CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan thực trạng rác thải nông nghiệp hữu cơ ở nước ta Từ xưa đến nay, nước ta vốn được biết đến là một nước có nền nông nghiệp phát triển với đặc trưng là nông nghiệp lúa nước bên cạnh những quốc gia bạn bè trong khu vực Đông Nam Á. Sự phát triển trong nông nghiệp trồng lúa nước của chúng ta trong các khía cạnh như giống lúa, phương pháp gieo trồng, phương pháp xen canh, chế độ tưới tiêu, phân bón,…. đều có sự trợ giúp của khoa học, việc phát triển nông nghiệp lúa nước ở nước ta đã dần dần được cải thiện hơn trong một khoảng thời gian ngắn từ sau khi đất nước đổi mới đến nay.
Nhưng còn có một điều mà hầu như chúng ta đều chưa thực sự quan tâm, đó chính là công cuộc xử lí các phế phẩm còn lại sau vụ mùa, nhất là sau khi thu hoạch xong [1]. Lượng phế phẩm lớn nhất sau khi thu hoạch là rơm rạ, tuy nhiên sau khi thu hoạch thì rơm rạ hầu như chỉ xử lý bằng cách đem đi đốt ngay sau đó hay được sử dụng làm thức ăn cho gia súc ăn cỏ (trâu, bò…) hoặc dùng để ủ ấm. Sau mỗi vụ thu hoạch, hàng loạt cánh đồng đều xuất hiện các cột khói phủ trắng cả một vùng làng quê từ hoạt động đốt các loại phế phẩm hữu cơ trong sau mùa vụ, tiêu biểu là hàng đống phế phẩm như rơm rạ. Vì thế, thói quen đốt rơm rạ sau thu hoạch đã và đang để lại nhiều hệ lụy gây hại nhiều hơn lợi cho môi trường và cuộc sống của con người.
Do đó biện pháp xử lý rơm rạ sau thu hoạch đúng cách đã được khuyến nghị bằng nhiều hình thức và được nhiều nhà nghiên cứu khoa học cũng như người nông dân quan tâm đến [2]. Người nông dân đốt rơm rạ sau mỗi vụ mùa Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS. Đỗ Hồng Hạnh 2 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme rác tới khả năng phân hủy rơm rạ trong đất nông nghiệp. Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp Nguồn sinh khối nông Tiềm năng Tỉ lệ nghiệp (triệu tấn) (%) Rơm rạ 39,98 65,1 Trấu 7,99 13,0 Bã mía 4,45 7,2 Ngô 4,43 7,2 Thân lá mía 1,20 1,95 Khác 3,37 5,55 Tổng 61,43 100 Nguồn: Viện Môi trường Nông nghiệp, 2010 [12] Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 2%6% Rơm rạ 7% Trấu 7% Bã mía 13% Ngô 65% Thân lá mía Khác Biểu đồ 1.
Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp Theo một công bố của Viện Môi trường Nông nghiệp vào năm 2010 [2] bảng 1.1) cho thấy, nước ta có khoảng 61,43 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp (gồm 39,9 triệu tấn rơm rạ, 7,99 triệu tấn trấu, 4,45 triệu tấn bã mía, 4,43 triệu tấn thân của cây ngô, 1,2 triệu tấn thân lá mía). Như vậy, phụ phẩm nông nghiệp từ rơm rạ chiếm tỉ lệ cao nhất là 65. Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS. Đỗ Hồng Hạnh 3 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme rác tới khả năng phân hủy rơm rạ trong đất nông nghiệp.
Sản lượng của một số cây trồng chính Cây Sản lượng ( nghìn tấn) qua 1 số năm TT Trồng Năm 2000 2005 2010 2015 2020 1 Lúa 32,529.0 Nguồn: Bộ NN và PTNT, 2008 [14] SẢN LƯỢNG MỘT SỐ CÂY TRỒNG CHÍNH (NGHÌN TẤN) 2000 2005 2010 2015 2020 41,300.3 980 740 720 575 LÚA MÍA NGÔ SẮN KHOAI LẠC ĐẬU LANG TƯƠNG CÂY TRỒNG Biểu đồ 1.2 Sản lượng một số cây trồng chính Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS. Đỗ Hồng Hạnh 4 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme rác tới khả năng phân hủy rơm rạ trong đất nông nghiệp. Từ các dữ liệu (bảng 1.2) ta có thể thấy, năm 2020 [2] cả nước đã sản xuất được trên 41 triệu tấn thóc, 25,5 triệu tấn mía, 11,4 triệu tấn sắn , 7,2 triệu tấn ngô, 1,75 triệu tấn khoai lang, 1,125 triệu tấn đậu tương và 980 ngàn tấn lạc. Sản lượng các cây trồng chính đóng vai trò quan trọng đưa nước ta từ nước thiếu lương thực những thập niên 80 trở thành nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới.
Theo số liệu từ (bảng 1.2) cũng cho thấy, sản lượng lúa của năm 2020 (với 41,3 triệu tấn) là cao nhất và của năm 2000 là thấp nhất (với 32,529 triệu tấn), kết quả này đã cho thấy trong 20 năm đã qua, nền nông nghiệp lúa nước của nước ta đang trên đà phát triển. Ngoài ra theo tổng cục thống kê trong lĩnh vực nông nghiệp thuộc chính phủ cho biết, năm 2021 sản lượng lúa của chúng ta có bước phát triển lớn cụ thể là mặc dù diện tích gieo trồng có giảm (kém khoảng 38,3 nghìn ha so với năm 2020), nhưng năng suất trung bình cả năm đạt cao với 60,6 tạ/ha (tăng 1,8 tạ/ha so với năm 2020) và sản lượng lúa của năm 2021 là 43.88 triệu tấn (tăng 2.58 triệu tấn so với năm 2020). Cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp lúa nước thì theo đánh giá của Cục Trồng trọt và nhiều nghiên cứu, lượng chất thải từ lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa là cứ sản xuất ra 1 tấn thóc thì lượng phụ phẩm từ lúa (rơm rạ) cũng tương đương là 1 tấn[3] [4], (trung bình khoảng 10-12 tấn phụ phẩm/ha), sản xuất 1 tấn ngô thì lượng phụ phẩm là 1,2 tấn thân ngô, sản xuất 1 hecta lạc phát thải 11 tấn thân cây lạc, 1 hecta sắn phát thải 7 tấn ngọn và lá sắn tươi. Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phát sinh phụ phẩm từ trồng trọt là rất lớn (nhất là rơm rạ) sẽ có 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.
Trong 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. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu sử dụng enzyme được sản xuất từ rác thải như cơm thừa để theo dõi khả năng hỗ trợ phân huỷ của enzyme rác đối với rơm rạ được bón trong đất nhằm vừa tận dụng nguồn cung cấp vừa giảm thiểu lượng rác thải ra môi trường. Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS. Đỗ Hồng Hạnh 5 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme rác tới khả năng phân hủy rơm rạ trong đất nông nghiệp.
Những nghiên cứu xử lý rác thải nông nghiệp hữu cơ ở nước ta và trên thế giới. Vì lượng chất thải hữu cơ rất đa dạng về thành phần nguyên tố, do đó chúng rất đa dạng về thành phần hợp chất. Chúng ta phải quan tâm tới thành phần nguyên tố của chúng vì vi sinh vật tham gia phân hủy chúng đòi hỏi một sự cân đối về thành phần nguyên tố trong hỗn hợp rác thải hữu cơ mà chúng phân giải, nhất là về tỷ lệ C:N. Tỷ lệ hoàn hảo để phân giải rác của các vi sinh vật là khoảng từ 8 đến 10.
Tuy nhiên trên thực tế, tỉ lệ này lớn hơn rất nhiều do đó tốc độ phân giải rác cũng không được tối ưu. Việc thêm Nitơ vào những đống rác trên thực tế là một biện pháp hoàn toàn không kinh tế. Tuy nhiên ở một mức độ nào đó có thể dùng bùn cống như một nguồn dinh dưỡng nitơ bổ sung. Do đó phương pháp bổ sung enzyme rác hiện nay là một phương pháp đem lại hiệu quả cao, vừa tận dụng nguồn nguyên liệu dư thừa, vừa giúp hỗ trợ quá trình phân giải chất hữu cơ khó phân huỷ vừa đem lại lợi ích kinh tế.
[5] Ngoài phương pháp sử dụng enzyme rác ra thì chúng ta còn có thể sử dụng phương pháp được các nhà nông trên thế giới ứng dụng như ủ rác thành đống để sản xuất phân bón (hình 1. Đây là các biện pháp xử lý rác thải hữu cơ đơn giản nhất và với quy mô nhỏ nhất. Rác được ủ thành những đống hoặc luống, nổi trên mặt đất hoặc chìm dưới hố, hoặc cũng có thể nửa nổi nửa chìm. Đống rác ủ có thể được trát kín bằng bùn.
Sản phẩm của sự ủ rác thành đống được gọi là phân ủ, giống như của quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong tự nhiên, tạo thành hỗn hợp của các chất hữu cơ đơn giản (sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp) và các chất vô cơ. Hỗn hợp này tương đương với chất mùn trong tự nhiên, vì thế có thể được dùng làm phân bón hữu cơ, dùng cho sản xuất nông nghiệp. Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS. Đỗ Hồng Hạnh 6 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme rác tới khả năng phân hủy rơm rạ trong đất nông nghiệp.
Hình minh họa rác thải hữu cơ được ủ thành phân bón Tiếp theo chúng ta có thể sử dụng phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh là phương pháp lưu giữ chất thải hữu cơ trong một bãi và có phủ đất lên trên. Chất thải trong bãi chôn lấp sẽ bị phân hủy sinh học, tạo thành các sản phẩm như axit hữu cơ, các hợp chất nitơ và một số khí như CO2, CH4,… Chất thải rắn được chôn lấp phải là chất thải không nguy hại đến môi trường, có thời gian phân hủy nhanh. Ngoài các phương pháp trên thì mới đây vào năm 2016, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Tun Hussein Onn Malaysia đã thực hiện đề tài “An Overview of Organic Waste in Composting” để giải quyết lượng rác thải hữu cơ ở Malaysia cũng như định hướng cung cấp cho nông nghiệp một lượng lớn phân bón vi sinh vừa bảo vệ môi trường [6]. Đề tài “Nghiên cứu xử lí phụ phẩm nông nghiệp thành phân hữu cơ sử dụng chế phẩm vi sinh” của nhóm các giáo viên và nghiên cứu sinh thuộc đại học Đại học Lâm nghiệp tỉnh Phú Nguyên với mục tiêu là giảm lượng rác thải nông nghiệp sau vụ mùa , có được nguồn phân bón tự sản xuất giá thành rẻ mà tốt cho tự nhiên, giảm đi số lượng phân bón hóa học độc hại vào đất và xử lí được tàn dư cây trồng tạo tiền đề tránh các loài sinh vật gây hại [7].
Liên quan đến enzyme rác, một nhóm các nghiên cứu sinh thuộc đại học Đại Liên, Trung Quốc, đã đưa ra một phương pháp sản xuất enzyme rác có hiệu quả hơn khi tiến hành ủ chung những nguyên liệu enzyme rác cơ bản với quả bồ kết gai, và đã có bước đầu thành công tích cực ban đầu [8]. Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Bảo Người hướng dẫn:TS.