Đặt vấn đề Việt Nam là một đất nước nông nghiệp trồng nhiều loại cây ăn quả, đặc biệt cây vải được trồng rất nhiều ở miền Bắc. Cây vải (Litchi chinensis) là một trong những loại cây trồng đặc sản được trồng ở nhiều tỉnh thành phía Bắc nước ta. Theo số liệu thống kê từ Cục Trồng trọt – Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2018, diện tích trồng vải của Việt Nam khoảng 60.000 ha, trong đó Bắc Giang là tỉnh có diện tích trồng vải lớn nhất, chiếm tới hơn 28. Thời gian thu hoạch quả vải ngắn (trong khoảng 2 tháng, tháng 6 và 7) với sản lượng lớn nên phế phụ phẩm sau thu hoạch quả vải hiện nay được xử lý đơn giản bằng cách đổ ra vườn, lề đường, bờ ruộng và đốt.
Do được trồng nhiều trên diện tích lớn nên lượng phế phụ phẩm thải ra cũng rất lớn; bao gồm cành, vỏ, lá, quả bị loại và các quả bị hỏng. Lượng phế phụ phẩm này để lâu sẽ tiềm ẩn nguy cơ gây hại, mầm bệnh hay các vi sinh vật có hại cho đất hoặc nguồn nước, gây hại đến sức khỏe con người hoặc động vật nuôi và làm mất mỹ quan đô thị và nông thôn. Thành phần chính của loại phụ phẩm này là cellulose và lignin nên cần từ 9-12 tháng mới hoai mục trong môi trường tự nhiên, khi đốt gây ô nhiễm môi trường và làm mất đi lượng lớn dinh dưỡng có trong nguồn phụ phẩm. Cellulose và lignin là chất hữu cơ không tan trong nước, bền vững nhưng dễ bị thuỷ phân bởi các enzyme đặc hiệu do vi sinh vật tiết ra.
Trong tự nhiên, hệ vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose và lignin vô cùng phong phú bao gồm vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn. Vi khuẩn có mặt và chiếm ưu thế ở trong các đống ủ phế phẩm, chúng hoạt động mạnh hơn nhiều so với xạ khuẩn và nấm. Các nghiên cứu phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật phân hủy rơm rạ, phế phẩm công – nông nghiệp đã được các nhà nghiên cứu tiến hành rất nhiều nhưng với phế phẩm sau thu hoạch vải thì chưa được nghiên cứu nhiều và chưa có kết quả cụ thể. Vì vậy đề tài nghiên cứu “Phân lập, tuyển chọn các chủng vi khuẩn và đánh giá khả năng phân giải lignin, cellulose từ phụ phẩm 1 sau thu hoạch quả vải” được đề xuất thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề trên.
Các kết quả thu được của đề tài sẽ cung cấp một số chủng vi sinh vật để làm chế phẩm vi sinh hoặc phân bón vi sinh, phân bón hữu cơ để sử dụng trong thực tiễn. Mục tiêu của đề tài • Phân lập và tuyển chọn một số chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy cellulose, lignin trong phế phụ phẩm vải. • Đánh giá khả năng phân hủy phế phụ phẩm vải của các chủng vi khuẩn được tuyển chọn. Yêu cầu của đề tài • Phân lập và tuyển chọn được một số vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose và lignin từ phế phụ phẩm sau thu hoạch vải.
• Xác định môi trường nuôi phù hợp, điều kiện nhiệt độ, pH thích hợp cho chủng lựa chọn sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp enzyme đích. • Bước đầu khảo sát khả năng phân hủy phế phụ phẩm sau thu hoạch vải của chủng đã chọn. 2 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Thực trạng phụ phẩm sau thu hoạch vải 2.
Sản lượng và thực trạng phụ phẩm sau thu hoạch nông nghiệp nói chung Việt Nam là quốc gia nằm trong vành đai nội chí tuyến có khí hậu nhiệt đới gió mùa, là một lợi thế để sản xuất nông nghiệp; mỗi năm thu hoạch với sản lượng lớn nông sản nên trong quá trình sản xuất, bảo quản, sơ chế, chế biến nông sản, tỷ lệ phụ phẩm của lâm nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản là rất lớn. Theo kết quả báo cáo mới nhất của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng khối lượng phụ phẩm cả nước năm 2020 là hơn 156.8 triệu tấn, bao gồm: 88.9 triệu tấn phụ phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, từ quá trình chế biến nông sản của ngành trồng trọt (chiếm 56.4 triệu tấn phân gia súc, gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm 39.5 triệu tấn từ ngành lâm nghiệp (chiếm 3.5%); khoảng 1 triệu tấn từ ngành thủy sản (10. Đối với phụ phẩm trồng trọt, tỷ lệ thu gom chỉ đạt 52.2% trên tổng lượng 88.9 triệu tấn; chăn nuôi có tỷ lệ thu gom là 75.1% trên tổng lượng 61.4 triệu tấn; thủy sản có tỷ lệ thu gom cao nhất với 90% trên tổng lượng phụ phẩm 1 triệu tấn và lâm nghiệp có tỷ lệ thu gom 50.2% trên tổng lượng 5. Không chỉ tỷ lệ thu gom thấp, việc sử dụng phụ phẩm vẫn còn đơn giản, chưa tạo được giá trị gia tăng cao.
Tỷ lệ các nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu hữu cơ để sản xuất phân bón hữu cơ ở mức khá thấp. Cụ thể, sử dụng 43% chất thải chăn nuôi; 33.2% chất thải chế biến thực vật; 17.9% phụ phẩm trồng trọt; 16.2% chất thải chế biến động vật, thủy sản. Vì vậy muốn tăng hiệu quả sử dụng phụ phẩm nông nghiệp cần kích thích và thay đổi phương pháp kỹ thuật trong bảo quản, chế biến các phụ phẩm trồng trọt, chăn nuôi. biến phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón hữu cơ, giảm phụ thuộc nguồn nhập khẩu.
Thực trạng và phương pháp xử lý phế phụ phẩm sau thu hoạch vải 2. Sản lượng và thực trạng phụ phẩm sau thu hoạch vải Cây vải được trồng nhiều nhất ở miền Bắc nước ta, đặc biệt ở huyện Lục Ngạn (Bắc Giang) do có thời tiết khí hậu rất phù hợp. Mùa thu hoạch vải rất ngắn vào khoảng tháng 6 đến tháng 7, là thời gian nóng nhất trong năm. Sau khi người nông dân thu hoạch quả vải để mang đi tiêu thụ cung cấp ra ngoài thị trường, cây vải cũng bắt đầu yếu và thiếu chất dẫn đến cành và lá gãy rụng theo.
Mỗi năm lượng phế phụ phẩm sau thu hoạch vải có thể lên đến hàng nghìn tấn được thải ra. Phế phẩm này bao gồm thân cành, lá, vỏ, hạt, quả hỏng,. chứa rất nhiều cellulose, lignin và một số thành phần khác rất khó bị phân hủy. Chúng được tích tụ thành các đống khổng lồ, không được xử lý một cách triệt để và khoa học.
Chỉ có khoảng một lượng rất ít được người dân sử dụng làm chất đốt tại chỗ, sản xuất nhiệt cục bộ,.; lượng lớn còn lại được xử lý bằng các biện pháp thô sơ như chôn lấp, đốt bỏ, ủ đống tại vườn hoặc đổ xuống hồ, ao, sông, suối… làm gây tắc nghẽn dòng chảy và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Kết hợp với thời tiết nắng nóng chính là nguyên nhân dẫn đến một số mầm bệnh cho cây trồng, vật nuôi và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Các phương pháp xử lý phế phụ phẩm vải hiện nay Với lượng phụ phẩm thải ra mỗi năm lớn như vậy, nguy cơ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường do quá trình phân hủy, sử dụng sai mục đích hoặc đốt đồng tràn lan khi vệ sinh đồng ruộng. Hiện nay người dân vẫn chưa tiếp cận được với các công nghệ mới, các chế phẩm để xử lý một cách hiệu quả và bảo vệ môi trường.
Phế phụ phẩm vẫn được chất thành đống để phân hủy tự nhiên tốn rất nhiều thời gian và có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và môi trường xung quanh. Một số ít có thể tận dụng hơn làm chất đốt, tuy nhiên vẫn gây ảnh hưởng đến môi trường. 4 Thực tế cho thấy nguồn hữu cơ từ chất thải trồng trọt có thể tận dụng tái sử dụng, xử lý trở thành nguồn hữu cơ có giá trị vừa đảm bảo vệ sinh môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường cho nông dân nông thôn. Thành phần chính trong phế phụ phẩm sau thu hoạch vải là cellulose và lignin.
Đây là các chất có khối lượng phân tử rất lớn, khó tan cho nên rất khó để chúng phân hủy tự nhiên trong môi trường, phải cần đến một thời gian rất dài. Chính vì vậy các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu tìm ra một số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy mạnh các hợp chất này để tạo nên chế phẩm vi sinh, sau đó sản xuất số lượng lớn trên quy mô công nghiệp và ứng dụng vào trong nông nghiệp giải quyết vấn đề khó khăn cho người nông dân. Các công nghệ ứng dụng xử lý phụ phẩm trồng trọt sau thu hoạch Theo báo cáo, mới chỉ khoảng 10% phụ phẩm trồng trọt được sử dụng làm chất đốt tại chỗ như ở lò gạch, nấu nướng hộ gia đình nông thôn, 5% là nhiên liệu công nghiệp (trấu, bã mía) để sản xuất nhiệt cục bộ trong lò hơi, hệ thống sấy, 3% làm thức ăn gia súc, làm hương liệu, phân bón cho đất,… và còn lại hơn 80% phụ phẩm trồng trọt chưa được sử dụng thải trực tiếp ra môi trường, đổ xuống kênh, mương, sông, ngòi gây tắc nghẽn dòng chảy hoặc đốt hoàn toàn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hiện nay, nhiều công nghệ đã được ứng dụng trên thế giới và Việt Nam để xử lý chất thải trồng trọt sản xuất phân bón hữu cơ, chất đốt theo hướng ít phát thải, ngăn chặn ô nhiễm môi trường.
Sản xuất Than sinh học (Biochar) từ phụ phẩm nông nghiệp Trước nhu cầu về giá thể cho trồng các loại hoa lan, ly và chất đốt ít phát thải khí nhà kính, công nghệ sản xuất than sinh học được bước đầu đã được chú trọng và phát triển ở một số vùng. Thông thường, than sinh học được sản xuất dựa vào 3 cách: • Đốt và ủ yếm khí là quá trình chất đống thân cây sau thu hoạch vào trong 1 hầm rộng (khoảng 10m3) và đốt bằng các mồi đốt khô rồi trên mặt được phủ kín bằng đất bột hoặc lá cây tươi tạo thành than. 5 • Ủ trấu (trấu hun): đốt một lượng rơm rạ, đổ trấu lên và phủ trấu bằng một lớp tro bếp nhưng phải có biện pháp làm mất nhiệt nếu không sẽ trở thành tro. • Nhiệt phân: Biochar được tạo ra qua quá trình nhiệt phân không phải là chất đồng nhất (Hedges et al., 2000) và các thành phần khác nhau của than có thể bị phân hủy với tốc độ khác nhau dưới điều kiện môi trường ứng dụng khác nhau.
Nguồn nguyên liệu lớn nhất đưa vào sản xuất Biochar hiện nay là các cây bụi, cây tạp, cây chết, gỗ thải trong các khu chế biến, các phụ phẩm trong trồng trọt, chế biến nông sản, chất thải động vật trong chăn nuôi, rác thải hữu cơ.