Nghiên Cứu Tái Chế Chất Thải Hữu Cơ Để Phát Triển Nông Nghiệp Bền Vững Tại Việt Nam

Nghiên cứu về việc tái chế chất thải hữu cơ cho nông nghiệp bền vững tại Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất cây trồng.

• Tác giả: Hoang Thi Quynh
• Người hướng dẫn: Professor Shima Kazuto
• Trường học: Okayama University
• Chuyên ngành: Environmental and Life Science
• Đề tài: Tái Chế Chất Thải Hữu Cơ Để Phát Triển Nông Nghiệp Bền Vững Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Okayama

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background
• 1.2. Objectives
• 1.3. Outline
• 2. CHƯƠNG 2: EFFICACY OF COMPOSTED ORGANIC WASTES WHEN APPLIED IN CONCERT WITH CHEMICAL FERTILIZER
• 2.1. Materials and Methods
• 2.1.1. Sampling and analysis
• 2.2. Results and Discussion
• 2.2.1. Effect of compost on crop productivity
• 2.2.2. Dynamics of compost-N amended soil
• 3. CHƯƠNG 3: “ORGANIC FERTILIZERS” IN VIETNAM
• 3.1. Materials and Methods
• 3.1.1. Sampling and chemical analysis
• 3.1.2. Investigation of the flow of raw materials and manufacturing process of an “organic fertilizer”
• 3.2. Results and Discussion
• 3.2.1. Characteristics of “organic fertilizers”
• 3.2.2. Production method of an “organic fertilizer” from coffee by-products
• 3.2.3. Effects of “organic fertilizers” on plant growth and N leaching
• 3.2.4. Conclusions and Implications
• 4. CHƯƠNG 4: RAPID ON-FARM COMPOSTING OF COFFEE BY-PRODUCTS AND ITS USE AS A FERTILIZER
• 4.1. Materials and Methods
• 4.1.1. Coffee by-products and bulking agent
• 4.1.2. Sampling and analysis
• 4.2. Results and Discussion
• 4.2.1. Physicochemical properties of finished composts
• 4.2.2. Effects of the composts application on plant growth
• 5. CHƯƠNG 5: IMPLICATIONS AND FURTHER WORK
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tái Chế Chất Thải Hữu Cơ Cho Nông Nghiệp Bền Vững

Việc tái chế chất thải hữu cơ đang ngày càng thu hút sự chú ý vì nhiều lý do. Một trong số đó là nhu cầu tìm kiếm giải pháp xử lý lượng chất thải ngày càng tăng. Bên cạnh đó, việc giảm thiểu tác động tiêu cực của phân bón hóa học truyền thống lên đất cũng là một yếu tố quan trọng. Lượng vật liệu hữu cơ từ các nguồn công nghiệp và đô thị ngày càng tăng, gây ra vấn đề lưu trữ. Ở các nước phát triển, lượng chất thải rắn đô thị (MSW) khổng lồ hàng ngày đang đẩy các bãi chôn lấp và cơ sở xử lý MSW khác đến giới hạn công suất. Tại Việt Nam, một lượng lớn chất thải nông nghiệp bị đốt bỏ, gây ô nhiễm không khí và mất đi các chất dinh dưỡng quan trọng. Do đó, tái chế chất thải và đặc biệt là ủ phân compost trở thành một giải pháp hấp dẫn. Phân hữu cơ có tiềm năng cải thiện các đặc tính lý hóa của đất và giảm thiểu ô nhiễm nước ngầm do rò rỉ dinh dưỡng. Theo Hoàng Thị Quỳnh (2018), việc sử dụng đất bền vững là yêu cầu cấp thiết tại các vùng nông nghiệp của Việt Nam.

1.1. Tầm quan trọng của tái chế chất thải hữu cơ trong nông nghiệp

Tái chế chất thải hữu cơ mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp bền vững. Nó giúp giảm lượng chất thải cần xử lý, đồng thời cung cấp nguồn dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng. Việc sử dụng phân hữu cơ giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng, tạo điều kiện cho cây trồng phát triển khỏe mạnh hơn. Quan trọng hơn, tái chế chất thải hữu cơ thúc đẩy nông nghiệp tuần hoàn, giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học và các nguồn tài nguyên không tái tạo.

1.2. Các loại chất thải hữu cơ có thể tái chế trong nông nghiệp Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn trong việc tái chế nhiều loại chất thải hữu cơ cho nông nghiệp. Các loại chất thải nông nghiệp như rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, phân gia súc, gia cầm, chất thải thực phẩm từ các hộ gia đình, nhà hàng, chợ và chất thải từ các nhà máy chế biến nông sản như vỏ cà phê, bã sắn đều có thể được tận dụng. Theo nghiên cứu của Hoàng Thị Quỳnh (2018), vỏ cà phê là nguồn chất thải giàu dinh dưỡng nhưng chưa được tận dụng hiệu quả, gây ô nhiễm môi trường.

1.3. Lợi ích của việc sử dụng phân hữu cơ trong nông nghiệp

Sử dụng phân hữu cơ thay thế hoặc kết hợp với phân bón hóa học mang lại nhiều lợi ích cho đất và cây trồng. Nó cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng, đồng thời cung cấp các vi sinh vật có lợi cho đất. Cây trồng được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng từ phân hữu cơ sẽ phát triển khỏe mạnh, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh và cho năng suất cao hơn. Hơn nữa, sử dụng phân hữu cơ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rò rỉ dinh dưỡng từ phân bón hóa học.

II. Thực Trạng và Thách Thức Quản Lý Chất Thải Hữu Cơ Tại Việt Nam

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm đất và môi trường do chất thải nông nghiệp đang là một thách thức lớn ở Việt Nam. Việc lạm dụng phân bón hóa học trong thời gian dài đã gây ra nhiều hệ lụy tiêu cực cho đất đai và sức khỏe con người. Mặc dù có nhiều loại phân bón được gắn nhãn "hữu cơ" trên thị trường, nhưng chất lượng của chúng chưa được kiểm soát chặt chẽ. Nhiều sản phẩm không rõ nguồn gốc, quy trình sản xuất kém chất lượng, thậm chí còn chứa các chất độc hại. Mặt khác, người nông dân chưa có thói quen sử dụng phân hữu cơ do thiếu kiến thức, kỹ thuật và công nghệ xử lý chất thải hữu cơ hiệu quả. Theo Hoàng Thị Quỳnh (2018), nhiều nông hộ vẫn sử dụng phân chuồng chưa qua xử lý, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

2.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường từ chất thải nông nghiệp

Chất thải nông nghiệp đang gây ra những vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường tại Việt Nam. Việc đốt rơm rạ, xả thải trực tiếp phân gia súc, gia cầm ra môi trường, sử dụng phân bón hóa học quá mức là những nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm đất. Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và gây ra những hệ lụy lâu dài cho hệ sinh thái.

2.2. Chất lượng phân bón hữu cơ và kiểm soát thị trường

Thị trường phân bón hữu cơ tại Việt Nam còn nhiều bất cập. Nhiều sản phẩm không rõ nguồn gốc, quy trình sản xuất không đảm bảo chất lượng. Hàm lượng dinh dưỡng trong phân bón không đồng đều, thậm chí có sản phẩm còn chứa các chất độc hại. Điều này gây khó khăn cho người nông dân trong việc lựa chọn sản phẩm phù hợp và gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả sản xuất nông nghiệp. Cần có sự kiểm soát chặt chẽ hơn từ các cơ quan chức năng để đảm bảo chất lượng phân bón hữu cơ trên thị trường.

2.3. Rào cản trong việc áp dụng tái chế chất thải hữu cơ

Việc áp dụng tái chế chất thải hữu cơ vào nông nghiệp tại Việt Nam còn gặp nhiều rào cản. Thiếu kiến thức, kỹ thuật và công nghệ xử lý chất thải hữu cơ hiệu quả là một trong những rào cản lớn nhất. Người nông dân chưa có thói quen sử dụng phân hữu cơ do chưa thấy được lợi ích rõ ràng. Bên cạnh đó, chi phí đầu tư ban đầu cho các hệ thống xử lý chất thải hữu cơ cũng là một vấn đề cần được giải quyết.

III. Hướng Dẫn Ủ Phân Compost Từ Chất Thải Hữu Cơ Nhanh Chóng Tại Nông Trại

Ủ phân compost là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để tái chế chất thải hữu cơ thành nguồn phân bón giàu dinh dưỡng. Quá trình ủ phân compost giúp phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn, dễ hấp thụ cho cây trồng. Đồng thời, nó cũng giúp tiêu diệt các mầm bệnh và hạt cỏ dại có trong chất thải hữu cơ. Theo Hoàng Thị Quỳnh (2018), việc ủ phân compost từ vỏ cà phê tại nông trại là một giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề chất thải và cải thiện chất lượng đất.

3.1. Lựa chọn và chuẩn bị nguyên liệu ủ phân compost

Để ủ phân compost thành công, cần lựa chọn và chuẩn bị nguyên liệu một cách kỹ lưỡng. Các nguyên liệu phù hợp bao gồm: chất thải thực phẩm, rơm rạ, lá cây, cỏ khô, phân gia súc, gia cầm, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê,... Tỷ lệ C/N (carbon/nitơ) trong hỗn hợp ủ nên ở mức 25-30/1. Cần đảm bảo độ ẩm của hỗn hợp ủ ở mức 50-60%. Các nguyên liệu có kích thước lớn cần được cắt nhỏ để tăng tốc độ phân hủy.

3.2. Phương pháp ủ phân compost đơn giản tại nông trại

Có nhiều phương pháp ủ phân compost khác nhau, nhưng phương pháp đơn giản nhất là ủ phân theo đống. Xếp các lớp nguyên liệu xen kẽ nhau (lớp vật liệu giàu carbon, lớp vật liệu giàu nitơ). Đảm bảo đống ủ phân được thông thoáng bằng cách đảo trộn định kỳ (1-2 tuần/lần). Giữ độ ẩm của đống ủ phân ở mức ổn định bằng cách tưới nước khi cần thiết. Thời gian ủ phân compost thường kéo dài từ 2-3 tháng.

3.3. Kiểm tra và sử dụng phân compost đã ủ

Phân compost đã ủ đạt yêu cầu khi có màu nâu sẫm, tơi xốp, có mùi đất và không còn mùi hôi thối. Có thể kiểm tra chất lượng phân compost bằng cách trồng thử một vài loại cây vào phân compost. Nếu cây phát triển tốt, chứng tỏ phân compost đã đạt chất lượng. Phân compost có thể được sử dụng để bón lót hoặc bón thúc cho cây trồng. Liều lượng sử dụng tùy thuộc vào loại cây trồng và tình trạng dinh dưỡng của đất.

IV. Sản Xuất Biogas Từ Chất Thải Nông Nghiệp Giải Pháp Năng Lượng và Môi Trường

Sản xuất biogas từ chất thải nông nghiệp là một giải pháp hiệu quả để tạo ra nguồn năng lượng tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Biogas là một loại khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ. Biogas có thể được sử dụng để đun nấu, phát điện hoặc làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông. Quá trình sản xuất biogas cũng giúp xử lý chất thải nông nghiệp, giảm thiểu mùi hôi thối và nguy cơ lây lan dịch bệnh.

4.1. Nguyên liệu và quy trình sản xuất biogas từ chất thải

Các loại chất thải nông nghiệp phù hợp cho sản xuất biogas bao gồm: phân gia súc, gia cầm, rơm rạ, lá cây, bã mía, chất thải thực phẩm,... Quy trình sản xuất biogas bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, đưa nguyên liệu vào hầm biogas, theo dõi và điều chỉnh các thông số (nhiệt độ, pH, độ ẩm), thu gom và sử dụng biogas. Cần đảm bảo hầm biogas được kín khí để quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra hiệu quả.

4.2. Ứng dụng của biogas trong nông nghiệp và đời sống

Biogas có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp và đời sống. Nó có thể được sử dụng để đun nấu, sưởi ấm, phát điện, làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, sấy nông sản,... Sử dụng biogas giúp giảm chi phí năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn thu nhập bổ sung cho người nông dân.

4.3. Lợi ích kinh tế và môi trường của sản xuất biogas

Sản xuất biogas mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Về kinh tế, nó giúp giảm chi phí năng lượng, tạo ra nguồn thu nhập bổ sung từ việc bán biogas và phân bón (bã thải sau khi sản xuất biogas). Về môi trường, nó giúp giảm thiểu ô nhiễm do chất thải nông nghiệp, giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

V. Trùn Quế Xử Lý Chất Thải Hữu Cơ Phân Bón Tự Nhiên và Nguồn Thức Ăn

Sử dụng trùn quế để xử lý chất thải hữu cơ là một phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Trùn quế có khả năng ăn và tiêu hóa các chất hữu cơ trong chất thải, biến chúng thành phân trùn quế giàu dinh dưỡng. Phân trùn quế là một loại phân bón tự nhiên tuyệt vời cho cây trồng. Bên cạnh đó, trùn quế cũng là nguồn thức ăn giàu protein cho gia súc, gia cầm và thủy sản.

5.1. Lựa chọn loại trùn quế phù hợp và chuẩn bị môi trường

Có nhiều loại trùn quế khác nhau, nhưng loại phổ biến nhất được sử dụng để xử lý chất thải hữu cơ là trùn quế giống AF. Cần chuẩn bị môi trường sống phù hợp cho trùn quế, bao gồm: máng nuôi, giá thể (rơm rạ, cỏ khô, xơ dừa,...), thức ăn (chất thải hữu cơ). Đảm bảo môi trường sống của trùn quế luôn ẩm ướt và thoáng khí.

5.2. Quy trình nuôi trùn quế để xử lý chất thải hữu cơ

Cho trùn quế ăn chất thải hữu cơ đã được xử lý sơ bộ (cắt nhỏ, làm ẩm). Cho ăn với lượng vừa đủ, tránh để thức ăn thừa gây ô nhiễm môi trường. Thu hoạch phân trùn quế định kỳ (1-2 tháng/lần). Phân trùn quế có thể được sử dụng trực tiếp cho cây trồng hoặc được chế biến thành các sản phẩm phân bón khác.

5.3. Ứng dụng của phân trùn quế và trùn quế sinh khối

Phân trùn quế là một loại phân bón tự nhiên tuyệt vời cho cây trồng. Nó cung cấp đầy đủ dinh dưỡng, cải thiện cấu trúc đất và tăng khả năng chống chịu sâu bệnh cho cây trồng. Trùn quế sinh khối (trùn quế sau khi thu hoạch) là nguồn thức ăn giàu protein cho gia súc, gia cầm và thủy sản. Sử dụng trùn quế giúp giảm chi phí thức ăn chăn nuôi và tăng hiệu quả sản xuất.

VI. Chính Sách Hỗ Trợ Tái Chế Chất Thải Hữu Cơ và Phát Triển Nông Nghiệp

Để thúc đẩy việc tái chế chất thải hữu cơ và phát triển nông nghiệp bền vững tại Việt Nam, cần có sự hỗ trợ từ các chính sách của nhà nước. Các chính sách cần tập trung vào việc nâng cao nhận thức cho người dân về lợi ích của việc tái chế chất thải hữu cơ, hỗ trợ tài chính cho các dự án xử lý chất thải hữu cơ, khuyến khích nghiên cứu và phát triển các công nghệ tái chế chất thải hữu cơ hiệu quả, và kiểm soát chặt chẽ chất lượng phân bón hữu cơ trên thị trường.

6.1. Các chính sách hiện hành và hiệu quả thực tế

Phân tích các chính sách hiện hành liên quan đến tái chế chất thải hữu cơ và nông nghiệp bền vững tại Việt Nam. Đánh giá hiệu quả thực tế của các chính sách này và chỉ ra những điểm cần cải thiện.

6.2. Đề xuất các chính sách khuyến khích tái chế chất thải

Đề xuất các chính sách mới hoặc điều chỉnh các chính sách hiện hành để khuyến khích mạnh mẽ hơn việc tái chế chất thải hữu cơ trong nông nghiệp. Các chính sách có thể bao gồm: hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế, khuyến khích sử dụng phân hữu cơ, kiểm soát chất lượng phân bón hữu cơ,...

6.3. Vai trò của cộng đồng và doanh nghiệp trong tái chế chất thải

Nhấn mạnh vai trò quan trọng của cộng đồng và doanh nghiệp trong việc thực hiện các chính sách về tái chế chất thải hữu cơ. Khuyến khích cộng đồng tham gia vào các hoạt động phân loại chất thải tại nguồn, ủ phân compost tại hộ gia đình. Khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào các công nghệ xử lý chất thải hữu cơ và sản xuất phân bón hữu cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện phát sinh khoảng 63.000 tấn rác thải sinh hoạt mỗi ngày, trong đó thành phần chất thải hữu cơ chiếm tỷ lệ áp đảo từ 54% đến 77%. Song song với đó, ngành chế biến cà phê tại quốc gia xuất khẩu cà phê lớn thứ hai thế giới này thải ra ước tính hơn 1 triệu m³ vỏ quả cà phê mỗi năm. Phần lớn lượng sinh khối giàu dinh dưỡng này đang bị chôn lấp hoặc thải bỏ bừa bãi, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và lãng phí nguồn tài nguyên tái chế quý giá.

Trong khi đó, nền nông nghiệp thâm canh lâu năm dưới điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa đang đối mặt với tình trạng suy thoái đất trên diện rộng. Tập quán lạm dụng phân bón hóa học khiến tầng đất mặt bị xói mòn, mất chất hữu cơ và làm khoảng 66,7% lượng đạm vô cơ bị rửa trôi theo nước mưa xuống các tầng nước ngầm. Nhằm giải quyết đồng thời bài toán xử lý chất thải và phục hồi độ phì nhiêu của đất, đề tài tập trung vào ba mục tiêu trọng tâm: đánh giá hiệu quả nông học và động lực học nitơ của phân compost từ rác thải hữu cơ kết hợp phân hóa học; khảo sát hiện trạng chất lượng thực tế của 16 dòng phân bón hữu cơ thương mại tại 4 tỉnh thành trọng điểm; và xây dựng quy trình ủ compost nhanh quy mô nông hộ từ phụ phẩm cà phê trong thời gian 2 tháng.

Nghiên cứu được triển khai từ năm 2015 đến năm 2018 tại Hà Nội, Thừa Thiên Huế, Lâm Đồng, Thành phố Hồ Chí Minh và hệ thống phòng thí nghiệm của Đại học Okayama (Nhật Bản). Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn khi chứng minh phân compost giúp giữ lại khoảng 50,0% lượng đạm trong đất sau 14 tuần canh tác, cung cấp luận cứ khoa học để hoàn thiện quy chuẩn quản lý phân bón hữu cơ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp của hai nền tảng lý thuyết chính trong khoa học đất và nông nghiệp bền vững:

Thứ nhất là lý thuyết chu trình nitơ và động lực học dinh dưỡng trong hệ thống đất - cây trồng. Lý thuyết này giải thích cơ chế chuyển hóa đạm từ dạng hữu cơ phức tạp sang dạng khoáng hóa mà cây trồng có thể hấp thu, đồng thời mô hình hóa nguy cơ rửa trôi nitrat gây ô nhiễm nguồn nước ngầm dưới tác động của lượng mưa lớn.

Thứ hai là lý thuyết phục hồi chất hữu cơ và cải tạo đất nhiệt đới suy thoái. Cốt lõi của lý thuyết khẳng định việc bổ sung nguồn carbon hữu cơ từ rác thải tái chế giúp tái tạo phức hệ mùn - sét, nâng cao dung tích hấp thu cation và phục hồi hệ sinh thái vi sinh vật bản địa.

Nghiên cứu vận dụng 4 khái niệm cốt lõi: phân bón hữu cơ compost từ rác thải đô thị và phụ phẩm nông nghiệp; tỷ lệ khoáng hóa nitơ hữu cơ; tỷ lệ nitơ vô cơ trên tổng nitơ; và chỉ số rửa trôi dinh dưỡng trong điều kiện tưới tiêu kiểm soát.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế đa tầng nhằm đảm bảo tính đại diện và độ chính xác khoa học cao:

Đối với khảo sát thị trường, cỡ mẫu gồm 16 sản phẩm phân bón gắn nhãn hữu cơ (12 mẫu sản xuất nội địa và 4 mẫu nhập khẩu từ Úc, Hà Lan, Malaysia). Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên có phân tầng được áp dụng tại 4 thị trường tiêu thụ phân bón đặc trưng: Hà Nội, Thừa Thiên Huế, Lâm Đồng và Thành phố Hồ Chí Minh. Đồng thời, nghiên cứu thực hiện khảo sát phỏng vấn sâu tại 3 nhà máy chế biến cà phê và 1 doanh nghiệp sản xuất phân bón tại tỉnh Lâm Đồng để phân tích dòng nguyên liệu.

Đối với thực nghiệm nông học, hệ thống thí nghiệm nhà kính được triển khai trên đất cát và cát pha với các loài cây chỉ thị gồm cỏ Sudan và cải Komatsuna:

Thí nghiệm truy vết đạm sử dụng kỹ thuật dán nhãn đồng vị bền 15N với tỷ lệ làm giàu 8% nguyên tử đối với phân đạm hóa học Urea. Lý do lựa chọn kỹ thuật 15N là nhằm phân tách chính xác tuyệt đối lượng nitơ mà cây trồng hấp thu từ nguồn phân compost hữu cơ bón lót so với nguồn phân đạm khoáng bón thúc bổ sung.

Thí nghiệm ủ đất 20 ngày trong bóng tối ở nhiệt độ 25°C với liều lượng 109,4 mg N/kg đất và thí nghiệm trồng cây trong chậu Wagner 1/5000a với liều lượng 200 mg N/kg đất (tương đương 300 kg N/ha) có hệ thống tưới tự động. Hàm lượng tổng carbon và tổng nitơ được xác định bằng máy phân tích chuyên dụng CN Corder MT-700 Yanaco; hàm lượng ion amoni và nitrat được trích ly bằng dung dịch KCl 2 mol/L và phân tích quang phổ so màu; lân dễ tiêu được chiết xuất bằng phương pháp Truog và xác định qua phức màu xanh ascorbic acid; các cation trao đổi như kali, canxi, magie được đo bằng quang phổ hấp thu nguyên tử AAS.

Toàn bộ dữ liệu được xử lý thống kê thông qua phân tích phương sai hai nhân tố ANOVA và kiểm định sự khác biệt giữa các giá trị trung bình bằng phép thử LSD ở mức ý nghĩa 5%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân compost từ rác thải đô thị (MSW) và bùn thải (SS) mang lại hiệu quả sinh khối tương đương phân bón hóa học. Sinh khối khô thân lá và chiều cao của cỏ Sudan khi bón lót bằng phân compost MSW không có sự khác biệt mang tính thống kê so với công thức bón hoàn toàn bằng phân đạm Urea vô cơ, đồng thời cao hơn rõ rệt so với công thức bón phân chuồng bò. Cây trồng đã hấp thu tới 39,0% lượng đạm có nguồn gốc từ phân compost MSW, trong khi tỷ lệ hấp thu đối với đạm từ phân Urea bổ sung chỉ đạt từ 3,1% đến 4,0%.

Thứ hai, phân compost giúp giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng và chống rửa trôi vượt trội. Khoảng 66,7% (tức hai phần ba) lượng phân đạm Urea hóa học bị rửa trôi hoàn toàn khỏi tầng đất canh tác. Ngược lại, xấp xỉ 50,0% lượng đạm có nguồn gốc từ phân hữu cơ tiếp tục được giữ lại trong đất sau 14 tuần canh tác. Tốc độ rửa trôi đạm giảm dần theo thứ tự từ phân rác thải đô thị, phân chuồng bò cho đến phân bùn thải.

Thứ ba, sự sai lệch nghiêm trọng về bản chất dinh dưỡng trong phân bón hữu cơ nội địa. Kết quả phân tích 12 mẫu phân bón hữu cơ sản xuất trong nước cho thấy hàm lượng tổng nitơ biến thiên rất rộng từ 4,0 g/kg đến 45,0 g/kg. Đáng chú ý, có đến 66,7% số sản phẩm nội địa chứa tỷ lệ đạm vô cơ vượt quá 30% tổng nitơ (cá biệt có sản phẩm lên tới 50%), cao gấp 3 đến 5 lần so với các dòng phân bón hữu cơ nhập khẩu (chỉ duy trì quanh mức 10%).

Thứ tư, bóc tách quy trình phối trộn hóa chất trong sản xuất phân hữu cơ từ vỏ cà phê. Phụ phẩm vỏ cà phê thô là nguồn hữu cơ giàu dinh dưỡng với tổng carbon đạt 423,2 g/kg, tổng nitơ 32,5 g/kg và kali 32,0 g/kg. Sau giai đoạn ủ hiếu khí, tổng nitơ đạt 34,8 g/kg. Tuy nhiên, sau công đoạn độn thêm đất để tăng khối lượng thương phẩm, hàm lượng carbon, nitơ và kali giảm mạnh (nitơ chỉ còn 6,20 g/kg). Trước khi đóng bao xuất xưởng, nhà sản xuất đã trộn thêm phân hóa học, khiến tổng nitơ tăng gấp đôi lên 11,8 g/kg (hàm lượng amoni tăng 34 lần), tổng lân tăng gấp 3 lần và lân dễ tiêu Truog P tăng vọt 13 lần.

Thứ năm, mô hình ủ nhanh quy mô nông hộ đạt thành công sau 60 ngày. 5 mẻ ủ thử nghiệm vỏ cà phê kết hợp dăm gỗ làm chất độn xốp dưới điều kiện sục khí cưỡng bức đã tạo ra phân compost chất lượng cao với tổng hàm lượng C, N, K trong khoảng 340 g/kg đến 380 g/kg. Việc bổ sung phân gà như một nguồn lân hữu cơ tự nhiên giúp cải thiện đáng kể sinh khối cây trồng mà không cần can thiệp hóa chất.

Thảo luận kết quả

Khi biểu diễn mối tương quan giữa tỷ lệ đạm vô cơ và lượng đạm bị rửa trôi qua biểu đồ phân tán tuyến tính, dữ liệu ghi nhận hệ số tương quan dương rất chặt chẽ. Điều này chứng minh việc các nhà sản xuất nội địa lạm dụng phụ gia khoáng hóa học vào phân hữu cơ chính là nguyên nhân trực tiếp thúc đẩy sự rửa trôi đạm ra môi trường nước ngầm, làm mất đi đặc tính sinh thái vốn có của phân hữu cơ.

Bảng đối chiếu 4 giai đoạn sản xuất (nguyên liệu thô, sau khi ủ, sau khi độn đất và thành phẩm đóng bao) đã phơi bày cơ chế suy giảm chất lượng do pha loãng thể tích và sự bù đắp nhân tạo bằng phân hóa học vô cơ. Trong khi đạm hữu cơ tự nhiên phân giải chậm và bền vững, việc đưa đạm vô cơ hòa tan cao vào phân gắn mác hữu cơ đã đánh lừa chỉ tiêu phân tích bề mặt nhưng gây tổn hại nghiêm trọng đến chất lượng đất canh tác lâu dài.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng đạm vô cơ trong phân bón hữu cơ. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cần thiết lập quy định bắt buộc khống chế tỷ lệ nitơ vô cơ không được vượt quá 15% tổng nitơ đối với mọi sản phẩm phân bón gắn nhãn hữu cơ lưu thông trên thị trường. Lộ trình thực hiện cần hoàn thành trong vòng 12 tháng tới.

Thứ hai, nhân rộng quy trình ủ compost nhanh 60 ngày từ vỏ cà phê tại vùng Tây Nguyên. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cùng Trung tâm Khuyến nông các tỉnh Đắk Lắk, Lâm Đồng, Gia Lai cần tổ chức chuyển giao kỹ thuật ủ hiếu khí có sục khí và dùng dăm gỗ làm chất độn cho khoảng 5.000 nông hộ và hợp tác xã. Mục tiêu là tái chế thành công 80% trong tổng số 1 triệu m³ vỏ cà phê phát sinh hàng năm thành phân bón chất lượng cao trong giai đoạn 2024 - 2026.

Thứ ba, áp dụng công thức bón kết hợp tối ưu giữa phân hữu cơ và đạm khoáng giảm liều. Nông dân canh tác cây công nghiệp và rau màu cần sử dụng phân compost từ rác thải hữu cơ để bón lót toàn bộ, đồng thời cắt giảm từ 30% đến 50% lượng phân đạm hóa học bón thúc thông thường. Sự phối hợp này kích hoạt vi sinh vật khoáng hóa đạm hữu cơ mà vẫn triệt tiêu nguy cơ rửa trôi dinh dưỡng.

Thứ tư, siết chặt kiểm tra và minh bạch hóa thông tin nhãn mác nguyên liệu. Cục Bảo vệ Thực vật cần tiến hành thanh tra định kỳ 100% các cơ sở chế biến phân bón hữu cơ, yêu cầu công khai toàn bộ quy trình sản xuất và nguồn gốc phụ phẩm, xử phạt nghiêm các hành vi độn đất cát làm giảm độ phì và lén lút pha trộn hóa chất vô cơ trước quý IV năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất là các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nông nghiệp. Luận văn cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng về tỷ lệ đạm vô cơ và cơ chế rửa trôi, hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật phân bón hữu cơ sát với thực tiễn.

Thứ hai là các doanh nghiệp sản xuất phân bón và đơn vị xử lý môi trường. Các đơn vị này có thể ứng dụng các thông số kỹ thuật chuẩn về tỷ lệ C:N, sục khí cưỡng bức và chất độn dăm gỗ để hoàn thiện dây chuyền tái chế rác thải sinh hoạt và phụ phẩm công nghiệp.

Thứ ba là các chủ trang trại, hợp tác xã và hộ nông dân canh tác cà phê, rau màu. Tài liệu mang đến hướng dẫn cụ thể để tự sản xuất phân bón hữu cơ tại chỗ trong 2 tháng, giúp tiết kiệm từ 30% đến 40% chi phí mua phân bón hàng năm.

Thứ tư là các nhà khoa học, giảng viên và học viên chuyên ngành Khoa học Đất, Nông học và Quản lý Môi trường. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp ứng dụng đồng vị phóng xạ bền 15N trong nghiên cứu động lực học dinh dưỡng đất.

Câu hỏi thường gặp

Phân compost từ rác thải sinh hoạt đô thị có thể thay thế phân bón hóa học không? Hoàn toàn có thể thay thế trong vai trò bón lót cải tạo đất. Thí nghiệm thực chứng cho thấy sinh khối khô của cây trồng khi sử dụng phân rác thải sinh hoạt tương đương với bón phân đạm hóa học, đồng thời cung cấp tới 39,0% lượng đạm hữu dụng cho cây mà không gây suy thoái đất.

Vì sao nhiều loại phân bón hữu cơ nội địa tại Việt Nam lại gây rửa trôi đạm cao? Do quy trình sản xuất bị can thiệp sai lệch. Để tăng nhanh hàm lượng dinh dưỡng sau khi độn đất, hai phần ba cơ sở sản xuất đã phối trộn thêm phân đạm và lân hóa học, khiến tỷ lệ đạm vô cơ vượt quá 30% tổng nitơ, dẫn đến hiện tượng đạm hòa tan bị rửa trôi nghiêm trọng.

Thời gian ủ phụ phẩm vỏ cà phê theo phương pháp cải tiến mất bao lâu? Quy trình ủ hiếu khí cải tiến chỉ mất 60 ngày (2 tháng) thay vì kéo dài 6 đến 8 tháng như phương pháp ủ đống truyền thống. Yếu tố quyết định là việc bổ sung dăm gỗ để tạo độ xốp và duy trì luồng không khí lưu thông liên tục qua khối ủ.

Lợi ích của việc bón kết hợp giữa phân compost hữu cơ và phân đạm Urea là gì? Sự kết hợp này tạo ra hiệu ứng cộng hưởng tối ưu. Một lượng nhỏ phân đạm Urea bón thúc bổ sung sẽ đóng vai trò chất xúc tác thúc đẩy vi sinh vật khoáng hóa nguồn đạm hữu cơ dồi dào trong phân compost, giúp cây phát triển mạnh mà hạn chế tối đa thất thoát đạm.

Làm thế nào để nhận diện phân bón hữu cơ chất lượng qua thông số hóa lý? Phân bón hữu cơ đạt chuẩn thường có tỷ lệ nitơ vô cơ dưới 10% tổng nitơ, hàm lượng mùn và carbon hữu cơ cao, không lẫn tạp chất cơ học như đá, sỏi vụn hay nilon, đồng thời cung cấp đầy đủ thông tin minh bạch về nguồn gốc cơ chất hữu cơ trên bao bì.

Kết luận

• Phân compost từ rác thải đô thị và bùn thải mang lại năng suất cây trồng tương đương phân hóa học và giúp lưu giữ 50,0% lượng đạm trong đất sau 14 tuần canh tác.
• Khoảng 66,7% lượng đạm từ phân đạm Urea hóa học bị rửa trôi ra môi trường, khẳng định tính cấp thiết của việc chuyển đổi sang phân bón hữu cơ tái chế.
• Khảo sát thực tế chỉ ra 66,7% phân bón hữu cơ nội địa chứa hàm lượng đạm vô cơ cao trên 30% do thói quen độn đất và phối trộn hóa chất công nghiệp.
• Quy trình ủ hiếu khí vỏ cà phê bằng dăm gỗ và kiểm soát thông khí giúp rút ngắn thời gian ủ xuống còn 60 ngày với chất lượng dinh dưỡng cao.
• Cần hoàn thiện khung pháp lý khống chế tỷ lệ đạm vô cơ dưới 15% trong vòng 12 tháng tới để thúc đẩy phát triển nông nghiệp tuần hoàn bền vững.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp bức tranh thực chứng toàn diện về hiện trạng phân bón hữu cơ tại Việt Nam và giải pháp công nghệ ủ nhanh phụ phẩm cà phê quy mô nông hộ. Bước tiếp theo đòi hỏi việc triển khai thử nghiệm diện rộng trên nhiều loại đất suy thoái khác nhau. Các nhà quản lý, doanh nghiệp và người nông dân cần chung tay chuẩn hóa quy trình sản xuất và ứng dụng phân bón hữu cơ tái chế ngay hôm nay vì một nền nông nghiệp xanh và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

STUDIES ON RECYCLING USE OF ORGANIC WASTES FOR SUSTAINABLE AGRICULTURE IN VIETNAM ベトナム農業の持続的発展のための有機性廃棄物リサイク ル利用に関する研究 2018, September HOANG THI QUYNH Graduate School of Environmental and Life Science (Doctor’s Course) OKAYAMA UNIVERSITY CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS. ii LIST OF TABLES. vi LIST OF FIGURES. EFFICACY OF COMPOSTED ORGANIC WASTES WHEN APPLIED IN CONCERT WITH CHEMICAL FERTILIZER .2 Materials and Methods .3 Sampling and analysis .3 Results and Discussion .1 Effect of compost on crop productivity.2 Dynamics of compost-N amended soil.

“ORGANIC FERTILIZERS” IN VIETNAM .2 Materials and Methods .1 Sampling and chemical analysis .2 Investigation of the flow of raw materials and manufacturing process of an “organic fertilizer” .3 Results and Discussion .1 Characteristics of “organic fertilizers” .2 Production method of an “organic fertilizer” from coffee by-products .3 Effects of “organic fertilizers” on plant growth and N leaching .4 Conclusions and Implications. RAPID ON-FARM COMPOSTING OF COFFEE BY-PRODUCTS AND ITS USE AS A FERTILIZER .2 Materials and Methods .1 Coffee by-products and bulking agent .3 Sampling and analysis .1 Physicochemical properties of finished composts .2 Effects of the composts application on plant growth .1 Quality of finished composts .2 Applicability in Vietnam. IMPLICATIONS AND FURTHER WORK. 71 ACKNOWLEDGEMENTS First and foremost, I would like to express my sincere gratitude to my supervisor Professor Shima Kazuto for his guidance and support.

My sincere thanks also goes to my co-supervisor, Professor Keiji Sakamoto and Professor Muneto Hirobe. In addition, I am very grateful to the Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT) for giving a scholarship to conduct the study. I am also grateful the Research Grant for Encouragement of Students, Graduate School of Environmental and Life Science, Okayama University, Japan for supporting in my publications. I would like to thank the anonymous reviewers, the editors and colleagues for their valuable comments on my manuscripts.

Thanks all lab-mates of the Laboratory of Environmental Soil Science, Okayama University for their help in doing experiments and emotional support. Special thanks go to Mr. Vo Trung Tin, the director of Hope Land Vietnam Co., ltd for his strongly support in the consultation and survey in Lam Dong provice, Vietnam. Thanks to all those who have helped me directly and indirectly in the successful completion of my study.

Last but not least, I would like to thank my beloved family for their immeasurable support and love. Thank you very much! Okayama, 2018 Hoang Thi Quynh. I ABSTRACT The use of recycled organic wastes as fertilizer has gained attention because of a variety of reasons. Among others, the need to find a sink for the growing amount of wastes and the necessity to reduce soil exposure to degradation and other negative effects of the use of conventional chemical fertilizers, are the factors that are most crucial.

In Vietnam, different kinds of fertilizers that are labeled as “organic fertilizer” are available; however, as the raw material and manufacturing process are poorly regulated, their quality has yet not been fully explored. Organic fertilizer has the potential to improve the physico-chemical properties of the soil and minimize groundwater contamination by nutrient leaching. Under the Asian monsoon climate, loss of applied N due to leaching is excessive due to the high frequency of heavy rainfall. In order to promote the use of recycled organic wastes as fertilizer in Vietnam, the objectives of this dissertation are three-fold: (1) to evaluate organic waste-based fertilizers with an emphasis on the nitrogen dynamics of the plant-soil system, (2) to demonstrate an on-farm rapid composting method, and (3) to make suggestions regarding the recycling of organic waste and the utilization of organic fertilizers under humid tropical climates.

To clarify the efficacy of composted organic wastes as fertilizer, a cultivation experiment using the technique of 15N labeling was conducted in sandy loam-textured soil in a greenhouse. Composted municipal solid waste (MSW), sewage sludge (SS), and cow dung (CD) were applied as the basal fertilizer, while 15N labeled urea was applied 4 weeks after planting, as an additional fertilizer. There were no significant differences in the shoot dry weight among the MSW, SS, and chemical fertilizer treatments. The uptake of N from the compost by the plants was as follows: MSW (39.0% of the N derived from the urea-N fertilizer was assimilated by the plants.

Approximately two-thirds of the urea-N II fertilizer was lost by leaching while half of the N derived from the compost remained in the soil after 14 weeks of cultivation. As the efficacy of the compost might depend on the type of raw material and composting technique, the following investigations were carried out to verify the effects of these factors on the quality of the finished compost. To investigate the quality of the “organic fertilizers” which are being sold in Vietnam’s markets, 16 products (12 domestic and 4 imported) were acquired from 4 provinces of Vietnam. On these fertilizers, the nutrient contents were analyzed and experiments were conducted.

A 20-day incubation experiment involving 80 g sandy-textured soil mixed with the fertilizer at a rate of 109.4 mg N kg−1 soil was performed in 150 cm3 glass bottles at 25°C in the dark. In addition, komatsuna (Brassica rapa var. perviridis) was cultured in sandy-textured soil using some typical “organic fertilizers” applied at a rate of 200 mg N kg−1 soil in a greenhouse. The nutrient content greatly varied among the domestic products, whereas there were some similarities observed between the imported products.

Two-thirds of the domestic products contained over 30% of the total N in the inorganic form, implying that the concentration of the inorganic N dramatically increased in some products rather than in their supposed raw materials. The remarkably high ratio of the inorganic N to the total N was attributed to the excessive N leaching from the soil by the application of domestic fertilizers. As the product label contained insufficient information and therefore, the comparison could not be drawn between the commercial products and the raw materials. To clearly explain the characteristics of domestic “organic fertilizers,” we further studied the production of one such “organic fertilizer” made from coffee by-products (the discarded shells of the cherries in the coffee processing industry).

The stages involved in the production were composting, the addition of extra soil as a bulking agent and the mixing-in of chemical substances to increase the nutrient content. The analysis of the nutrient levels of the collected samples at each stage indicated that III the coffee by-products were nutrient-rich organic material. The total C content was high, up to 423.2 g kg−1, and the N and K contents were 32. After composting, a slight decrease was observed in the C content but the concentration of the total N and K showed an increase.

The compost was found to contain 34.8 g kg−1 of N and 12. After increasing the bulk of the compost with extra soil, the total C, N, and K contents reduced to 83. However, at the time of shipment, it was observed that the total N content nearly doubled from 6.20 g kg−1, while the total P content tripled from 0. These observations provide evidence to confirm that the addition of chemical material is typically the final step in the production of organic waste-based fertilizers in Vietnam.

Moreover, being the second largest coffee-producing country worldwide, Vietnam is estimated to generate approximately 1 million m3 of coffee pulp (coffee by-products of wet processing) annually. Instead of being effectively utilized in the form of recycling resources, most of the waste is discarded, causing serious environmental pollution even though it contains essential macronutrients in high concentrations. This large volume of organic waste is mainly generated during the months of the harvesting season. Additionally, it is difficult to store this material because of its high moisture content.

On the other hand, for a long time, farmers have mainly used chemical fertilizers instead of organic fertilizers, resulting in soil degradation. Therefore, a simple method of rapid on-farm composting is the need of the hour to establish a system for recycling organic waste for sustainable agriculture. Five on-farm small-scale composting trials of coffee pulp were performed to examine the feasibility of the composting process with bulking agents under different aerobic conditions. After 2 months of composting, samples were collected for analysis and a cultivation experiment was conducted to clarify the effectiveness of the composts.

The total C, N, and K contents of the composts were in the range of 340. In the compost where wood chips were used as the bulking agent under air flow, exhibited a concentration of inorganic N that was significantly higher than that of the other composts. This indicates that the most important factor influencing the composting process is the control of aeration with wood chips and air flow. The plant biomass corresponding to the composts showed similarity with chemical fertilizers.

Additionally, the fertilizer effect depended on the type of soil. Furthermore, the P content and the plants produced by the compost in which chicken manure was added, were investigated. The results obtained clearly indicate that the addition of P-sources as manure in the manufacturing process enhanced the fertilizing efficiency of the compost. However, replications were not included in separate composting trials; thus, further work is required to understand the optimum conditions of composting.

These results suggest the need for quality criteria and guidelines for organic fertilizers in Vietnam that not only specify the nutrient levels, but also control the raw materials used and the manufacturing process. Production of coffee pulp composting within 2months might be a feasible method to recycle coffee pulp into good-quality organic fertilizer. The majority of N in the self- make compost was in the organic form, requiring an enhancement to make it available to plants. In this regard, urea might have a role to play in enhancing the N mineralization of organic-N in compost when applied together.

Under humid tropical climates, a combined application of compost and urea with lower amount of applied urea might extend the benefits. Further field experiment is required to evaluate the effectiveness of this suggestion. V LIST OF TABLES Table 2.1 Chemical properties of the materials.1 pH and nutrient contents (g kg-1) of soil used in the cultivation experiment.2 pH, C: N ratio and concentration of other nutrients in the so-called organic fertilizers in Vietnam's markets.3 General available information on collected samples.4 Changes in the nutrient levels during the production of the “organic fertilizer”.5 Two-way analysis of variance (ANOVA) testing the effects of fertilizer type and nutritional supplementation on dry weight of plants.6 Two-way analysis of variance (ANOVA) testing the effects of fertilizer type and nutritional supplementation on N uptake.7 Two-way analysis of variance (ANOVA) testing the effects of fertilizer type and nutritional supplementation on P uptake.8 Dry weight and nutrients uptake of treatments.1 Moisture content (%) and nutrient content (g kg-1) of the materials.2 Materials and condition of composting trials.3 pH and nutrient content of soils used in the cultivation experiment.4 pH and nutrient content of finished composts influenced by composting trials.5 Two-way analysis of variance testing the effects of soil types and applied fertilizers on dry weight of plants. VI LIST OF FIGURES Fig.1 The nitrogen cycle and human management of soils Fig.2 An outline of the thesis Fig.1 A diagram of the experimental setup.2 A picture of the cultivation system.3 Changes in shoot length at the first harvest as influenced by different treatments.4 Shoot dry weight as influenced by different treatments.5 N dynamics of basal fertilizer (Basal) and additional fertilizer (Add.) as influenced by different treatments.1 N content of “organic fertilizers” in Vietnam's markets.2 P content of the “organic fertilizers” in Vietnam's markets.3 K content of the “organic fertilizers” in Vietnam's markets.4 Relationship between total N and P of the “organic fertilizers”.5 Flow of raw materials and production method of an “organic fertilizer” from coffee by- products.6 Correlation between N leaching and ratio of inorganic N to total N in the fertilizers.7 Relationship between dry weight of plants and N leaching Fig.1 Schematic diagram of the composting system.