Tải bản đầy đủ

XỬ LÝ RƠM RẠ THEO PHƯƠNG PHÁP LÀM DẦM BẰNG PHÂN HỮU CƠ VI SINH VẬT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG VỚI LÚA NƯỚC

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG
----------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PHÂN HỮU CƠ VI SINH VẬT
TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC THEO
PHƯƠNG PHÁP LÀM DẦM

HÀ NỘI – 2018
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG


----------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PHÂN HỮU CƠ VI SINH VẬT
TRONG CANH TÁC LÚA NƯỚC THEO
PHƯƠNG PHÁP LÀM DẦM

Người thực hiện

: NGUYỄN THỊ ÁNH NGUYỆT

Khóa

: 61

Ngành

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn

: TS. ĐINH HỒNG DUYÊN

HÀ NỘI – 2018

2
2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài này là trung
thực, chưa được sử dụng trong bất kì một đề tài nghiên cứu nào khác, chưa có ai
công bố trong bất kì tài liệu nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ thực hiện đề tài đã được cám ơn và
các trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng
Sinh viên

năm 2018

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

3




LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này ngoài nỗ lực của bản thân em đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình của các cá nhân, tập thể
trong và ngoài trường.
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trong
khoa Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam; các Thầy, Cô giáo trong bộ
môn Vi sinh vật đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô giáo TS. Đinh Hồng
Duyên đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình em thực hiện đề
tài khóa luận tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo, cán bộ kĩ thuật, các
anh chị của Trung tâm Nông nghiệp hữu cơ và phòng thí nghiệm Bộ môn Nông
hóa – khoa Quản lý đất đai đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã khuyến khích,
ủng hộ, động viên em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng
Sinh viên

năm 2018

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

4


MỤC LỤC

5


DANH MỤC BẢNG

6


DANH MỤC HÌNH

7


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
cs
CT
ĐBSCL
FAO
NSLT
NSTT
PHCVS/PHCVSV
TCVN
TN
VSV
VSVCĐN

: Cộng sự
: Công thức
: Đồng bằng sông Cửu Long
: Tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc
: Năng suất lý thuyết
: Năng suất thực thu
: Phân hữu cơ vi sinh/Phân hữu cơ vi sinh vật
: Tiêu chuẩn Việt Nam
: Thí nghiệm
: Vi sinh vật
: Vi sinh vật cố định nitơ

8


TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Đề tài “Ứng dụng phân hữu cơ vi sinh vật trong canh tác lúa nước theo
phương pháp làm dầm” được thực hiện với mục tiêu: (i) Nghiên cứu sản xuất
được phân hữu cơ vi sinh vật xử lý rơm rạ theo phương pháp dầm trong thời
gian ngắn nhất với điều kiện thí nghiệm chậu vại; (ii) Tìm ra được liều lượng
bón phân hữu cơ vi sinh thích hợp cho lúa. Phân hữu cơ vi sinh được sản xuất từ
các chủng giống vi sinh vật của Bộ môn Vi sinh vật, sử dụng chất mang là phân
hữu cơ làm từ than bùn và phân gà. Phân hữu cơ vi sinh vật được sử dụng làm
thí nghiệm xử lý rơm rạ theo phương pháp làm dầm, từ đó đánh giá ảnh hưởng
tới sự phân hủy rơm rạ và sinh trưởng, phát triển của cây lúa. Thí nghiệm gồm 5
công thức, mỗi công thức lặp lại 4 lần, liều lượng phân bón ở mỗi công thức là
khác nhau.
Kết quả cho thấy phân hữu cơ vi sinh có khả năng phân hủy rơm rạ trong
15 ngày. Nhờ đó làm tăng các chỉ tiêu dinh dưỡng và vi sinh vật trong đất; giúp
cây lúa sinh trưởng, phát triển tốt hơn công thức đối chứng không sử dụng phân
hữu cơ vi sinh vật. Cụ thể các công thức có sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh làm
tăng chiều cao và số đẻ nhánh ở lúa, tăng nhánh hữu hiệu, từ đó giúp làm tăng
năng suất lúa. Liều lượng phân bón giúp đạt được hiệu quả tối ưu mà có thể phù
hợp với chi phí người nông dân có thể bỏ ra để sử dụng là 280 kg/ha.

9


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một nước nông nghiệp có nền văn minh lúa nước lâu đời, là
một trong 5 quốc gia sản xuất lúa lớn nhất ở khu vực châu Á, theo báo cáo triển
vọng lương thực được Tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc (FAO) công bố
(Trung Chánh, 2017). Lúa nước giữ vai trò quan trọng trong việc mang lại việc
làm cho đại đa số người dân nông thôn, cung cấp lương thực và chi phối cả sự
phát triển kinh tế của đất nước. Theo báo cáo của Cục trồng trọt, tổng diện tích
gieo cấy lúa trên cả nước năm 2016 đạt 7,751 triệu ha giảm 76 nghìn ha so
với năm 2015; sản lượng ước đạt 44,192 triệu tấn, giảm 980 nghìn tấn so với
năm 2015 (Cục trồng trọt, 2016). Lúa là cây trồng chính và chiếm phần lớn diện
tích đất nông nghiệp. Việc canh tác lúa nước hiện nay đặt ra hai vấn đề lớn.
Thứ nhất, với diện tích canh tác lớn, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật
và đặc biệt là phân bón hóa học ngày càng phổ biến. Không những gây ra những
ảnh hưởng tới môi trường, làm giảm chất lượng nông sản, mà còn gây hại tới
sức khỏe con người. Vậy, làm sao để tìm ra một giải pháp vừa mang tính an toàn
cho môi trường, giảm lượng phân hóa học được sử dụng, lại mang lại năng suất
chất lượng cao?
Thứ hai, tương ứng với diện tích và sản lượng lúa của nước ta hiện nay thì
ước tính lượng rơm rạ thải ra sau thu hoạch cũng không hề nhỏ. Thực tế chỉ có
một phần nhỏ lượng rơm rạ sau khi thu hoạch lúa được sử dụng làm thức ăn cho
gia súc, ủ phân hữu cơ, làm nguyên liệu trồng nấm, ủ đất trồng hoa… còn phần
lớn là đốt trực tiếp trên đồng ruộng. Việc này không chỉ gây lãng phí nguồn hữu
cơ trong rơm rạ, ảnh hưởng đến môi trường, mà còn gây ảnh hưởng tới sức khỏe
và sinh hoạt của người dân.
Hiện nay, cách giải quyết cho cả hai vấn đề này đó là sử dụng chế phẩm
sinh học xử lý rơm rạ thành nguồn phân bón hữu cơ vi sinh. Vừa giải quyết được
10


vấn đề môi trường, vừa phát triển nông nghiệp bền vững, hướng đến nền nông
nghiệp hữu cơ. Rất nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam quan tâm đến
việc xử lý ô nhiễm môi trường, và xử lý phế phụ phẩm đồng ruộng cũng là một
trong những lĩnh vực được đầu tư nghiên cứu. Đã có rất nhiều loại chế phẩm vi
sinh vật, phân vi sinh dùng trong xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp sản xuất phân
bón sinh học được đưa vào sử dụng. Phương pháp xử lý rơm rạ tạo nguồn phân
hữu cơ phổ biến nhất hiện nay là ủ với chế phẩm hoặc phân vi sinh. Tuy nhiên
phương pháp này tồn tại nhiều khó khăn như tốn công thu gom, mất nhiều thời
gian và diện tích làm đống ủ,… Do đó gần đây đã áp dụng phương pháp xử lý
rơm rạ khắc phục những nhược điểm của việc làm đống ủ, đó là cày dầm.
Phương pháp này tiện lợi, nhanh gọn hơn. Nhưng do đặc thù thời gian mùa vụ
ngắn khiến rơm rạ không hoai kịp nên hiệu quả chưa thực sự cao. Vì vậy người
dân không thực sự quan tâm đến việc xử lý nguồn rơm rạ để làm phân bón mà
vẫn chủ yếu dựa vào nguồn phân bón hóa học. Do đó việc tìm ra một loại chế
phẩm sinh học mới xử lý rơm rạ theo phương pháp cày dầm tiết kiệm thời gian
hơn, mang lại nguồn phân bón hữu ích có chất lượng cao để người dân có thể áp
dụng rộng rãi là rất quan trọng.
Xuất phát từ thực tế trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng phân
hữu cơ vi sinh vật trong canh tác lúa nước theo phương pháp làm dầm”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu sản xuất được phân hữu cơ vi sinh vật xử lý rơm rạ theo phương
pháp dầm trong thời gian ngắn nhất với điều kiện thí nghiệm chậu vại.
- Tìm ra được liều lượng bón phân hữu cơ vi sinh thích hợp cho lúa.

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Một số khái niệm, thuật ngữ
Chế phẩm vi sinh vật phân giải xenluloza (microbial preparation for
cellulose degradation): là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống;
đã được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn hiện hành; có khả năng phân giải
xenluloza hiếu khí hoặc kị khí thành các chất bón vào đất, tạo điều kiện nâng
cao năng suất cây trồng và/hoặc chất lượng nông sản, tăng độ màu mỡ của đất,
đồng thời không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, thực vật, môi trường
sinh thái và chất lượng nông sản (TCVN 6168:2002 Chế phẩm Vi sinh vật phân
giải xenlulo).
Vi sinh vật tuyển chọn (selected micro – organisms): là các vi sinh vật
phân giải xenluloza hiếu khí hay kị khí, đã được nghiên cứu, đánh giá hoạt tính
sinh học; an toàn đối với đất và cây trồng; dùng để sản xuất chế phẩm vi sinh vật
phân giải xenluloza (TCVN 6168:2002 Chế phẩm Vi sinh vật phân giải xenlulo).
Vi sinh vật tạp (contaminated micro – organisms): là vi sinh vật có trong
chế phẩm vi sinh vật phân giải xenluloza nhưng không thuộc loại vi sinh vật đã
được tuyển chọn (TCVN 6168:2002 Chế phẩm Vi sinh vật phân giải xenlulo).
Chất mang: Chất mang là chất để vi sinh vật được cấy tồn tại và (hoặc)
phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển, bảo quản và sử dụng phân vi
sinh. Chất mang không được chứa chất có hại cho người, động thực vật, môi
trường sinh thái và chất lượng nông sản (TCVN 6169:1996 Phân bón vi sinh vật
– Thuật ngữ).
Phân hữu cơ vi sinh vật (Microbial organic fertilizer) (gọi tắt là phân
hữu cơ vi sinh): là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ
khác nhau, chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật sống đã được tuyển chọn (vi
sinh vật tuyển chọn) đạt tiêu chuẩn hiện hành; nhằm cung cấp chất hữu cơ và
dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, góp phần nâng cao năng suất cây trồng và
12


(hoặc) chất lượng nông sản, đồng thời không gây ảnh hưởng xấu đến người,
động vật, thực vật, môi trường sống và chất lượng nông sản (TCVN 7185:2002
Phân hữu cơ vi sinh vật).
1.2. Tình hình sản xuất, phát triển nông nghiệp lúa nước trên thế giới và
Việt Nam
1.2.1. Tình hình sản xuất, phát triển nông nghiệp lúa nước trên thế giới
Lúa là loài thực vật một lá mầm (monocot) thuộc Oryza sativa (Lúa Châu
Á) hoặc Oryza glaberrima (Lúa Châu Phi). Mặc dù các giống lúa trồng phát
sinh từ Châu Á và Châu Phi, nhưng hiện nay cây lúa được phát triển ở tất cả các
Châu lục khác có điều kiện khí hậu và thời tiết thích hợp, mở rộng sang Châu
Mỹ, Châu Âu và Châu Úc. Lúa gạo là loại ngũ cốc làm lương thực quan trọng,
đặc biệt là ở Châu Á, Châu Phi và Nam Mỹ. Là loài cây lương thực có sản
lượng đứng hàng thứ ba trên thế giới sau ngô và lúa mì. Tuy nhiên, gạo là lương
thực chính cho khoảng 3,5 tỷ người, chiếm 50% dân số thế giới.
Theo thống kê của Tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc (FAO), năm 2015
sản lượng lúa gạo đạt 749,1 triệu tấn tăng 1% so với năm 2014 (741,8 triệu tấn).
Trong báo cáo mới nhất công bố trung tuần tháng 5, Bộ Nông nghiệp Mỹ
(USDA) dự báo sản lượng gạo thế giới năm 2017 – 2018 sẽ thấp hơn năm trước,
ở mức 481,3 triệu tấn, do giảm mạnh (giảm 10%) ở Mỹ, trong khi đó tiêu thụ sẽ
tăng nhẹ.

13


Hình 1.1 Sản lượng và tiêu thụ gạo thế giới giai đoạn 2007 – 2017
Nguồn: Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA)
Sản lượng lúa gạo tại Châu Á chiếm tới 90,4% toàn thế giới, tức là 677,7
triệu tấn. Tỷ lệ này vẫn đang liên tục tăng vì vấn đề dân số gia tăng ở khu vực
này. Theo thống kê, sản lượng lúa gạo cao chủ yếu nhờ sản lượng tăng mạnh tại
Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Việt Nam. Trong đó, sản lượng lúa
gạo của Việt Nam năm 2015 đạt tới 44,7 triệu tấn.
Sản lượng lúa gạo tại Châu Phi đạt 28,7 triệu tấn, tăng 0,8% so với sản
lượng năm 2014. Sản lượng tăng tại các nước Tây Phi đã bù đắp những thiếu hụt
do sự suy giảm tại một nước ở Đông và Nam Phi.
Tại vùng Trung Mỹ và Caribe sản lượng lúa gạo duy trì ở mức ổn định 3
triệu tấn. Vùng Nam Mỹ sản lượng lúa gạo đạt 25,4 triệu tấn năm 2015 tăng
2,7% so với cùng kỳ năm 2014. Sản lượng lúa gạo tại châu Âu giữ ở mức ổn
định đạt 4,1 triệu tấn năm 2015.

14


Hình 1.2. Sản lượng và diện tích trồng lúa gạo thế giới
giai đoạn 2006 – 2015
Nguồn: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO)
Diện tích trồng lúa trên thế giới biến động mạnh giai đoạn 2006 – 2013,
giai đoạn 2013 – 2015 biến động ít hơn và có xu hướng tăng nhẹ. Tuy nhiên
nhìn chung diện tích trồng lúa năm 2015 đã tăng nhiều so với năm 2006. Điều
này cũng phù hợp với tình hình nhu cầu lương thực hiện nay trên thế giới. Với
sản lượng lúa gạo tăng đều qua các năm càng cho thấy vai trò quan trọng của lúa
gạo trong nền an ninh lương thực của thế giới.
1.2.2. Tình hình sản xuất, phát triển nông nghiệp lúa nước ở Việt Nam
Nghề trồng lúa ở Việt Nam có lịch sử lâu đời nhất so với nghề trồng lúa ở
các nước châu Á. Theo các tài liệu khảo cổ ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam... cây
lúa đã có mặt từ 3000 – 2000 năm trước công nguyên. Cây lúa dại được thuần hóa
thành cây lúa trồng và đã phát triển đạt được những tiến bộ như ngày nay.
15


Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa là điều kiện thuận lợi cho cây lúa
phát triển. Với địa bàn trải dài trên 15 vĩ độ Bắc bán cầu, từ Bắc vào Nam đã
hình thành những đồng bằng châu thổ trồng lúa phì nhiêu, cung cấp nguồn
lương thực chủ yếu để nuôi sống hàng chục triệu người. Là một nước nhiệt đới
gió mùa có chiều dài bờ biển lên tới 3000 km, địa hình phức tạp nhiều sông núi,
do đó hình thành nhiều vùng canh tác lúa khác nhau. Căn cứ vào điệu kiện tự
nhiên, tập quán canh tác, sự hình thành mùa vụ và phương pháp gieo trồng, nghề
trồng lúa nước được hình thành và chia ra là 3 vùng chính: đồng bằng sông
Hồng, đồng bằng ven biển miền Trung và đồng bằng Nam Bộ.
Từ khi thực hiện đổi mới (năm 1986) đến nay, Việt Nam đã có những tiến
bộ vượt bậc trong sản xuất lúa, từ chỗ là nước thiếu lương thực triền miên đã
không những đảm bảo đủ lương thực cho nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu
gạo ra nước ngoài, thường xuyên nằm trong những quốc gia đứng đầu trên thế
giới về xuất khẩu gạo.

Hình 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa gạo của Việt Nam
giai đoạn 1993 – 2016
Nguồn: Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA)
16


Theo bảng thống kê diện tích, năng suất và sản lượng lúa gạo của Việt
Nam giai đoạn 1993 – 2016, nhận thấy rằng bắt đầu từ năm 1993 đến năm 1996
diện tích trồng lúa tăng từ 6,64 triệu ha lên 7,12 triệu ha, đến năm 1997 diện tích
trồng lúa có giảm xuống nhưng lại tăng ngay trở lại vào giai đoạn 1997 – 2000,
giai đoạn 2000 – 2005 diện tích khá ổn định sau đó lại tiếp tục có biến động.
Tuy nhiên tính đến 2016, diện tích trồng lúa là 7,74 triệu ha, đã giảm so với giai
đoạn 2012 – 2015 nhưng đã tăng khá nhiều so với những giai đoạn trước. Mặc
dù diện tích gieo trồng có sự biến động tăng giảm nhưng sản lượng và năng suất
lúa gạo của Việt Nam có xu hướng gia tăng đều qua các năm.
Việt Nam là một trong những quốc gia đứng đầu về xuất khẩu gạo trên
toàn thế giới. Theo báo cáo của Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD)
và Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc (FAO) nhận định, đến năm 2022, Việt
Nam vẫn tiếp tục là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai trên thế giới sau Thái Lan
(Xuân Bách, 2014).
1.3. Tổng quan về rơm rạ và cơ chế phân giải xenluloza của vi sinh vật
1.3.1. Tổng quan về rơm rạ
1.3.1.1. Khối lượng rơm rạ sau thu hoạch
Việt Nam là nước có nền kinh tế nông nghiệp với cây trồng chính là lúa
nước. Hằng năm một lượng lớn rơm rạ được thải bỏ sau thu hoạch, chiếm phần
lớn lượng chất thải rắn trong nông nghiệp.
Khối lượng rơm rạ được sản xuất ra tùy thuộc vào chế độ nước, mùa vụ,
cây trồng, phân bón trong đất và tỷ lệ lúa trên rơm. Nếu tỷ lệ lúa trên rơm của
đất khô và đất ngập nước đều như nhau thì trung bình khối lượng rơm trên mỗi
ha của lúa nước sẽ cao gấp 2 lần so với lúa ở đất khô. Còn đối với đất cạn kiệt
dinh dưỡng, đất không sử dụng phân bón thì năng suất rơm gần 2 tấn/ha. Cho
nên, tùy vào nguồn đất và chất dinh dưỡng mà năng suất rơm có tính chất khác
nhau trên từng loại đất (Bùi Huy Đáp, 1980).

17


Hình 1.4 Biểu đồ ước tính lượng rơm rạ ngoài đồng ruộng
Nguồn: Báo cáo môi trường quốc gia 2014
Theo Báo cáo môi trường quốc gia 2014, tổng lượng rơm rạ phát sinh
ngoài đồng ruộng là khoảng 35 triệu tấn/năm. Đây là lượng phế thải lớn và cần
có cách xử lý hiệu quả để tránh lãng phí nguồn nguyên liệu từ phế thải rơm rạ và
không làm ảnh hưởng tới môi trường.
1.3.1.2. Thành phần rơm rạ
Rơm rạ là nguồn chất hữu cơ khổng lồ, chiếm phần lớn trọng lượng của
cây lúa.
Theo Nguyễn Xuân Thành và cs (2003) thành phần chính của rơm rạ là
xenluloza. Hàm lượng khoáng dinh dưỡng chứa trong rơm sau khi thu hoạch tùy
thuộc vào đất, chất lượng nước tưới, số lượng phân bón đưa vào, cây trồng và mùa
vụ. Cho nên, hàm lượng dưỡng chất chứa trong rơm khi thu hoạch có thể ít hơn.
Theo Tổng luận Nguồn phế thải nông nghiệp rơm rạ và kinh nghiệm thế
giới về xử lý và tận dụng Cục thông tin khoa học và công nghệ Quốc Gia: “Tại
thời điểm thu hoạch, hàm lượng ẩm của rơm rạ thường cao tới 60%, tuy nhiên
trong điều kiện thời tiết khô hanh rơm rạ có thể trở nên khô nhanh đạt đến trạng
thái độ ẩm cân bằng vào khoảng 10 – 12%. Rơm rạ có hàm lượng tro cao (trên
22%) và lượng protein thấp”.
Thành phần hóa học của rơm rạ tính theo khối lượng và tính theo nguyên
tố được thể hiện ở bảng 1.1:
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rơm rạ
Tính theo khối lượng
Tính theo nguyên tố
Thành phần
Tỉ lệ %
Thành phần
Tỉ lệ %
Xenluloza
60
C
44
Lignin
14
H
5
Đạm hữu cơ
3,4
O
49
Chất béo
1,9
N
0,92
18


P, S, K

Rất nhỏ
Nguồn: Nguyễn Hữu Chí, 2012

Nếu tính theo khối lượng thì xenluloza và lignin chiếm tỉ lệ rất cao trong
tổng khối lượng rơm rạ. Điều này cho thấy sự phân hủy rơm rạ có hiệu quả hay
không phụ thuộc vào khả năng phân hủy xenluloza và lignin. Do đó, cần phải
hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy của chúng để điều chỉnh
cho phù hợp. Sự phân bố dưỡng chất trong rơm còn tùy thuộc vào khối lượng và
thành phần rơm rạ, quản lý rơm rạ và chế độ nước trong đất.
Do rơm rạ có hàm lượng chất xơ cao dẫn đến việc khó phân hủy, cần có
các biện pháp cơ học tiền xử lý như xay, nghiền để làm giảm kích thước; xử lý
nhiệt hoặc bằng hóa chất như sử dụng các axit hay bazơ để hỗ trợ cho việc xử lý
rơm rạ được dễ dàng hơn.
1.3.1.3. Thực trạng phát thải rơm rạ hiện nay
Mặc dù mang nhiều giá trị tái sử dụng nhưng hằng năm một lượng lớn rơm
rạ vẫn bị thải bỏ lãng phí. Do những năm gần đây đời sống con người ngày càng
được nâng cao, các sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp ngày càng nhiều nên
người dân đã giảm hoặc không còn sử dụng rơm rạ vào các mục đích như trước.
Lượng rơm rạ bị thải bỏ ngoài đồng ruộng chủ yếu được đốt trực tiếp để
tiết kiệm thời gian và công sức lao động. Tuy nhiên nó lại mang lại rất nhiều hậu
quả xấu tác động tới môi trường, con người.
Theo Viện Nghiên Cứu Lúa Thế Giới (IRRI, 2003) cho biết năng suất
rơm dao động từ 2 tấn/ha đến hơn 8 tấn/ha tuy thuộc vào giống lúa, năng suất
lúa và phương pháp thu hoạch (cắt gần gốc sẽ cho nhiều rơm hơn). Tổng lượng
rơm sau thu hoạch có tỷ lệ tượng ứng với năng suất lúa. Tỷ lệ rơm:lúa thường
nằm trong khoảng 0,8:1 – 1:1.
1.3.1.4. Một số biện pháp xử lý phổ biến
Theo Viện Nghiên Cứu Lúa Thế Giới (IRRI, 2003) chia các hình thức sử

19


dụng rơm như sau:
- Sử dụng rơm tại ruộng: vùi gốc rạ, phủ rơm, ủ phân rơm, đốt đồng;
- Mang rơm ra khỏi ruộng: làm thức ăn chăn nuôi, chất đốt, khí hóa, biogas, làm
chất đốt dạng lỏng, vật liệu xây dựng, sản xuất giấy, chống sạt lở, trồng nấm,…
Ở Việt Nam, các hình thức sử dụng rơm chủ yếu là: cày vùi, đốt đồng,
chất nấm, ủ phân compost, làm thức ăn chăn nuôi,… Do tập quán làm lúa 2 – 3
vụ/năm, đất không có thời gian nghỉ, người dân thường cày vùi, hoặc đốt đồng
để xử lý nhanh lượng rơm rạ, chuẩn bị cho vụ tới.
Các biện pháp xử lý truyền thống
Đốt: Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ làm, tiết kiệm thời
gian, giảm giá thành xử lý, giảm thiểu sâu bệnh hại trên đồng ruộng. Vì vậy đây
là biện pháp xử lý phổ biến tại nhiều địa phương. Theo nghiên cứu của Võ Thị
Gương et al. (2008) cho thấy đốt rơm làm giảm chất hữu cơ trong đất nhưng lại
tăng hàm lượng lân hữu dụng trong đất. Theo hội khoa học đất Việt Nam (2000),
khi đốt rơm sẽ cung cấp cho đất khoảng 8 – 12 kg P 2O5/ha ở mỗi vụ canh tác.
Tuy nhiên việc đốt các phế phụ phẩm ngay tại đồng ruộng làm mất đi hầu hết
các hàm lượng dinh dưỡng có trong nó. Các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong
đất sẽ biến thành chất vô cơ nên tro than của rơm rạ cũng chỉ cung cấp được một
lượng dinh dưỡng rất nhỏ cho đồng ruộng. Việc này khiến hàm lượng dinh
dưỡng không được trả lại cho đất, lâu dần sẽ ảnh hưởng tới chất lượng đất. “Đốt
là nguyên nhân mất gần như hoàn toàn hàm lượng N, P mất khoảng 25%, K
20%, S từ 5 – 60%.” (A. Dobermann and T.H. Fairhurst, 2010).
Không những thế, phương pháp này còn có nhược điểm là làm ảnh hưởng
tới môi trường đất do nhiệt độ cao sẽ làm cho một lượng nước lớn trong đất bị
bốc hơi, nếu đốt rơm rạ nhiều lần và lâu dài sẽ làm cho đất biến chất và trở nên
chai cứng; gây ô nhiễm môi trường không khí nghiêm trọng, gây hiệu ứng nhà
kính, các bệnh về đường hô hấp, gây cản trở giao thông do hiện tượng khói mù.
Theo ước tính nếu đốt 1 tấn rơm thì sẽ thải ra 36,32 kg khí CO; 4,54 kg
20


hydrocarbon; 3,18 kg bụi tro và 56 kg CO 2 (Jefferey Jacobs et al., 1997; trích
bởi Lưu Hồng Mẫn, 2010).
Cuối cùng, việc đốt rơm rạ còn tiêu diệt các loại côn trùng có ích, góp
phần làm mất cân bằng sinh thái ruộng lúa, gây bộc phát sâu bệnh trên đồng
ruộng, khiến chi phí sản xuất lúa cao.
Đổ trực tiếp ra sông ngòi: Ưu điểm là dễ làm, không tốn công lao động
và tiết kiệm chi phí. Nhưng nhược điểm của nó là ngoài gây lãng phí do mất
hàm lượng dinh dưỡng, nó còn gây ảnh hưởng tới mỹ quan, ô nhiễm môi trường
nước, ảnh hưởng tới nguồn nước sinh hoạt do trong quá trình phân hủy tạo ra
các vi khuẩn gây bệnh cho người, gây mùi khó chịu.
Vùi trực tiếp vào đất: Ưu điểm của phương pháp này là sẽ trả lại cho đất
hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy từ đất.
Tuy nhiên phương pháp này khá tốn chi phí và công lao động. Và việc
chôn vùi rơm rạ khi chưa được phân hủy cũng ảnh hưởng đến cây trồng như gây
ngộ độc hữu cơ cho bộ rễ, làm giảm hiệu quả hấp thu dinh dưỡng, giảm sự sinh
trưởng và năng suất lúa (Nguyễn Thành Hối, 2008). Đồng thời trở ngại lớn nhất
của việc phân hủy là lignin, đây là một trong những thành phần ngăn cản sự
phân hủy của vi sinh vật trong điều kiện yếm khí, trong đó rơm lúa chứa khoảng
15% lignin (Nguyễn Đỗ Châu Giang, 2001). Thiếu oxy trong điều kiện ngập
nước thường xuyên làm hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật đất, đưa đến sự suy
giảm hoạt động phân hủy lignin vào thành phần mùn của đất (Olk and Cassman,
2002), kết hợp N làm giữ chặt N trong đất nên cây trồng không hấp thu được.
Các nhóm chất này sẽ kết hợp với các dưỡng chất đặc biệt là N, làm giảm khả
năng khoáng hóa cung cấp N từ đất và ảnh hưởng đến năng suất lúa (Olk et al.,
2006). Chính các quá trình này ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự hấp
thu dưỡng chất của lúa.
Làm thức ăn cho gia súc: Phương pháp này đem lại hiệu quả kinh tế, tiết
kiệm chi phí chăn nuôi, tận dụng được nguồn phế thải đồng ruộng. Tuy nhiên sử
21


dụng rơm làm thức ăn chăn nuôi không có giá trị dinh dưỡng cao do rơm chứa
lượng protein thấp, tro silica (silic dioxyt) cao. Bên cạnh đó nó lại gây ra việc
mất dinh dưỡng cho đất vì lượng dinh dưỡng đất bị lấy đi không được bù lại và
gây tốn công thu gom, vận chuyển.
Ủ làm phân: Ưu điểm của phương pháp này là trả lại được hàm lượng
dinh dưỡng hữu cơ cho đất, tiết kiệm chi phí phân bón, mang lại hiệu quả bền
vững, tiêu diệt được mầm bệnh và làm sạch đồng ruộng. Nhưng để đạt được
hiệu quả cao thì phải đầu tư thời gian, công sức lao động, và quan trọng là phải
có kĩ thuật ủ đúng cách. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp bổ
sung các chủng vi sinh vật để tiết kiệm thời gian ủ, tăng chất lượng phân sau ủ,
mang lại hiệu quả cao cho cây trồng.
Bón phân rơm làm tăng việc tái sử dụng chất dinh dưỡng có trong rơm,
cung cấp lại cho đồng ruộng. Khi rơm rạ được ủ và bón trở lại cho ruộng. Lượng
dinh dưỡng của phân cung cấp cho đất không cao, chủ yếu là kali. Với 1 tấn rơm
(trọng lượng khô) trả lại cho đất, có khoảng 5 – 8 kg N; 0,5 – 1 kg P; 13 – 20 kg
K; 0,5 – 1 kg S; 0,3 – 1,7 kg Ca và 1,5 – 1,6 kg Mg. Rõ ràng, lượng K trong
phân rơm rất đáng kể. Như vậy, một tấn phân rơm với lượng rơm khoảng 4 tấn
có khả năng cung cấp lại cho đất: 20 – 32 kg N; 2 – 4 kg P; 52 – 80 kg K; 2 – 4
kg S;1,2 – 6,8 kg Ca và 6 – 7,2 kg Mg (IRRI,2003).
Dùng rơm phủ cho cây: Rơm có thể dùng để phủ cho lúa hoặc các loại
cây trồng khác. Việc phủ rơm có thể làm giảm bốc hơi nước từ đất, làm tăng
lượng nước thấm vào đất (giữ nước ) và bảo vệ đất không bị xói mòn (đặc biệt ở
vùng đất dốc). Lớp rơm có tác dụng làm giảm bốc hơi nước nhiều hơn làm xói
mòn đất.
Ngoài ra rơm rạ còn có thể được sử dụng làm chất đốt, trồng nấm, lợp
mái nhà,…
Các biện pháp xử lý rơm hiện đại
Sản xuất giấy: Rơm có thể là nguồn nguyên liệu quan trọng cho việc sản
22


xuất giấy. Vấn đề khó khăn trong việc sử dụng rơm để sản xuất giấy là khả năng
giữ nước của rơm cao (năng suất rơm sản xuất bột giấy là 45% trong khi đó
năng suất của gỗ là 55%) và khả năng nén rơm thấp.
Sản xuất nhiên liệu sinh học: Hiện nay việc sử dụng rơm rạ như một
nguồn năng lượng trung tính cacbon để sản xuất nhiên liệu sinh học đang ngày
càng gia tăng nhanh chóng. Và thu hút được sự chú ý đặc biệt của nhiều quốc
gia sản xuất lúa gạo trên thế giới. Đây là một xu thế mới, gây chú ý trong lĩnh
vực xử lý và tận dụng nguồn rơm rạ.
1.3.2. Cơ chế phân giải xenluloza của vi sinh vật
Theo Nguyễn Xuân Thành và cs (2003) thành phần chính của rơm rạ là
xenluloza. Để phân hủy rơm rạ thành phân hữu cơ cần bổ sung các chủng vi sinh
vật có thể phân giải xenluloza.
Phân giải xenluloza cơ bản là quá trình sinh học được tạo ra và kiểm soát
bởi các enzyme xenlulaza. Xenlulaza là enzyme đa dạng nhất với chức năng xúc
tác cho một phản ứng đơn, nó đóng vai trò trong phản ứng thủy phân cầu nối β1,4 giữa hai phân tử glucozo cấu tạo nên xenluloza. Hệ thống enzyme xenlulaza
bao gồm ba lớp enzyme ngoại bào có thể hòa tan là: 1,4-β-endoglucanase, 1,4-βexoglucanase và β–glucosidase (β-D-glucoside, glucohydrolase hoặc xenlobiase).
Endoglucanase chịu trách nhiệm trong sự phân cắt ngẫu nhiên liên kết β-1,4glycosidic dọc theo chuỗi xenluloza. Exoglucanase thì cần thiết cho sự phân cắt
đoạn cuối chuỗi không biến đổi và phân tách các sợi cơ bản của tinh thể
xenluloza, β-1,4-glucosidase thủy phân xenlobiose và xenlodextrin hòa tan
thành glucoza (Shewale, J., 1982 và Wiseman., J.W.a.A., 1983). Trên thực tế,
mặc dù đều sử dụng cơ chất xenluloza nhưng cơ chế phân giải xenluloza của các
loài vi sinh vật rất khác nhau (Wilson, D.B., 2008). Xenluloza trải qua các phản
ứng thủy phân phức tạp được xúc tác bởi phức hệ enzyme đã nói ở trên, sản
phẩm cuối cùng là glucozo, cơ chế tổng quát của phản ứng được trình bày ở
hình 1.5 (Schurz, J., et al., 1985).
23


Hình 1.5 Cơ chế tổng quát được đề xuất trong phản ứng thủy phân
xenluloza bằng phức hệ enzyme (C1: Exoxenlulaza, Cx: Endoxenlulaza)
Enzyme xenlulaza có hoạt tính rất thấp đối với xenluloza dạng tinh thể
nhưng chúng có sự tăng cường xúc tác rất cao là do chu kỳ bán rã dài của tinh
thể xenluloza. Enzyme này cũng rất khác biệt so với hầu hết các enzyme khác,
vì chúng phân giải cơ chất không hòa tan. Điều này buộc chúng phải khuếch tán
đến cơ chất và mang những mẫu cơ chất không hòa tan ấy đến tâm hoạt động,
trong khi các cơ chất hòa tan thì khuếch tán và gắn vào tâm hoạt động của
những enzyme khác (Wilson, D.B., 2011).
Trong những vi sinh vật được tìm thấy có khả năng phân giải xenluloza,
vi khuẩn kị khí có hiệu quả sử dụng enzyme hơn các vi khuẩn hiếu khí. Trong
khi các vi khuẩn hiếu khí sản sinh lượng lớn enzyme, vi khuẩn kị khí lại tiết
kiệm hơn. Điều này là do ở vi khuẩn kị khí có hình thành một cơ quan bên ngoài
tế bào của chúng, thể này giúp phân giải xenluloza được gọi là xenlulosome
(Bayer, E.A., et al., 2004). Quá trình phân giải xenluloza phức tạp, đòi hỏi sự
24


hiệp đồng chặt chẽ giữa các enzyme xenlulaza, hiệu quả của sự hiệp đồng được
tạo ra bằng cách kết hợp chúng lại trong xenlulosome (Fontes, C.M. and Gilbert,
H.J., 2010).
Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ
xenluloza nhờ có hệ enzym xenlulaza ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có
khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzym có đầy
đủ các thành phần. Nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza, đặc biệt là
Trichoderma. Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất,
rác và có khả năng phân huỷ xenluloza. Trong nhóm vi nấm ngoài Tricoderma
còn có rất nhiều vi sinh vật khác có khả năng phân giải xenluloza như
Cytophaga, Cellulomonas, giống Bacillus, giống Clostridium, Aspergillus,
Penicillium…(Lê Xuân Phương, 2008).
Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza, tuy nhiên
cường độ không mạnh bằng vi nấm. Nguyên nhân là do số lượng enzym tiết ra
môi trường của vi khuẩn thường nhỏ hơn, thành phần các loại enzym không đầy
đủ. Thường ở trong đống ủ rác có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ bốn
loại enzym trong hệ enzym xenlulaza. Nhóm này tiết ra một loại enzym, nhóm
khác tiết ra loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối
quan hệ hỗ sinh. Nhóm vi khuẩn hiếu khí bao gồm Clostridium và đặc biệt là
nhóm vi khuẩn sống trong dạ cỏ của động vật nhai lại. Chính nhờ nhóm vi
khuẩn này mà trâu bò có thể sử dụng được xenluloza trong cỏ, rơm rạ làm thức
ăn. Đó là những cầu khuẩn thuộc chi Ruminococcus có khả năng phân huỷ
xenluloza thành đường và các axit hữu cơ (Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh
Triết, 2004).
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân giải xenluloza
Theo Nguyễn Xuân Thành et al. (2009) quá trình phân giải xenluloza chịu
ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường sau:
Độ ẩm: Độ ẩm chi phối hoạt động sinh học trong đất nói chung và của vi
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×