Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas để canh tác hoa màu (research on using effluent from biogas digester growing cash crop)

TRƯỜNGĐẠI HỌCCẦNTHƠ KHOAMÔITRƯỜNGVÀTÀINGUYÊNTHIÊNNHIÊN NGUYỄNPHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC SAU BIOGASĐỂCANHTÁCHOAMÀU LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨCHUYÊNNGÀNHMÔITRƯỜNGĐẤTVÀNƯỚC 2021 TRƯỜNGĐẠI HỌCCẦNTHƠ KHOAMÔITRƯỜNGVÀTÀINGUYÊNTHIÊNNHIÊN LUẬNÁNTỐT NGHIỆPTIẾNSĨ CHUYÊNNGÀNHMÔI TRƯỜNGĐẤTVÀNƯỚC Mãngành:62440303 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC SAU BIOGASĐỂCANHTÁCHOAMÀU NGUYỄN PHƯƠNG THẢOMSNCS:P0714005 CÁN BỘ HƯỚNG DẪNPGS.TS.BÙITHỊNGA LỜI CẢMTẠ Để hoàn thành đƣợc luận án này, ngồi nỗ lực thân tơi đãnhậnđƣợcsựđộngviên,giúpđỡvàhỗtrợrấtqbáucủarấtnhiềucánhânvàđ ơnvị Xinđƣợc bàytỏlòngbiếtơnchânthànhvàsâusắc! Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Bùi Thị Nga quan tâm giúp đỡ, tậntình hƣớng dẫn, cung cấp kiến thức kinh nghiệm làm việc quý báuchoemtrongsuốtthờigianemhọctậpvàthực hiệnđềtài Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý Thầy, Cô, Anh, Chị đãvà công tác Khoa Môi trƣờng Tài nguyên thiên nhiên, Khoa Nôngnghiệp tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích ln giúp đỡemtrongsuốtchặnđƣờnghọctậpvànghiêncứuđầygiannanvàkhónhọc Nghiên cứu sinh chânthành cảm ơn BanG i m H i ệ u , B a n L ã n h đ o Khoa Môi trƣờng Tài nguyên thiên nhiên, Khoa Sau Đại học, Trƣờng ĐạihọcC ầ n T h ; đ ặ c b i ệ t , c h â n t h n h c ả m n P G S T S N g u y ễ n V ă n C n g , PGS.TS Nguyễn XnHồng, CơBùiThị Chuyền hỗ trợ tạođiều kiệnđể thực thủ tục, hồ sơ cần thiết suốt thời gian học tập nghiêncứutạitrƣờng Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Lãnh đạo Phòng Quản lýKhoa học, đồng nghiệp Trƣờng Đại học Cần Thơ, nơi công tác đãhỗtrợvàtạođiềukiệnchotôithamgiahọctậpvànghiêncứutrongthờigianqua Xin gửi lời tri ân đến gia đình Dƣơng Tấn Thành, gia đình anhNguyễn Văn Bình gia đình chị Nguyễn Thị Hồng Ngoan nhiệt tình hỗtrợ,tạođiềukiệntốtchotơitriển khaicácnộidungnghiêncứu Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Châu Minh Khôi, PGS.TS Nguyễn VõChâu Ngân, TS Trần Sỹ Nam, TS Nguyễn Cơng Thuận, ThS Đồn Thị TrúcLinh,T h S H u ỳ n h V ă n T h ả o , b n N g u y ễ n Đ i ề n C h â u , c c e m h ọ c v i ê n c a o họcvàcácemsinhviênđãgiúpđỡtơitrongqtrìnhnghiêncứuvàhồnthànhluậnán Sau xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba, mẹ, em xin cảm ơnchồng thành viên gia đình giúp đỡ, động viên suốt thời gianqua Xinchânthànhcảmơn! Trântrọng, TÓMTẮT Nƣớc sau biogas từ hệ thống túi ủ biogas chứa hàm lƣợng chất hữu cơ,đạm lân cao đƣợc thải thủy vực tiếp nhận nên có nguy gây nhiễmthuỷ vực tiếp nhận; đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng nƣớc sau biogas để canhtáchoamàu”đãđƣợcthựchiệnnhằmtậndụngdinhdƣỡngtừnƣớcsaubiogasthaythếphânhóahọccanhtáchoa màu góp phần hạn chế nhiễm mơi trƣờngchănnivàcảithiệnthunhậpquymơnơnghộ.Nghiêncứuđãđƣợctriểnkhailần lƣợt từ phịng đến thí nghiệm ngồi đồng; kết cho thấy nƣớcsaub io ga s c u n g c ấ p đạ m hữu d ụn g c h o đ ấ t g m đạ m amôn, đạ m n i t r a t ; đ m hữu dụng tăng tỉ lệ thuận với hoạt động vi sinh vật với thể tích nƣớc saubiogas.Trongđấttrồnghoamàutƣớinƣớcsaubiogas,hoạtđộngvisinhvậtđấttƣơng quan thuậnvớihàmlƣợngđạmhữudụngtrongđất.Ởđiềukiệntrồngcây chậu, bắp nghiệm thức tƣới nƣớc sau biogas với tỉ lệ 75%, câyđậubắp100%có tăng trƣởngtƣơngđƣơngvớinghiệmthứcbónphânhóahọc.Đấtcanhtáccâybắp,đậubắpvàdƣaleotại nơnghộcóhàmlƣợngđạmhữudụng cao từ gieo hạt đến hoa, sau giảm dần đến thu hoạch;hàmlƣợngđạmtồndƣtrongđấttƣớinƣớcsaubiogasthấphơnsovớibónphânhóa học Mậtsốvisinhvậtđấttrồngdƣaleotƣớinƣớcsaubiogascaohơnsovới bón phân hóa học từ lúc gieo hạt hoa Sử dụng nƣớc saubiogas canh tác bắp, đậu bắp dƣa leo mang lại lợi ích mơi trƣờng giảmlƣợng nƣớc sau biogas thải thủy vực tiếp nhận lần lƣợt 35, 30,8 20,3L/m 2/vụ, giảm đƣợc 100% lƣợng phân hóa học bón vào đất; hiệu đồng vốncaohơnsovớibónphânhóahọcđốivớicâybắpvàdƣaleo Trồng dƣa leo vớivậtliệuhấpphụnƣớcsaubiogasgiảmđƣợclƣợngnƣớcsaubiogas caohơnsovớiphƣơngpháptƣới,nhƣnghiệuquảđồngvốncógiátrịâm.Tráibắp,đậubắp dƣa leo đạt tiêu chuẩn an tồn thực phẩm hàm lƣợng nitrat,E.colivàcóđộgiịntƣơngđƣơngbónphânhóa học,độngọtcaohơnbónphânhóahọc.Trên sở kết thí nghiệm, hƣớng dẫn sử dụng nƣớc sau biogas canhtác bắp dƣa leo quy mô nông hộ đƣợc xây dựng Trong phạm vi luậnán, cần tiếp tục nghiên cứu đặc tính lý học, chất hữu vi sinh vật chuyểnhóađạmtrongđấtquanhiềuvụtrồng Từ khóa:đạm hữu dụng, hiệu đồng vốn, hoa màu, lợi ích môitrường,nướcsaubiogas,visinhvậtđất ABSTRACT The effluent of biogas digester from the biogas system contains highlevels of organic matter, nitrogen, and phosphorus that have been dischargedinto the receiving water body so there is a risk of pollution of the receivingwater body; therefore, the project "Research on using effluent from biogasdigester growing cash crop" had been conducted to salvage the nutrients of theeffluentfrombiogasdigesterstoreplacechemicalfertilizersforcropcultivation, contribute to limiting the pollution of livestock environment andimprove the household income The research had been carried out in turn onindoor experiments to field experiments; the results showed that the effluent ofbiogas digester provided available nitrogen for the soil including ammoniumnitrogen,nitratenitrogen;availablenitrogenincreasedinproportiontomic roorganism activity and the volume of the effluent In cropland irrigated bythe effluent,soilmicroorganismactivitywaspositivelycorrelatedwiththeavailable nitrogen content in the soil Under potted planting, maize in theeffluent from biogas digester watering treatment at the rate of 75%, okra in100% had the same growth as the chemical fertilization treatment The soilplanting maize, okra, and cucumber in the farm household had high availablenitrogencontentfromseedingtofloweringperiod,andd e c r e a s e d u n t i l harvest; residual nitrogen content in irrigated effluent soil was lower than thatofchemicalfertilizers.Thedensity ofmicroorganisms soilforcucumberswatered effluent was higher than that of chemical fertilizers from sowing toflowering period The environmental benefit of using effluent from biogas inthe cultivation of maize, okra, and cucumber was reducing the amount ofeffluent from biogas discharged into water bodies were 35, 30.8, and 20.3L/m2/crop respectively, reducing 100% of the chemical fertilizer was manuredto the soil, the capital efficiencies were higher than that of chemical fertilizerfor the maize and cucumber planting Growing cucumber withthe biogaseffluent adsorbed material helped to decrease the amount of biogas effluenthigher than the irrigation method, but the capital efficiency was the negativevalue.Maize,okra,andcucumberfruitsreachedfoodsafety standardsofnitrate,E.coliandthe brittlewasequivalenttothechemicalf e r t i l i z e r treatment, sweeter than the chemical fertilizer treatment.Basedontheresultsof the experiments, the instructions for using effluent from biogas digester forcultivating maize and cucumber at the household scale had been developed Inthe scope of the thesis, it is necessary to study on the physical properties,organic matter, and the nitrogen metabolism microorganism in soil over manycrops Keywords:availablenitrogen,capitalefficiency,cashcrop,effluentfrombiogasdig ester, environmentalbenefits,soil microorganisms MỤCLỤC LỜICẢM TẠ……………………………………………….……… TÓMTẮT ……………………………………………….…….……… ABSTRACT…………….…………………………….…… ….…… LỜICAMĐOAN ……………………………………………………… MỤCLỤC……… ……………………………………….…………… DANHSÁCHBẢNG….….…………………………………………… DANHSÁCHHÌNH ….……………………………………………… DANHMỤCTỪ VIẾTTẮT ………………………………….……… Chƣơng1:GIỚITHIỆU………………………………….…… … … 1.1Đặtvấn đề…………………………………………….…… ….… 1.2Mụctiêu nghiêncứu……………………… …………………… 1.3Nộidungnghiêncứu………………………… ………… ….…… 1.4Đốitƣợngvàphạmvinghiêncứu……………………………… … 1.5Ýnghĩacủa luậnán………………………………………………… 1.6Điểmmớicủaluận án……………………………………… … … Chƣơng2:TỔNGQUANTÀILIỆU………………………………… 2.1Tổngquanvềbiogasvàcôngnghệbiogas………………… ……… 2.1.1Biogas………………………………….………………… …… 2.1.2Hầmủbiogas …………………………………………… ……… 2.1.3Túiủ biogas…………………………………………….…… … 2.1.4Chất thảisau biogas(chấtthảibiogas) ……………… ………… 2.1.5Nƣớcsaubiogas(nƣớcthảibiogas)………………………… … 2.1.6T h ự c t r n g v ề s d ụ n g n ƣ c s a u b i o g a s t r ê n đ ị a b n t h n h p h ố CầnThơ …………………………………………………………… … 2.2.Cácnghiêncứusửdụngnƣớcsaubiogas ………………………… 2.2.1Sửdụngnƣớcsaubiogastƣớichohoamàu………………… … 2.2.2Sửdụngvậtliệuhấpphụnƣớcsaubiogastrồnghoamàu……… 2.3Tổngquanvềđạmtrongcâyvàtrongđất…………………….…… 2.3.1Đạmtrongcây………………………….…………………….…… 2.3.2Đạmtrongđất……………………………………………….….… 2.4Tổngquanvềcâybắp,đậubắpvàdƣaleo ………………………… 2.4.1Câybắp………………………………………………….……… 2.4.2Câyđậubắp…………………………………………………… 2.4.3Câydƣaleo……………………………………………………… Chƣơng3:PHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU…………… …………… 3.1Địađiểmvàthờigiannghiêncứu………………… 3.2Phƣơngtiệnthínghiệm…………………………………………… 3.2.1Nƣớcsaubiogaschothínghiệm………………………………… 3.2.2Nƣớckênhtƣớichohoamàu………………………….………… 3.2.3Đấtthínghiệm …………………………………………………… 3.2.4Phân hóahọcsửdụngchothínghiệm ………….…….………… 3.2.5Xỉthantổong…………………………………………………… 3.2.6Cácgiốngcâytrồngsửdụngchothínghiệm…………… ……… 3.3Phƣơngphápnghiêncứu…………………………………………… i ii iii iv v viii x xii 1 3 5 5 11 17 17 18 19 19 20 22 23 28 31 39 39 39 39 40 41 42 42 43 44 3.3.1 Nộidung1:Nghiêncứukhảnăngcungcấpđạmhữudụng,hoạtđ ộngcủavisinhvậtđấtcủanƣớcsaubiogasvàđánhgiátăngtrƣởng củacâybắp,câyđậubắptrồngtrong chậu………………….………… 44 3.3.2 Nội dung 2: Nghiên cứu diễn biến đạm hữu dụng, vi sinh vật trongđấtvànăngsuấttrồngcâybắp,câyđậubắp,câydƣaleotƣớinƣớcsau biogastrongđiềukiện ngồiđồng…………………….……………… 50 3.3.3 Nộidung3:Đánhgiáhiệuquảmơitrƣờng,hiệuquảkinhtếvàđề xuấthƣớngdẫnsửdụngnƣớcsaubiogascanhtáchoamàu…… …… 55 3.4Phƣơngphápthumẫu 61 3.4.1 Mẫu nƣớc .61 3.4.2 Mẫu đất 61 3.4.3 Mẫu trái 61 3.5Phƣơngphápphântíchmẫu……………………………………… 62 3.5.1Mẫunƣớc 62 3.5.2Mẫu đất 62 3.5.3Phƣơngphápxácđịnhcácchỉ tiêucủacâytrồng……………… 63 3.6Phƣơngpháptínhtốn……………………………………………… 64 3.6.1 Lƣợngđạmcungcấpchođất…………………………………… 64 3.6.2 Lƣợngphânhóahọcđƣợcsửdụngchocâytrồngtrongchậu…… 64 3.6.3 Thểtíchnƣớcsaubiogasđƣợcsửdụngchocâytheolƣợngphân Nhóahọc…………………………………………………………… … 64 3.6.4 Lƣợngxỉthantổongđƣợcsửdụngđểhấpphụnƣớcsaubiogas 65 3.6.5 Thểtíchnƣớcsaubiogasđƣợcsửdụngđểtrồngcâyvớixỉthantổ ong 65 3.6.6 Lƣợngchấtônhiễmgiảmđƣợckhicanhtáchoamàutrênmỗivụ 65 3.6.7 Tổng chiphí,tổngthu,lợinhuận,hiệuquảđồngvốn 66 3.7Phƣơngphápxửlýsốliệu………………………………………… 66 Chƣơng4:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN…………………………… 67 4.1 Khảnăngcungcấpđạmhữu dụng,hoạt động củavi sinhvật đấtcủanƣớcsaubiogasvàtăngtrƣởngcủacâybắp,câyđậubắptrồngt rong chậu…………………………………………………………………… 67 4.1.1 Khảnăngcungcấpđạm hữudụngvàtƣơngquangiữahàm lƣợng đạmvớivisinhvậtđấtđƣợcbổsungnƣớcsaubiogas………………… 67 4.1.2 Tăng trƣởngcủacâybắp,câyđậu bắpđƣợctrồngtrongchậu điều kiệnngoài đồng………………………………… …….……………… 75 4.2 Diễnbiếnđạmhữudụng, vis i nh vậttrong đất nă ng suấtt rồ ng câybắp,câyđậubắp,câydƣaleotƣớinƣớcsaubiogastrongđiềukiện ngoàiđồng…… ……………… ………………………… ………… 79 4.2.1 Diễnbiếnhàmlƣợngđạmhữudụngtrongđấtvànăngsuấttrồng câybắpvàcâyđậubắptƣớinƣớcsaubiogastrongđiềukiệnngoàiđồng 79 4.2.2 Diễnbiếnhàmlƣợngđạmhữudụng,visinhvậttrongđấtvànăng suấttrồngcâydƣaleotƣớinƣớcsaubiogastrongđiềukiệnngồiđồng 91 4.3 Hiệuquảmơitrƣờng,hiệuquảkinhtếvàhƣớngdẫnsửdụngnƣớc saubiogascanh táchoa màu 100 4.3.1 Năng suấtcâybắp,đậubắpvàdƣaleoquymônônghộ .100 4.3.2 Hiệu quảmôitrƣờngvàhiệuquảkinhtế 104 4.3.3.Hƣớngdẫnsửdụngnƣớcsaubiogascanhtáchoamàu .111 Chƣơng5:KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ…………………… ……… 116 5.1 Kếtluận 116 5.2 Kiếnnghị 116 TÀILIỆUTHAMKHẢO 117 PHỤLỤC1SỐLIỆUTHÍNGHIỆM 127 PHỤLỤC2PHÂNTÍCHTHỐNGKÊ…….……… …… ………… 142 PHỤLỤC3CÁCQUYCHUẨNVÀTHANGĐÁNHGIÁ ……… 163 PHỤLỤC4HÌNHẢNHTHÍNGHIỆM………………… ………… 167 DANHSÁCHBẢNG Bảng2.1:Cácchỉsốchấtlƣợngnƣớcsaubiogasđãđƣợcnghiêncứu… Bảng2.2:Hàmlƣợngmộtsốkimloạinặngtrongnƣớcsaubiogas… 10 Bảng2.3:Hàmlƣợngcáckhốngchấttrongnƣớcsaubiogas(mg/L) 10 Bảng2.4:Tỷ lệhộdânnhậnđịnhc c l ý d o k h ô n g s d ụ n g n ƣ c s a u biogas…………………………………………………………………… 14 Bảng2.5:Nhucầudinhdƣỡngcủacâybắptrongthờikỳsinhtrƣởng… 26 Bảng3.1:Chấtlƣợngnƣớcsaubiogastạicácđiểmthínghiệm……… 40 Bảng3.2:Chấtlƣợngnƣớckênhtạicácđiểmthínghiệm………… … 41 Bảng3.3:Đ ặ c tínhđấttạicácđiểmthínghiệm………………… … 41 Bảng3.4:Thànhphần hóahọccủathantổong.……………………… 42 Bảng3.5:Thểtíchnƣớccầnbổsungvàođấtđểđạtẩmđộ60% 45 Bảng3.6:Thểtíchnƣớcsaubiogasvànƣớckhửkhốngbổsungcho cácnghiệmthức………………………………………………….……… 45 Bảng3.7:Lƣợngphânhóahọcsửdụngchocâybắptrồngtrongchậu… 47 Bảng3.8:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâybắptrồngtrongchậu… 48 Bảng3 : L ƣ ợ n g p h â n h ó a h ọ c s d ụ n g c h o c â y đ ậ u b ắ p t r n g t r o n g chậu 49 Bảng3 0: L ƣ ợ n g n ƣ c s a u b i o g a s t ƣ i c h o c â y đậub ắ p t r n g t r o n g chậu………………………………………………… ………………… 49 Bảng3.11: Lƣ ợ ngphâ n hóa h ọc s ửd ụ n g c h o c â y bắptrong điều ki ệ n ngoàiđồng……………………………………………………………… 51 Bảng3 : L ƣ ợ n g n ƣ c s a u b i o g a s t ƣ i c h o c â y bắ p t r o n g đ i ề u k i ệ n ngoàiđồng……………………………………………………………… 51 Bảng3 : L ƣ ợ n g p h â n h ó a h ọ c s d ụ n g c h o c â y đậ u b ắ p t r o n g đ i ề u kiệnngoài đồng…………………….……………………… ………… 52 Bảng3.14:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâyđậubắptrongđiềukiện ngoàiđồng…… …… …………………….…………………………… 53 Bảng3 : L ƣ ợ n g p h â n h ó a h ọ c s d ụ n g c h o c â y d ƣ a l e o t r o n g đ i ề u kiệnngoài đồng ………… …………… ……………………………… 54 Bảng3.16:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâydƣaleotrongđiềukiện ngồiđồng……………………………………….………….…… …… 55 Bảng3.17:Cácnghiệmthứcthínghiệmtrồngcâytƣớinƣớcsaubiogas quymônônghộ………………………………………………………… 56 Bảng3.18:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâybắpquymônônghộ 56 Bảng3.19:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâyđậubắpquymônông hộ 57 Bảng3.20:Lƣợngnƣớcsaubiogastƣớichocâydƣaleoquymônông hộ 58 Bảng3.21:Lƣợngphânhóahọcsửdụngchocâydƣaleoquymơnơng hộ……………… ……………………………… …………………… 58 Bảng3.22:Lƣợngnƣớcsaubiogasvàxỉthantổongchomỗimétvng đấttrồngdƣaleoquymơnơnghộ………………………….…………… 60 Bảng3.23:Lƣợngphânhóahọcbónkếthợpvớixỉthantổonghấpphụ