh trong chất thải chăn nuôi.
Xây dựng đƣợc qui trình sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải chăn nuôi dạng rắn làm phân bón hữu cơ thay thế phân chuồng và có thể tiết kiệm đƣợc 25% lƣợng phân khoáng, góp phần phát triển sản xuất nông nghiệp an toàn, bền vững. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Đề tài cung cấp bốn chủng vi sinh vật an toàn, có hoạt tính sinh học cao trong sản xuất chế phẩm vi sinh xử lý chất thải chăn nuôi, tạo phân bón hữu cơ góp phần giảm lƣợng phân hoá học nâng cao hiệu quả sản xuất của nông dân. - Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng trong chăn nuôi qui mô trang trại góp phần phát triển bền vững ngành chăn nuôi. 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. CHẤT THẢI CHĂN NUÔI VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ 1. Chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng Chất thải chăn nuôi tạo ra trong quá trình chăn nuôi gia súc gia cầm, gồm ba dạng chủ yếu: Chất thải rắn (bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi khi là xác gia súc, gia cầm chết hàng ngày), chất thải lỏng (bao gồm nƣớc rửa chuồng, nƣớc tắm cho vật nuôi, nƣớc tiểu, một phần phân), chất thải bán lỏng (gồm cả chất thải rắn và chất thải lỏng). Các công trình nghiên cứu về ô nhiễm do chất thải chăn nuôi [3, 10, 22, 27, 31, 57, 111] đã xác định tác nhân ô nhiễm môi trƣờng của chất thải chăn nuôi gồm: - Ô nhiễm do kim loại nặng: Thức ăn chăn nuôi công nghiệp thƣờng chứa các nguyên tố vi lƣợng, kim loại nặng.
Trong quá trình trao đổi chất của vật nuôi có khoảng 90% đồng (Cu) không tiêu hoá hết bài tiết ra ngoài; arsen (thạch tín) trong phân vật nuôi có thê tích tụ trong nội tạng ngƣời và vật nuôi gây biến đổi quá trình trao đổi chất, là nguyên nhân gây các bệnh ung thƣ. Khoảng 50% lƣợng phốt pho, nitơ từ thức ăn đƣợc động vật bài tiết ra phân; trong quá trình thu gom, đánh đống phần bị rửa trôi có thể tích luỹ phủ lên bề mặt đất, một lƣợng nhỏ phối hợp với Ca, Cu, Al thành phức hợp không dung giải làm cho đất cằn cỗi, ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của thực vật, một phần chảy vào nguồn nƣớc làm cho các phù du sinh vật, rong tảo phát triển dẫn đến giảm dinh dƣỡng và oxy trong nƣớc, phá huỷ môi trƣờng sinh thái nƣớc. - Ô nhiễm do khí thải độc hại: Trong phân, nƣớc thải của lợn có khoảng 40 loại khí độc khác nhau sinh ra từ quá trình thối rữa thức ăn thừa và xác động vật, thực vật do hoạt động sống của vi khuẩn yếm khí. Các khí thải H2S, NH3, CH4, CO2,, N2O.gây mùi hôi thối khó chịu, kích thích trung khu hô hấp của con ngƣời và vật nuôi.
Các khí độc này tuỳ theo nồng độ mà gây cho ngƣời mệt nhọc, đau đầu, khó thở, co giật và có thể tử vong. Với gia súc có thể làm giảm lƣợng thức ăn tiêu thụ, có hiện tƣợng 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thần kinh không bình thƣờng, làm lợn sơ sinh yếu ớt, gây sẩy thai cho lợn chửa, tăng số lợn chết thai và giảm tốc độ sinh trƣởng của lợn con. - Ô nhiễm do vi sinh vật và ký sinh trùng gây bệnh: Theo tài liệu của FAO có khoảng 90 loại bệnh liên quan giữa ngƣời và gia súc mà phần lớn do các vi sinh vật và ký sinh trùng lan truyền từ chất bài tiết của vật nuôi bị bệnh vào không khí, nguồn nƣớc, đất, nông phẩm.gồm: các loại mầm bệnh nhƣ ký sinh trùng (trứng, ấu trùng giun sán), các vi sinh vật gây hại (E. coli, Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae, Enterococcus faecalis, Streptococcus .) và một số loài vi rút gây bệnh.
Nhiều động vật nhiễm các loại bệnh có thể lây truyền sang ngƣời, nhƣ lợn là ổ chứa của vi rút gây bệnh viêm não Nhật Bản, gia cầm là ổ chứa của vi rút cúm A, H5N1, H1N1. Nhiều loại bệnh nhƣ tả, lỵ, thƣơng hàn.từ động vật bị bệnh lây truyền sang ngƣời qua thực phẩm, qua con đƣờng "phân- miệng" hoặc qua việc giết mổ gia súc bị nhiễm bệnh. Sommer & Jensen [111] đã đƣa ra mô hình về mối quan hệ giữa chăn nuôi và các yếu tố ô nhiễm môi trƣờng theo hình 1. Mầm bệnh Khí amoniac Mùi Khí gây hiệu ứng nhà kính Chất thải rắn Chuồng trại Bán Chất thải lỏng Mầm bệnh Khí amoniac Mùi Ruộng Ao cá Khí gây hiệu ứng nhà kính Bể chứa hiếm khí Hồ, sông, kênh mương Ống dẫn Chảy tràn Phú dưỡng Rửa trôi nitrate Tích lũy kim loại nặng , , Hình 1.
Dòng chảy dinh dƣỡng và sự phát tán các yếu tố gây ô nhiễm môi trƣờng từ một số trang trại chăn nuôi lợn ở Việt Nam [111] 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các chuồng trại chăn nuôi, các nguồn chất thải chăn nuôi là nguồn phát sinh tác nhân gây bệnh trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng.