Đề tài “Sản xuất phân hữu cơ – vi sinh từ chất thải ao nuôi cá rô đầu vuông ở tỉnh Hậu Giang” được thực hiện từ tháng 6/2012 đến tháng 10/2012 tại xã Vị Thanh, huyện Vị Thủy, tỉnh Hậu Giang nhằm xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ – vi sinh từ xác bã thực vật và chất thải bùn ao nuôi cá rô đầu vuông sau khi thu hoạch cá rô. Kết quả thử nghiệm sản xuất phân hữu cơ đã xác định được tỷ lệ phối trộn nguyên vật liệu thích hợp là 2 kg bùn đáy ao nuôi cá rô : 8 kg xác bã thực vật (đến khi đầy 1 m3) + chế phẩm Tricô - ĐHCT. Sau khi phân hữu cơ đã chín (hoai), tiếp tục ủ phân hữu cơ với phân vi sinh đa chủng (Viện nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học)
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao, người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến an toàn thực phẩm, đặc biệt là nông phẩm Tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, nông sản đóng vai trò quan trọng trong bữa ăn hàng ngày Tuy nhiên, dư lượng phân hóa học và thuốc trừ sâu trong nông phẩm đã trở thành vấn đề đáng lo ngại Người tiêu dùng hiện nay mong muốn tìm kiếm nông phẩm sạch, không chứa hóa chất độc hại, nhằm đảm bảo sức khỏe và an toàn trong tiêu dùng.
Để sản xuất nông phẩm an toàn, cần xem xét nguồn gốc ô nhiễm, chủ yếu do bón phân không đúng cách và lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật Giải pháp là giảm thiểu hai nguồn ô nhiễm này và thay thế bằng phân hữu cơ từ nguyên liệu địa phương có sẵn.
Nguồn nguyên liệu chế biến phân hữu cơ tại địa phương rất phong phú, đặc biệt là chất thải từ ao nuôi cá rô thâm canh, đang gây ô nhiễm môi trường đất và nước Lượng thức ăn dư thừa và chất bài tiết của cá chưa qua xử lý không chỉ tích tụ dưới đáy ao mà còn mang theo mầm bệnh, làm tăng nguy cơ ô nhiễm trở lại ao nuôi và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường tự nhiên.
Để đạt được năng suất mong muốn và tạo ra nông phẩm sạch, việc phối hợp hiệu quả các nguồn nguyên liệu hữu cơ và sử dụng vi sinh vật phân giải thành phân hữu cơ – vi sinh là rất quan trọng Do đó, đề tài “Sản xuất phân hữu cơ – vi sinh từ chất thải ao nuôi cá rô đầu vuông ở tỉnh Hậu Giang” được triển khai nhằm thay thế một phần phân vô cơ và cải thiện chất lượng nông sản phục vụ đời sống.
Mục tiêu đề tài
Tận dụng bùn đáy ao nuôi cá rô thâm canh và xác bã thực vật để sản xuất phân hữu cơ - vi sinh không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại lợi ích cho nông nghiệp bền vững.
Xác định tỉ lệ phối trộn nguyên vật liệu thích hợp cho quá trình ủ phân.
Nội dung nghiên cứu
Xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ – vi sinh từ bùn đáy ao nuôi cá rô thâm canh sau khi thu hoạch.
LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
Giới thiệu về bùn thải ao nuôi cá rô đầu vuông
2.1.1 Diện tích ao nuôi cá rô tại Hậu Giang
Từ năm 2004 đến 2011, diện tích nuôi cá rô tại tỉnh Hậu Giang đã có sự tăng trưởng vượt bậc Cụ thể, diện tích thả cá rô đã tăng từ 31 ha vào năm 2004 lên 306 ha vào năm 2009, với mức tăng trung bình 164,5% mỗi năm Đến năm 2010, diện tích nuôi cá rô đạt 393,76 ha, gấp 12,7 lần so với năm 2004 và tăng 1,29 lần so với năm 2009, vượt 35,5% so với quy hoạch phát triển thủy sản 2010 Đến cuối tháng 8 năm 2011, diện tích nuôi cá rô ghi nhận là 274 ha, chủ yếu tập trung ở các huyện Long Mỹ.
Vị Thủy và Phụng Hiệp, sản lượng thu hoạch cá rô đầu vuông từ đầu năm đến nay lên đến gần 8.100 tấn
2.1.2 Thành phần bùn thải ao nuôi ca rô thâm canh
Bùn thải chứa 80-85% carbohydrat, lipit và protein, cùng với 15-20% chất mùn, đòi hỏi các vi sinh vật hữu hiệu để chuyển hóa chất hữu cơ nhằm sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh Các chủng vi sinh vật và điều kiện tồn tại của chúng trên các chất hữu cơ phế thải rất đa dạng Mặc dù đã có nghiên cứu về phân hữu cơ – vi sinh từ than bùn và bùn đáy ao nuôi cá tra, nhưng chưa có nghiên cứu nào về phân hữu cơ – vi sinh từ chất thải ao nuôi cá rô Do chất thải này có đặc tính lý, hóa, sinh học riêng biệt, cần một phương pháp khoa học để xử lý và chuyển hóa các chất hữu cơ trong bùn, nhằm sản xuất phân bón hữu cơ – vi sinh đạt chất lượng tốt nhất.
2.1.3 Một số vấn đề môi trường phát sinh trong nuôi trồng thủy sản a Nước thải
Nước thải từ nuôi bè hay ao chứa nhiều chất ô nhiễm do phân hủy thức ăn dư thừa mà người nuôi cung cấp cho cá Lượng thức ăn không được sử dụng và hiệu suất chuyển hóa năng lượng kém dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước và nền đáy ao Vấn đề bùn đáy ao trở thành một thách thức lớn trong việc duy trì chất lượng nước và sức khỏe sinh thái của hệ thống nuôi trồng thủy sản.
Bùn đáy ao nuôi trong thủy sản là kết quả của sự lắng đọng các vật chất lơ lửng, phụ thuộc vào kích thước và dòng chảy của chúng Mức độ tích tụ bùn đáy ao thay đổi tùy theo hàm lượng vật chất lơ lửng trong nước và mô hình nuôi trồng thủy sản khác nhau.
Nghiên cứu năm 2006 cho thấy tốc độ lắng bùn hằng ngày trong mô hình nuôi hai mảnh vỏ Perna canaliculus ở New Zealand đạt khoảng 546 g bùn khô/m², trong khi ở các thủy vực không nuôi chỉ là 452 g/m²/ngày, với sự khác biệt theo mùa vụ Tại Úc, trong mô hình nuôi Crassostrea gigas, tốc độ lắng đọng bùn dao động từ 7,2 đến 14,5 g/m²/ngày (Crawford et al., 2003) Đến nay, chưa có nghiên cứu nào công bố về lượng bùn đáy tích tụ trong quá trình nuôi cá rô đầu vuông ở đồng bằng sông Cửu Long Thực tế cho thấy, sau mỗi vụ nuôi, người nuôi thường sên bùn trong ao và bơm lên bờ hoặc ra sông rạch, gây lo ngại về nguy cơ ô nhiễm nước mặt ở khu vực này.
Phương pháp sản xuất phân hữu cơ - vi sinh
2.2.1 Khái niệm phân hữu cơ - vi sinh
Phân hữu cơ – vi sinh là sản phẩm từ nguyên liệu hữu cơ, cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo đất, chứa vi sinh vật sống đạt tiêu chuẩn, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Sản phẩm này không gây hại cho con người, động vật, môi trường và chất lượng nông sản (TCVN 6169:1996) Phân hữu cơ bao gồm các loại phân có nguồn gốc hữu cơ như phân chuồng và phân xanh, là kết quả của quá trình phân giải rác thải hữu cơ nhờ vi sinh vật.
Phân hữu cơ - vi sinh là sản phẩm nâng cao hơn so với phân hữu cơ thông thường nhờ vào sự bổ sung các vi sinh vật hữu ích như vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân khó tan, và vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây trồng Các vi sinh vật này được sản xuất qua quy trình lên men và sau đó được trộn với xác bã thực vật hoặc than bùn, tạo ra phân có màu nâu thẫm hoặc đen Để đảm bảo hiệu quả, hàm lượng vi sinh vật hữu ích trong phân cần đạt ít nhất 1,0 x 10^6 CFU/gam.
2.2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất phân hữu cơ - vi sinh
Nghiên cứu và sản xuất phân bón hữu cơ - vi sinh đang thu hút sự quan tâm toàn cầu, đặc biệt trong khoảng 20 năm qua với nhiều thành tựu về công nghệ vi sinh vật từ các phế thải nông nghiệp và quặng lân thấp tại Mỹ, Canada, Ấn Độ Tại Việt Nam, trong 10 năm qua, đã có nhiều tiến bộ trong việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất phân hữu cơ - vi sinh từ than bùn và quặng nghèo lân Các nghiên cứu gần đây của Viện Công nghệ Sinh học đã thành công trong việc phát triển các công nghệ sản xuất phân hữu cơ - vi sinh chất lượng cao, có khả năng thay thế phân khoáng và các loại phân hữu cơ - vi sinh khác Những nghiên cứu về vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân đã được bắt đầu từ những năm 1960, và từ những năm 1980-1990, nhiều cơ quan khoa học đã tiếp thu kiến thức quốc tế để sản xuất chế phẩm vi sinh vật cho cây đậu đỗ, cùng với các nghiên cứu về phân giải hợp chất phosphate khó tan.
Nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ – vi sinh từ phế thải là cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường Tuy nhiên, việc này gặp khó khăn do các loại phế thải có đặc điểm hóa, lý, sinh học khác nhau, dẫn đến sự khác biệt trong các chủng vi sinh vật hữu ích có thể tồn tại trên các chất hữu cơ đó.
2.2.3 Các dạng ủ phân hữu cơ – vi sinh
Ủ phân kỵ khí là quá trình phân hủy diễn ra trong điều kiện thiếu oxy, nơi vi sinh vật kỵ khí phát triển và sản sinh ra các hợp chất như methane, acid hữu cơ và hydro sulfur Mặc dù quá trình này không tiêu diệt hoàn toàn hạt cỏ dại và mầm bệnh, và thường tốn nhiều thời gian, nhưng ủ phân kỵ khí vẫn là một phương pháp đơn giản và ít làm mất dinh dưỡng trong nguyên liệu (Misra et al., 2003).
Trong quá trình ủ phân kỵ khí, phản nitrate hóa diễn ra mạnh mẽ với pH lý tưởng từ 7,0 đến 8,2, tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều loài vi sinh vật tham gia Các vi sinh vật này đóng vai trò quan trọng trong quá trình phản nitrate hóa.
Chromobacterium denitrificans, Achromobacter stuzeri, Pseudomonas fluorescens,… chúng tham gia khử nitrate và nitrit thành phân tử nitơ tự do, làm tổn thất lượng nitơ của phân (Nguyễn Đức Lượng, 1996)
Ủ phân hiếu khí là quá trình mà các vi sinh vật hiếu khí phân cắt hợp chất hữu cơ, tạo ra các sản phẩm như CO2, NH3, nước, nhiệt và chất mùn, với sản phẩm cuối cùng khá ổn định Nhiệt độ trong quá trình ủ có thể đạt từ 50 đến 70 độ C, tùy thuộc vào loài vi sinh vật và điều kiện nguyên liệu Phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm xử lý triệt để phế thải, không gây ô nhiễm môi trường và tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh.
2.2.4 Quá trình sản xuất phân hữu cơ – vi sinh
Quá trình sản xuất phân hữu cơ – vi sinh bao gồm hai bước chính: đầu tiên, nguyên liệu được ủ hiếu khí theo tỷ lệ phù hợp để tạo ra phân hữu cơ; sau đó, trên nền phân hữu cơ đã được tạo ra, các vi sinh vật hữu ích như vi khuẩn cố định đạm và hòa tan lân sẽ được bổ sung, tạo thành phân hữu cơ – vi sinh chất lượng cao.
Hình 1: Sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian
- Công đoạn 1: Ủ phân hữu cơ
Quá trình ủ phân hiếu khí, theo Misra et al (2003), thường dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ nhanh chóng lên 70 – 80°C trong vài ngày đầu Các vi sinh vật ưa nhiệt trung bình (20 – 45°C) phát triển mạnh mẽ nhờ vào lượng đường và acid amin có sẵn, tạo ra nhiệt từ quá trình trao đổi chất Khi nhiệt độ tăng lên mức cao, hoạt động của chúng bị kìm hãm, và một số loài nấm cùng vi khuẩn ưa nhiệt (50 – 70°C) tiếp tục xử lý nguyên liệu, nâng nhiệt độ lên đến 65°C hoặc cao hơn Giai đoạn này rất quan trọng cho chất lượng phân ủ, vì nó tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại.
Giai đoạn xử lý kéo dài trong quá trình ủ phân diễn ra khi nhiệt độ đống ủ giảm dần và không còn nóng lên nữa Đây là thời điểm mà nhóm nấm ưa nhiệt bắt đầu phát triển, đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các thành phần chính của vách tế bào thực vật như cellulose và hemi-cellulose Việc kéo dài thời gian ủ phân không chỉ giúp cải thiện chất lượng phân mà còn ngăn ngừa các vấn đề như nghèo nitơ, thiếu hụt oxy và sự tích tụ độc chất acid hữu cơ trên cây trồng.
A: Giai đoạn ấm B: Giai đoạn nóng C: Thời k ỳ nguội dần D: Thời k ỳ hoại mục
Cuối cùng, nhiệt độ của đống ủ giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh Khi quá trình ủ phân hoàn tất, đống ủ không còn thay đổi hình dạng và hoạt động sinh học giảm đi, mặc dù vẫn có các sinh vật ưa nhiệt trung bình tồn tại Nguyên vật liệu ban đầu chuyển từ màu nâu đậm sang màu đen, các hạt giảm kích thước và trở nên rắn chắc như kết cấu đất Trong quá trình này, hàm lượng chất mùn gia tăng, tỷ lệ carbon và nitơ (C:N) giảm, và pH đạt mức trung tính.
Hình 2: Quá trình sản xuất phân hữu cơ
- Công đoạn 2: Chủng các vi sinh vật hữu ích
Công đoạn này giúp làm giàu phân hữu cơ, vốn thường có hàm lượng P thấp (0,4 - 0,8%) Việc bổ sung P không chỉ cân bằng thành phần dinh dưỡng mà còn thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật, từ đó tăng tốc quá trình phân hủy chất thải hiệu quả hơn.
Việc bổ sung photpho (P) không chỉ giảm thiểu sự mất mát nitơ (N) mà còn làm tăng giá trị dinh dưỡng của phân hữu cơ Để cải thiện độ màu mỡ của phân, có thể thêm quặng lân giá trị thấp hoặc bột xương động vật Sử dụng xương động vật thô, được nghiền nhỏ và cho vào đống ủ, cũng mang lại sự cải thiện đáng kể về giá trị dinh dưỡng Thêm vào đó, việc bổ sung tro củi giúp gia tăng hàm lượng kali (K) trong phân.
Việc chủng các vi khuẩn cố định đạm và hòa tan lân vào đống ủ phân giúp cải thiện chất lượng phân một cách đáng kể Các vi sinh vật như Azotobacter, Azospirillum lipoferum, và Azospirillum brasilense (cố định đạm) cùng với Bacillus megaterium hoặc Pseudomonas sp (hòa tan lân) được cấy vào dưới dạng dịch lên men Sau khoảng một tháng, chúng được rưới vào nguyên liệu phân hủy đã biến đổi, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng của phân bón.
Mùn hoặc chất hữu cơ phân hủy
Bởi kết quả của việc chủng này, nhiệt độ của khối ủ cũng trở nên ổn định khoảng
35 0 C, hàm lượng N của phân ủ có thể tăng lên 2% Những bổ sung này giảm đáng kể thời gian ủ phân (Misra et al., 2003)
2.2.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất phân hữu cơ - vi sinh
- Sự thông khí: Ủ hiếu khí yêu cầu lượng oxy lớn, đặc biệt là trong giai đoạn đầu
Sự thông khí là yếu tố quan trọng trong quá trình ủ phân hiếu khí, giúp cung cấp oxy cần thiết cho vi sinh vật phát triển Khi oxy không đủ, quá trình phân hủy diễn ra chậm, làm giảm hiệu suất ủ Thông khí cũng giúp loại bỏ nhiệt thừa, hơi nước và các khí khác, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ủ Để duy trì điều kiện hiếu khí, cần kiểm soát các yếu tố vật lý của vật liệu ủ như kích thước hạt và hàm lượng ẩm, cũng như kích thước đống ủ và phương pháp thông gió, kết hợp với việc đảo trộn thường xuyên.
PHƯƠNG TIỆN – PHƯƠNG PHÁP
Phương tiện
- Bùn thải ao nuôi cá rô đầu vuông được lấy từ ao nuôi cá rô ở xã Vị Thanh, huyện Vị Thủy, tỉnh Hậu Giang
Xác bã thực vật, bao gồm rơm rạ từ xã Vị Thanh, huyện Vị Thủy trong vụ Hè Thu, có thể được xử lý bằng các chế phẩm vi sinh như Tricho (Trichoderma sp.) từ Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Ngoài ra, phân sinh học đa chủng, chứa vi khuẩn cố định đạm Gluconacetobacter diazotrophicus và vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri, cũng được phát triển bởi Viện nghiên cứu và phát triển Công nghệ Sinh học Trường Đại học Cần Thơ.
3.1.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
- Cân điện tử, cân đồng hồ, nhiệt kế, thước dây
- Dụng cụ ủ phân: mê bồ, bạt nylon, tre, thùng tưới
- Các hoá chất, dụng cụ khác cần thiết cho quá trình thí nghiệm
3.1.3 Địa điểm và thời gian thí nghiệm
Từ tháng 6 đến tháng 8 năm 2012, tại xã Vị Thanh, huyện Vị Thủy, tỉnh Hậu Giang, đã tiến hành thí nghiệm quy trình sản xuất phân hữu cơ - vi sinh từ bùn thải ao nuôi cá rô đầu vuông Kết quả của quá trình thử nghiệm này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng bùn thải và phát triển nông nghiệp bền vững trong khu vực.
Phương pháp
3.2.1 Phân tích bùn thải và phân hữu cơ – vi sinh
Phân tích chất lượng bùn hữu cơ, phân hữu cơ và phân hữu cơ vi sinh là một quy trình quan trọng, sử dụng các phương pháp phổ biến để đánh giá các chỉ tiêu như độ pH, độ ẩm, hàm lượng carbon tổng số (C), hàm lượng nitơ tổng số (N), hàm lượng photpho dễ tiêu (P) và hàm lượng kali trao đổi (K) Đồng thời, việc xác định số lượng vi sinh vật hữu hiệu cũng là một yếu tố thiết yếu trong việc đánh giá chất lượng của các loại phân bón này.
Để thu mẫu bùn trước khi làm phân, cần lấy mẫu ngẫu nhiên từ các điểm trên bề mặt và ở độ sâu 20 cm dưới bề mặt bùn Sau đó, trộn đều các mẫu lại với nhau, để chúng khô tự nhiên và nghiền nhuyễn nhằm phục vụ cho việc phân tích các chỉ tiêu cần thiết.
Để lấy mẫu phân hữu cơ, cần thực hiện việc lấy ngẫu nhiên từ tất cả các điểm trong đống ủ phân Sau đó, trộn các mẫu lại với nhau, mỗi nghiệm thức sẽ lấy một mẫu riêng Các mẫu này cần được để khô tự nhiên và nghiền nhuyễn để phục vụ cho việc phân tích các chỉ tiêu.
Mẫu phân hữu cơ – vi sinh được lấy ngẫu nhiên từ tất cả các điểm trong đống ủ, sau đó trộn các mẫu nhỏ thành một mẫu duy nhất Mẫu này sẽ được để khô tự nhiên và nghiền nhuyễn để phục vụ cho việc phân tích các chỉ tiêu chất lượng.
Các chỉ tiêu phân tích nhƣ sau:
Phương pháp: cân chính xác 1g mẫu mịn khô, cho vào ống nghiệm, thêm 15 ml nước cất Lắc xoáy bằng tay cho phân tán mẫu, tiếp tục lắc trên máy
Để đo pH của dung dịch huyền phù, hãy để yên trong 20 phút sau khi khuấy đều trong 5 phút Đặt đầu điện cực ở vị trí trung tâm và giữa độ sâu của dung dịch Đọc số đo sau khi chỉ số ổn định trong khoảng 30 giây.
+ Phân tích đạm tổng số bằng phương pháp micro-Kjedahl
Khi đun mẫu vật chứa nitơ trong H2SO4 đậm đặc với chất xúc tác thích hợp, tất cả các hợp chất hữu cơ sẽ bị oxy hóa, tạo ra CO2 và H2O từ carbon và hydro Nitơ được phóng thích dưới dạng NH3 và phản ứng với H2SO4 để hình thành muối (NH4)2SO4 tan trong dung dịch.
The process involves distilling and removing nitrogen from the solution of ammonium sulfate ((NH4)2SO4) as ammonia (NH3) using sodium hydroxide (NaOH) The released ammonia is then absorbed in boric acid solution (H3BO3) with a color indicator, a mixture of bromothymol blue and methyl red, resulting in the formation of ammonium tetraborate salt.
(NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O
Sau đó định phân lượng nitơ trong dung dịch (NH 4 ) 2 B 4 O 7 bằng dung dịch acid mạnh H 2 SO 4 0,05N (chuẩn) đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu đỏ nâu
(NH 4 ) 2 B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O → (NH 4 ) 2 SO 4 + 4H 3 BO 3
Cho 0,5 ml mẫu, 5 ml H2SO4 đậm đặc và 0,5 g chất xúc tác vào bình Kjeldahl Rửa bình bằng nước cất và đun trong tủ hút độc cho đến khi dung dịch trở nên trong suốt hoặc có màu xanh lơ Để nguội và thêm một ít nước cất; nếu dung dịch vẫn trong suốt hoặc có màu xanh lơ của CuSO4, mẫu đã được vô cơ hóa hoàn toàn Nếu dung dịch có hạt màu đen, tiếp tục đun.
Song song với mẫu thử thật ta tiến hành mẫu thử không (thay lượng mẫu bằng lượng nước cất) để loại trừ sai số
Cho dung dịch đã vô cơ hoá vào bình cầu của hệ thống chưng cất đạm, sau đó tráng bình Kjeldahl ba lần bằng nước cất Thêm dung dịch NaOH 10N vào bình cầu để trung hòa dung dịch vô cơ hóa, quan sát sự chuyển màu từ trong suốt sang xanh của CuSO4 và cuối cùng là màu xám (khoảng 25ml) Tiếp tục chưng cất để tạo ra hơi nước và NH3, dẫn vào cốc chứa 30ml dung dịch acid boric Hứng khoảng 100ml dung dịch có màu xanh nước biển; kiểm tra bằng giấy quỳ: nếu giấy quỳ chuyển sang màu xanh, chứng tỏ còn NH3 và quá trình chưng cất chưa kết thúc, ngược lại, nếu giấy quỳ không đổi màu, quá trình chưng cất đã hoàn tất.
Sau khi chưng cất đạm, dung dịch thu được có màu xanh nước biển Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,1N cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu đỏ nâu Kết thúc quá trình chuẩn độ khi màu sắc thay đổi và ghi lại số ml dung dịch H2SO4 0,05N đã sử dụng.
V: Số ml H 2 SO 4 0,05N dùng chuẩn độ mẫu
V 0 : Số ml H 2 SO 4 0,05N dùng chuẩn độ mẫu thử không
0,0014: Số gram nitơ tương ứng với 1ml H 2 SO 4 0,1N m: Số ml mẫu (mẫu nước) hay số gram mẫu (mẫu khô) đem phân tích
1000: Hệ số quy đổi từ ml sang lít hay từ gram sang kg
+ Phân tích hàm lượng lân dễ tiêu bằng phương pháp Oniani
Để tiến hành phân tích, đầu tiên cân chính xác 1 g đất vào ống ly tâm 50 ml, sau đó thêm 25 ml H2SO4 0,1N và lắc đều trong 1 phút Tiếp theo, lọc dung dịch và cho vào chai đựng mẫu Sử dụng pipet để hút từ 1-5 ml dung dịch trích và cho vào bình 50 ml, thêm 20 ml nước cất và 3 giọt phenolphthalein Dùng NaOH 10% nhỏ từng giọt và lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt, sau đó thêm 1-2 giọt H2SO4 5% và lắc đều cho đến khi mất màu Tiếp theo, thêm 8 ml dung dịch B để làm hiện màu, thêm nước cất đến vạch và lắc đều, để yên trong 10-20 phút rồi đo trên máy so màu ở bước sóng 880 nm Đường chuẩn được tạo ra từ dung dịch chuẩn 0,01 mg/ml P2O5 bằng cách hút 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml, và 5 ml vào bình định mức 50 ml, thêm 20 ml nước cất và tiến hành đo trên máy so màu tương tự như dung dịch trích.
Cách tính kết quả: P 2 O 5 (mg/100g đất) 1
A(g): số P2O5 tìm đo trên đồ thị
V (ml): thể tích dung dịch trích lân dễ tiêu trong đất
100: hệ số chuyển từ (g) sang 100(g) đất
V 1 (ml): thể tích hút dung dịch trích đem so màu
K: hệ số khô kiệt của đất m (g): khối lượng đất phân tích
+ Phân tích hàm lượng chất hữu cơ bằng phương pháp chuẩn độ của Walkley- Black
Để thực hiện phương pháp này, trước tiên cần cân chính xác 1 g đất và cho vào bình tam giác đã rửa sạch Tiếp theo, thêm 10 ml K2Cr2O7 và 15 ml H2SO4 vào bình, sau đó lắc nhẹ để trộn đều đất và hóa chất Để hỗn hợp yên trong 20-30 phút, rồi thêm 100 ml nước cất Ngay khi bắt đầu quá trình chuẩn độ, thêm 10 ml H3PO4 và 1 ml chỉ thị màu.
Chuẩn độ bằng FeSO4 1N cho đến khi dung dịch chuyển từ màu tím đậm sang màu xanh rêu, tại thời điểm này phản ứng được coi là kết thúc Ghi lại thể tích dung dịch trên ống chuẩn độ.
Mẫu đối chứng: Tất cả làm như thao tác mẫu thật nhưng không có mẫu đất (mẫu Blank)
Cách tính kết quả: CHC% M f N
V 0 (ml): thể tích của FeSO 4 khi chuẩn độ mẫu Blank
V (ml): thể tích của FeSO 4 khi chuẩn độ mẫu đất
+ Phân tích K trao đổi bằng AMONIUM ACETATE 1N (theo nguyên lý của phương pháp áp dụng bởi North Central Regional Committee, USA Trích dẫn của Carson (1980))
Để xác định hàm lượng K trong mẫu đất, cân 1 g đất và cho vào ống ly tâm 50 ml, sau đó thêm 10 ml NH4OH và lắc trong 1 giờ Tiến hành ly tâm và lọc dung dịch nước trích vào bình chứa mẫu 25 ml Chuẩn bị mẫu Blank tương tự nhưng không có đất Đo hàm lượng K bằng phương pháp quang kế phát xạ ngọn lửa hoặc hấp thu nguyên tử Hút 2 ml dung dịch trích cho vào ống nghiệm 15 ml, thêm 1 ml dung dịch Cesium Chloride đã acid hóa và 7 ml nước, sau đó lắc đều Cuối cùng, đo trên máy hấp thu nguyên tử với độ dài sóng 766 nm và thực hiện tương tự cho mẫu Blank.
Các tính kết quả: K trao đổi (meq/100g đất) 39
W hspl V b a a: nồng độ K trong mẫu thật (mg/l) b: nồng độ K trong mẫu Flank (mg/l)
V: thể tích mẫu trích (ml)
Hspl: hệ số pha loãng
+ Phương pháp đo độ ẩm:
Nguyên lý xác định độ ẩm dựa trên việc sấy mẫu có khối lượng khoảng 5 – 10 g cho đến khi nước hoàn toàn bay hơi Kết quả độ ẩm được tính bằng cách lấy sự chênh lệch khối lượng trước và sau khi sấy, nhân với 100% (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, 1998)
Xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm Statgraphics Plus v4.0 để thực hiện phân tích phương sai (ANOVA) nhằm so sánh các trung bình Phương pháp kiểm định LSD được áp dụng để xác định sự khác biệt trung bình giữa các nghiệm thức.
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Thí nghiệm sản xuất phân hữu cơ – vi sinh
4.2.1 Thí nghi ệm xác định tỷ lệ phối trộn nguyên liệu a) Sự biến đổi về thể tích
Hình 6: Sự thay đổi thể tích của đống phân ủ theo thời gian
Sau 35 ngày ủ phân, chiều cao của khối phân ủ ở tất cả các nghiệm thức đều giảm, với tỷ lệ giảm nhiều nhất ở nghiệm thức 1 là 66%, tiếp theo là nghiệm thức 2 với 57% và nghiệm thức 3 với 45% Nguyên nhân của sự giảm này là do sự khác biệt trong tỷ lệ phối trộn giữa nguyên liệu và bùn Sự sụt giảm thể tích tỷ lệ thuận với lượng xác bã thực vật và tỷ lệ nghịch với lượng bùn đáy ao; cụ thể, lượng bùn đáy ao cao hơn thì tỷ lệ sụt giảm thể tích sẽ thấp hơn.
Chiều cao của các đống phân ủ ở các nghiệm thức đối chứng giảm, nhưng tỷ lệ giảm thấp hơn so với các nghiệm thức có chủng nấm Trichoderma sp Điều này cho thấy hoạt động của nấm Trichoderma sp giúp phân hủy cellulose trong rơm rạ hiệu quả hơn so với vi sinh vật tự nhiên có sẵn trong nguyên liệu.
- Đối chứng nghiệm thức 1: 2 kg bùn ao + 8 kg rơm
- Đối chứng nghiệm thức 2: 3 kg bùn đáy ao
- Đối chứng nghiệm thức 3: 4 kg bùn đáy ao
- Nghiệm thức 1: 2 k g bùn ao + 8 k g rơm + nấm Trichoderma sp 20g/m 3
- Nghiệm thức 2: 3 k g bùn đáy ao + 7 k g rơm + nấm Trichoderma sp 20g/m 3
Nghiệm thức 3 cho thấy sự kết hợp 4 kg bùn đáy ao, 6 kg rơm và 20g nấm Trichoderma sp một lần nữa khẳng định vai trò quan trọng của nấm Trichoderma sp trong quá trình ủ phân hữu cơ, đặc biệt trong việc phân hủy cellulose có trong rơm rạ Sự biến đổi về nhiệt độ cũng là một yếu tố cần được xem xét trong quá trình này.
Trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ của đống phân ủ dao động từ 29°C đến 68°C, với mức cao nhất ghi nhận từ ngày 2 đến ngày 11 Ở giai đoạn đầu, nhiệt độ các nghiệm thức tăng cao hơn so với nghiệm thức đối chứng, cho thấy hoạt động của nấm Trichoderma sp thúc đẩy quá trình phân hủy diễn ra nhanh chóng Sự gia tăng nhiệt độ này không chỉ tiêu diệt mầm bệnh và cỏ dại trong nguyên liệu mà còn rút ngắn thời gian ủ phân, nâng cao chất lượng phân hữu cơ Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng có thể dẫn đến mất mát đạm trong phân.
Hình 7: Sự thay đổi nhiệt độ của đống phân ủ theo thời gian
- NT1 đối chứng: 2 kg bùn ao + 8 kg rơm
- NT2 đối chứng: 3 kg bùn đáy ao + 7 kg rơm
- NT3 đối chứng: 4 kg bùn đáy ao + 6 kg
- NT1: Nghiệm thức 1: 2 k g bùn ao + 8 k g rơm + nấm Trichoderma sp 20g/m 3
- NT2: Nghiệm thức 2: 3 k g bùn đáy ao + 7 k g rơm + nấm Trichoderma sp 20g/m 3
- NT3: Nghiệm thức 3: 4 k g bùn đáy ao + 6 k g rơm + nấm Trichoderma sp 20g/m
Trong quá trình ủ phân, việc đảo trộn đống ủ được thực hiện vào ngày thứ 16 Sau khi trộn, nhiệt độ đống ủ phân có sự giảm nhẹ, nhưng sau đó lại tăng lên và dao động trong khoảng 49°C đến 55°C, tuy nhiên, mức nhiệt này thấp hơn so với giai đoạn tăng nhiệt trước khi đảo trộn.
Trong quá trình ủ phân, nhiệt độ ổn định dao động từ 90°C đến 130°C cho đến khi hoàn tất, trong khi các đống ủ phân đối chứng chỉ có sự biến thiên nhiệt độ từ 30°C đến 39°C Sự không tăng nhiệt độ trong quá trình ủ là do hoạt động yếu của vi sinh vật hiếu khí có trong nguyên liệu và kích thước nhỏ của đống ủ, dẫn đến tình trạng mất nhiệt.
Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ của các nghiệm thức phối trộn giữa rơm, bã bùn mía và dung dịch hầm ủ biogas đạt từ 66,78 °C đến 71,70 °C, phù hợp với kết quả của Lê Thị Thanh Chi (2008) Điều này cũng đồng nhất với lý thuyết của Misra et al (2003), cho rằng nhiệt độ lý tưởng cho quá trình ủ phân hữu cơ là rất quan trọng.
50 0 C – 70 0 C c) Xác định tỷ lệ phối trộn nguyên liệu
Sau 35 ngày ủ, tiến hành lấy mẫu ở mỗi nghiệm thức thí nghiệm và đối chứng để phân tích các chỉ tiêu về chất lượng phân, kết quả như sau:
Bảng 5: Kết quả phân tích chất lƣợng phân hữu cơ (qui về trọng lƣợng khô kiệt)
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính
CV(%) Tiêu chuẩn ngành (*) Đối chứng
Nguồn: phân tích tại phòng thí nghiệm Vi sinh vật môi trường và Trung tâm ứng dụng khoa học và công nghệ Cần Thơ
(*) T iêu chuẩn ngành 10 TCN 526 – 2002 ban hành theo quyết định số: 38/2002/QĐ-BNN ngày
16/5/2002 của Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn
Chất lượng phân sau khi ủ ở các mẫu thí nghiệm và đối chứng đã cải thiện rõ rệt, với hàm lượng C – tổng của nghiệm thức 1 và đối chứng nghiệm thức 1 cao hơn các nghiệm thức khác Tỷ lệ % carbon ở đối chứng của nghiệm thức 1 và nghiệm thức 1 lần lượt đạt 27,16% và 29,47% Biểu đồ cho thấy tỷ lệ cacbon ở nghiệm thức 1 là cao nhất và khác biệt so với nghiệm thức 2 và 3 Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Misra et al (2003), cho thấy hàm lượng C – tổng tỷ lệ thuận với lượng xác bã thực vật trong đống phân ủ.
Hình 8: Hàm lƣợng C – tổng số của các thí nghi ệm ở các nghiệm thức
Sau quá trình ủ phân hữu cơ, chỉ tiêu N – tổng ở các nghiệm thức và mẫu đối chứng đều tăng, cho thấy quá trình này cải thiện tỷ lệ đạm trong phân nhờ vào hoạt động của hệ vi sinh vật có sẵn Nghiệm thức 1 ghi nhận hàm lượng N – tổng cao nhất, đạt 1,16% Hơn nữa, kết quả cho thấy nghiệm thức 2 và 3 không có sự khác biệt có ý nghĩa, trong khi nghiệm thức 1 khác biệt có ý nghĩa so với hai nghiệm thức còn lại.
Hình 9: Hàm lƣợng N – tổng ở các thí nghiệm của các nghiệm thức
Hình 10: Hàm lƣợng P – hữu hiệu ở các mẫu thí nghiệm của các nghiệm thức
Hàm lượng P – hữu hiệu trong các nghiệm thức thí nghiệm đều cao hơn so với các nghiệm thức khác Đặc biệt, nghiệm thức 1 ghi nhận hàm lượng P – hữu hiệu cao nhất, đạt 93,16 mg/100g, cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức.
Hình 11: Hàm lƣợng K – hữu hiệu ở các thí nghiệm của các nghiệm thức
Hàm lượng K – hữu hiệu trong các nghiệm thức thí nghiệm đều cao hơn so với các nghiệm thức khác Đặc biệt, có sự gia tăng đáng kể về hàm lượng K hữu hiệu sau quá trình ủ phân.
- Về chỉ tiêu pH: pH của các nghiệm thức và đối chứng trong khoảng (7,38 – 7,93) và đạt tiêu chuẩn ngành (6,0 – 8,0)
Tỷ lệ C/N của nghiệm thức 1 và đối chứng đạt mức cao nhất lần lượt là 29,10:1 và 25,31:1, trong khi nghiệm thức 2 và đối chứng của nó có tỷ lệ là 23,19:1 và 26,21:1 Những tỷ lệ C/N này được xem là phù hợp cho sự phát triển của vi sinh vật, giúp rút ngắn thời gian phân hủy hoàn toàn của đống ủ phân (Misra et al, 2003; Pace et al, 1995).
Từ kết quả phân tích trên nhận thấy:
Các nghiên cứu cho thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa các nghiệm thức có chủng nấm Tricoderma sp và các nghiệm thức không có chủng nấm này Cụ thể, các nghiệm thức có Tricoderma sp cho kết quả cải thiện đáng kể về thời gian ủ phân, đồng thời làm tăng hàm lượng P hữu hiệu và K hữu hiệu trong đất.
Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu 2 kg bùn đáy ao, 8 kg rơm và 20 g nấm Trichoderma sp cho kết quả cao về các chỉ tiêu pH, C – tổng, vượt trội hơn so với các nghiệm thức khác và đạt tiêu chuẩn ngành Mặc dù các chỉ tiêu P – hữu hiệu, K – hữu hiệu và N – tổng đều cao hơn nhưng vẫn thấp hơn tiêu chuẩn ngành, tỷ lệ C/N của nghiệm thức này (25,41:1) rất thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật Thời gian phân hủy hoàn toàn của đống ủ phân cũng ngắn (35 ngày), cho thấy rằng tỷ lệ phối trộn này là lý tưởng cho quá trình ủ phân hữu cơ.
4.2.2 Quy trình sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ vi sinh
Hình 12: Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rơm và bùn ao nuôi ca rô đầu vuông a) Chuẩn bị nguyên vật liệu
- Xác bã thực vật: rơm để khô
- Bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông được bơm lên ao lắng và để ráo nước
- Chế phẩm Tricô-ĐHCT Pha 20 g trong 20 lít nước, dùng cho 1 m 3 nguyên liệu ủ phân b) Cách tiến hành ủ phân
Để tiến hành phối trộn nguyên liệu, bạn cần 2 kg bùn ao và 8 kg xác bã thực vật, sau đó cho vào dụng cụ ủ đặt ở nơi thoáng đãng và cao ráo Tiếp theo, hãy thêm dung dịch chế phẩm Tricô-ĐHCT vào nguyên liệu theo từng lớp và tưới thêm nước nếu độ ẩm chưa đạt khoảng 50 - 60% (bạn có thể kiểm tra bằng cách bóp nhẹ nguyên liệu mà không thấy nước rịn ra).
- Trong thời gian ủ phải đảo trộn ở 1 – 2 lần sau khi ủ được 2 tuần và lưu ý giữ ẩm cho đống phân ủ
Đánh giá chất lượng phân hữu cơ – vi sinh
Nguyên liệu từ xác bã thực vật, bao gồm rơm rạ và bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông, có thể được sử dụng để sản xuất phân hữu cơ – vi sinh Phân này được bổ sung vi sinh vật phân hủy cellulose, cụ thể là Trichoderma sp., nhằm tăng cường hiệu quả phân hủy và cải thiện chất lượng phân bón.
- Tỷ lệ phối trộn nguyên vật liệu ủ phân hữu cơ thích hợp trong thí nghiệm này là
2 kg bùn đáy ao nuôi cá rô phối trộn với 8 kg rơm rạ
Quy trình sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ – vi sinh đã được triển khai, sử dụng xác bã thực vật và bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông thâm canh Phương pháp này dựa trên quá trình ủ hiếu khí và có sự bổ sung vi sinh vật phân hủy cellulose, cụ thể là Trichoderma sp.
Chất lượng phân hữu cơ – vi sinh trong đề tài được đánh giá qua các chỉ tiêu pH, carbon tổng và mật số vi sinh vật hữu hiệu, bao gồm vi khuẩn cố định đạm và vi khuẩn hòa tan lân, đều đạt tiêu chuẩn ngành Tuy nhiên, các chỉ tiêu khác như nitơ tổng số, lân hữu hiệu và kali hữu hiệu không đạt yêu cầu của ngành.
Tiếp tục nghiên cứu quy trình sản xuất phân hữu cơ – vi sinh từ bùn ao cá rô đầu vuông với các tỷ lệ khác nhau để xác định tỷ lệ tối ưu nhất cho hiệu quả sử dụng.
Nghiên cứu này tập trung vào việc sản xuất phân hữu cơ – vi sinh từ bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông kết hợp với các loại xác bã thực vật khác nhau Mục tiêu là tận dụng tối đa phế phẩm và phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân hữu cơ – vi sinh, phục vụ cho nhu cầu sản xuất nông nghiệp bền vững.
Khảo nghiệm hiệu quả của phân hữu cơ – vi sinh được sản xuất từ xác bã thực vật và bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông thâm canh đã cho thấy những kết quả tích cực trên nhiều loại cây trồng Việc sử dụng nguồn phân bón này không chỉ cải thiện năng suất cây trồng mà còn nâng cao chất lượng đất, góp phần vào sự phát triển bền vững trong nông nghiệp Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc tái sử dụng chất thải nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Phân lập các chủng vi sinh vật hữu ích từ bùn đáy ao nuôi cá rô đầu vuông như vi sinh vật phân hủy cellulose, lignin, cố định đạm và hòa tan lân nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm phân hữu cơ – vi sinh.
