Đánh giá hiệu quả của COMPOST ủ từ xơ dừa và phân bò bổ sung chế phẩm BIOF trên cây cà chua

Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lýchất thải là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, có hai phương pháp phânhủy sinh học của chất thải hữu cơ là chế biến compost hiếu khí

B GIÁO D C VÀ ÀO T O Ộ Ụ Đ Ạ

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành : CƠNG NGH SINH H C Ệ Ọ

Mã ngành : 111

GVHD: ThS.V H I Y N Ũ Ả Ế

MSSV: 105111024

Tp H Chí Minh, tháng 07 n m 2009 ồ ă

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay môi trường đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, trong đó có rất nhiềunguyên nhân đến từ nước, khí thải, chất thải rắn Trong đó, ô nhiễm từ chất thảirắn là một nguồn thải gây tác động lớn đến môi trường trong thời gian qua Chấtthải ra không được xử lý an toàn đã tích tụ lâu dài trong môi trường, gây ô nhiễmđất, nước mặt, nước ngầm và không khí, ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và ảnhhưởng trực tiếp đến sức khỏe Lượng chất thải rắn của Việt Nam sẽ tăng từ 24 -30% tương đương 45 triệu tấn rác/năm Trong đó, 98% chất thải rắn hiện nayđược xử lý bằng phương pháp chôn lấp Qua quáù trình vận hành, chôn lấp đã bộclộ nhiều nhược điểm như tốn kém diện tích, chi phí cao,… đồng thời gây ra tácđộng đến môi trường thông qua lượng khí thải, nước rỉ rác và gây ảnh hưởngnghiêm trọng đến mỹ quan đô thị Điều đó đòi hỏi thành phố phải có hướng côngnghệ tích cực hơn Mặt khác, là một nước có đến 80% dân số tham gia sản xuấtnông nghiệp, mỗi năm phải sử dụng 8 triệu tấn phân hữu cơ trong đó phải nhập từnước ngoài khoảng 50% Trong khi đó thì chất thải rắn có thể tái sử dụng được đểsản xuất phân hữu cơ (Compost) Quá trình chế biến Compost lại đơn giản vớivốn đầu tư vừa phải và sản phẩm của quá trình là phân bón Chính vì vậy, hướngnghiên cứu này đã được Thành phố hướng đến trong thế kỷ này

Nhiều đề tài đã thực hiện nhằm mục đích tạo ra sản phẩm compost, nhưngchưa nhiều đề tài thực hiện việc đánh giá hiệu quả của compost trên cây trồng.Trong các đề tài đã thực hiện, đa phần sản phẩm compost tạo ra đã được ứngdụng trên cây công nghiệp lâu năm như cà phê, cao su… nhưng lại chưa được thửnghiem trên cây nông nghiệp ngắn ngày Đề tài đã chọn cây cà chua làm đối

tượng để nghiên cứu, vì cà chua là loại rau ăn trái rất được ưa thích có phẩm chấtngon và chế biến được nhiều cách, còn cho năng suất cao, mang lại lợi nhuận caocho nhà nông

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, việc thu gom vận chuyển và xử lý chất thải rắn (CTR) đang làvấn đề mang tính cấp bách và nan giải đối với nhiều địa phương trong cả nước.CTR và các vấn đề liên quan hiện nay không chỉ là điểm nóng trong các cuộc hộihọp, hội thảo của các cấp lãnh đạo mà còn là vấn đề “cơm bữa” của các tầng lớpxã hội

Từ năm 1990 đến nay, cùng với sự tăng trưởng kinh tế, đời sống của ngườidân ngày càng được nâng cao, vì thế lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh ngàycàng lớn, tại thành phố Hồ Chí Minh khối lượng chất thải rắn sinh hoạt đã vượtkhỏi con số một triệu tấn năm, những câu chuyện về rác và những hệ lụy môitrường từ rác đang “nóng lên” trong những năm gần đây Với khối lượng 7.000tấn chất thải rắn sinh hoạt phát sinh mỗi ngày, phương pháp xử lý duy nhất làchôn lấp, thành phố có 3 bãi chôn lấp (BCL) hợp vệ sinh, BCL Gò Cát, PhướcHiệp 1 và Phước Hiệp 1A (mới đi vào hoạt động) Cho đến nay, tổng khối lượngrác đã được chôn lấp tại 2 BCL Gò Cát và Phước Hiệp 1 đã lên đến con số7.900.000 tấn, trong đó Gò Cát là 4.600.000 tấn, và Phước Hiệp 1 là 3.300.000tấn Và sự quá tải đó đã dẫn đến những hậu quả về mặt môi trường, như mùi hôinồng nặc phát sinh từ các BCL đã phát tán hàng kilômét vào khu vực dân cư xungquanh và một vấn đề nghiêm trọng nửa là sự tồn đọng của hàng trăm ngàn métkhối nước rác tại các BCL và cùng với lượng nước rỉ rác phát sinh thêm mỗi ngàykhoảng 1.000 - 1.500 m3 tại các BCL thì nuớc rỉ rác đang là nguồn hiểm họa ngầm

đối với môi trường (Báo cáo “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả và giảm chi phí xử lý nước rỉ rác”, CENTEMA, 2007.). Đây là kết quả của việc phân hủy tự nhiên cácchất hữu cơ có trong rác thải Vấn đề đặt ra hiện nay là phải có biện pháp xử lý

rác thải hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng rác thải thành cácsản phẩm có giá trị kinh tế Biện pháp được ưu tiên hàng đầu hiện nay để xử lýchất thải là sử dụng phương pháp phân hủy sinh học, có hai phương pháp phânhủy sinh học của chất thải hữu cơ là chế biến compost hiếu khí và phân hủy kỵkhí, trong đó chế biến compost hiếu khí ít tốn kém, sản phẩm của quá trình làcompost có thể làm phân bón Bên cạnh đó, nhiệt độ cao trong hệ thống có thểcho phép loại được các mầm bệnh, do đó quá trình làm compost được đánh giá là

ít ảnh hưởng môi trường và nhất là phù hợp với các qui luật tự nhiên, có thể tái sửdụng để làm phân bón cho nông nghiệp

Việt Nam là nước nông nghiệp với hơn 80% dân số tham gia sản xuất nôngnghiệp, nhu cầu sử dụng phân bón khoảng 5,2 triệu tấn hàng năm Các loại phânbón được tiêu thụ trên thị trường Việt Nam hiện nay chủ yếu là phân hóa học.Trong khi đó, nguyên liệu để sản xuất phân hữu cơ từ CTR không bị động về mặtgiá thị trường giúp người dân yên tâm hơn trong việc đầu tư lâu dài vào ngànhnông nghiệp

Có nhiều nghiêu cứu đã thực hiện để tạo compost và ứng dụng vào cây côngnghiệp, nhưng chưa ứng dụng trên cây nông nghiệp ngắn ngày, có thời gian sinhtrưởng phát triển ngắn như cây cà chua Chính vì vậy, tác giả đã thực hiện đề tài

“Đánh giá hiệu quả của compost ủ từ xơ dừa và phân bò bổ sung chế phẩm BIO-F trên cây cà chua”, nhằm giải quyết bài toán về tái sử dụng CTR tạo ra nguồn

phân bón và ứng dụng rộng rãi vào sản xuất nông nghiệp

1.2 Mục đích của đề tài

- Tạo được nguồn compost từ xơ dừa và phân bò bổ sung chế phẩm BIO-F.

- Đánh giá hiệu quả của compost thành phẩm trên cây cà chua.

1.3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đồ án được thực hiện với những nội dungchính sau :

Thí nghiệm 1: Tạo ra compost thành phẩm

- Khảo sát quá trình ủ hiếu khí

- Chỉ tiêu theo dõi: khảo sát tốc độ phân hủy của các chất thải thông qua việctheo dõi sự biến thiên của các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, pH, hàm lượng chấthữu cơ, cacbon, nitơ trong quá trình ủ

- Tần suất: 2 ngày/lần

Thí nghiệm 2: Đánh giá hiệu quả của compost trên cây cà chua (cây trồng ngắn

ngày)

- Khảo sát: sự sinh trưởng và sinh sản của cây bón bằng compost

- Chỉ tiêu theo dõi: thử nghiệm trực tiếp và đánh giá hiệu quả của compost trêncây trồng ngắn ngày bằng việc theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng (số nhánh, chiềucao cây), và sinh sản (thời gian ra hoa)

- Tần suất: 10 ngày đầu (sau khi bón lót)

15 ngày (sau khi bón thúc lần 1)

35 ngày (sau khi bón thúc lần 2)

1.4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài: nghiên cứu tạo sản phẩm compost bằng xơdừa và phân bò, bổ sung chế phẩm BIO-F

Đối tượng để đánh giá hiệu quả: thực hiện trên đối tượng là cây nông nghiệpngắn ngày: cây cà chua trong thời gian 35 ngày

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp luận

Dựa vào những tài liệu sẵn có về quá trình lên men hiếu khí chất thải rắn

có nguồn gốc hữu cơ, đề tài xây dựng mô hình ủ từ xơ dừa và phân bò có bổ sungchế phẩm BIO-F để tăng tốc độ phân hủy, theo dõi liên tục các chỉ tiêu về nhiệtđộ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C ảnh hưởng đến quá trình để tạo ra sản phẩmcompost cho cây trồng

Thử nghiệm bón compost trên cây cà chua so sánh hiệu quả tăng trưởng vànăng suất thu hoạch trái giữa mô hình bón compost và mô hình đối chứng (khôngbón phân), mô hình bón phân vô cơ.

5.1.2 Phương pháp thực tiễn

Thí nghiệm 1: Tạo ra compost thành phẩm, sử dụng phương pháp:

- Phương pháp thu thập số liệu: thu các số liệu về quá trình ủ compost, cácthông số trong quá trình theo dõi (nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ, hàm lượng C, N)

- Phương pháp thực nghiệm: làm thực nghiệm ủ compost

- Phương pháp thống kê: tính toán các biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, chất hữu cơ,

C, N trong quá trình ủ

- Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được sau thời gian ủ

Thí nghiệm 2: Đánh giá hiệu quả của compost, sử dụng phương pháp:

- Phương pháp thu thập số liệu: thu thập các số liệu trong quá trình trồng cây

- Phương pháp thực nghiệm: trồng thử nghiệm cây cà chua

- Phương pháp quan sát: theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của cà chua saucác lần bón phân

- Phương pháp thống kê: đo chiều cao cây, đếm tất cả các nhánh và tính thờigian ra hoa của cà chua

- Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

- Đề tài mở ra một hướng mới trong việc tận dụng xơ dừa và phân bò phế thảiđể biến thành sản phẩm có ích

- Đề tài là một bước khởi đầu trong việc đánh giá hiệu quả của compost trêncây trồng ngắn ngày

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Compost tạo ra có thể áp dụng trực tiếp cho nông nghiệp

- Quá trình tạo compost dễ thực hiện và có triển vọng cao.

- Đặc biệt nước ta có khoảng 500 triệu ha đất nông nghiệp để sử dụng trồngcây ngắn ngày nếu compost được ứng dụng sẽ giảm được lượng phân bón hoáhọc

- Cà chua là một loại thực vật dễ trồng, nếu được bón compost thì sẽ cho năngsuất cao hơn nhiều

1.6.3 Tính mới của đề tài

Đề tài đã chọn xơ dừa và phân bò làm nguyên liệu ủ compost có bổ sungchế phẩm BIO-F mang tính mới hoàn toàn Mặt khác, cũng chưa nhiều nghiêncứu thực hiện đánh giá hiệu quả của compost trên cây nông nghiệp ngắn ngày,đặc biệt cây cà chua

1.7 Thời gian thực hiện đề tài

Đề tài được thực hiện từ 01/04 đến 24/06 năm 2009

1.8 Giới hạn đề tài

Đề tài chỉ sử dụng CTR là xơ dừa và phân bò để tạo ra compost

Chỉ đánh giá được từ khi cây sinh trưởng phát triển cho đến khi ra hoa củacà chua

1.9 Địa điểm nghiên cứu

- Quá trình thí nghiệm: thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường củaTrường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM

- Mô hình trồng cây đặt tại vườn rau của Trung Tâm Nghiên Cứu và PhátTriển Nông Nghiệp Công Nghệ Cao ở Củ Chi

- Các số liệu phân tích ở phòng thí nghiệm Hóa Môi Trường của Trường ĐạiHọc Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM

1.10 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm 5 chương

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Tổng quan lý thuyết

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chöông 2

TOÅNG QUAN LYÙ THUYEÁT

2.1 Tổng quan về compost

2.1.1.Định nghĩa

Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về quá trình chế biến compost và compost,một định nghĩa thường được sử dụng là định nghĩa của Haug 1993 Theo Haug,quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như sau:

“Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định chất hữu

cơ dưới điều kiện thermophilic Kết quả của quá trình phân hủy sinh học tạo ranhiệt, sản phẩm cuối cùng ổn định, không mang mầm bệnh và có ích cho việcứng dụng cho cây trồng”

“Compost là sản phẩm quá trình chế biến compost, đã được ổn định như humus,không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo côn trùng, có thể được lưu trữ an toànvà có lợi cho sự phát triển của cây trồng”

2.1.2.Các phản ứng sinh hóa xảy ra trong quá trình ủ

2.1.2.1 Phản ứng sinh hóa

Quá trình phân hủy CTR diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạonhiều sản phẩm trung gian

Qúa trình phân hủy protein: protein → peptides → amino axit → hợp chấtammoniumn → nguyên sinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3

Đối với carbonhydrat, quá trình phân hủy xảy ra: carbonhydrat → đường đơn

→ axit hữu cơ → CO2 và nguyên sinh chất của vi khuẩn

Những phản ứng chuyển hóa sinh hóa diễn ra trong quá trình ủ hiếu khí rấtphức tạp, hiện vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết Một cách tổng quát căn cứ trênsự biến thiên nhiệt độ có thể chia quá trình ủ hiếu khí thành các pha sau:

 Pha thích nghi (latent phase) là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật (VSV)thích nghi với môi trường mới

 Pha tăng trưởng (growth phase) đặc trưng bới sự tăng nhiệt độ do quá trìnhphân hủy sinh học

 Pha ưa nhiệt (thermophilic phase) là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất Đâylà giai đoạn ổn định chất thải và tiêu diệt VSV gây bệnh hiệu quả nhất Phản ứnghóa sinh xảy ra trong ủ hiếu khí và phân hủy kỵ khí được đặc trưng bởi haiphương trình:

CHONS + O2 + VSV hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng CHONS + VSV kỵ khí → CO2 + H2S + CH4 + NH3 + sản phẩm khác + nănglượng

 Pha trưởng thành (maturation) là giai đoạn giảm nhiệt độ đến bằng nhiệtđộ môi trường Trong pha này, quá trình lên men xảy ra chậm, thích hợp cho sựhình thành chất keo mùn (quá trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành chấtmùn), các chất khoáng (sắt, canxi, nitơ…) và cuối cùng thành mùn Ngoài ra cònxảy ra các phản ứng nitrat hóa, ammonia (sản phẩm phụ của quá trình ổn địnhchất thải) bị oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrat(NO3-):

NH4+ + 3/2 O2 → NO2- + 2H+ + H2O

NO2- + ½ O2 → NO3

-Kết hợp hai phương trình trên, quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2OMặt khác, trong mô tế bào, NH4+ cũng được tổng hợp với phản ứng đặc trưngcho quá trình tổng hợp:

NH4+ + 4CO2 + HCO3- + H2O → C5H7O2N + 5O2

Phương trình phản ứng nitrat hóa tổng cộng xảy ra như sau:

22NH4++ 37O2 + 4CO2 + HCO3- → 21 NO3- + C5H7O2N + 20H2O + 42H+

2.1.2.2 Phản ứng sinh học

Ủ compost là quá trình sinh học mà các chất hữu cơ có trong chất thải rắnđược biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của các tổ chức có thểsống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải Các tổ chức này gồm các

loại vi sinh vật (VSV) như vi khuẩn, nấm, chất thải hữu cơ được phân hủy banđầu từ sinh vật tiêu thụ bậc một như vi khuẩn, nấm Sự ổn định chất thải do cácphản ứng của vi khuẩn thực hiện Trong thời gian đầu, vi khuẩn thích hợp vớiđiều kiện mesophilic xuất hiện trước.

Khi nhiệt độ tăng vi khuẩn thermophilic xuất hiện chiếm hầu hết các vị trítrong khối ủ, thermophilic nấm thường tăng trưởng từ 5 – 10 ngày sau khi ủ Nếunhiệt độ cao hơn 50 – 60 0C thì nấm và hầu hết các vi khuẩn bị ức chế, chỉ còncác dạng bào tử có thể phát triển Trong giai đoạn cuối cùng, khi nhiệt độ giảmnhóm vi khuẩn Atinomycetes trở nên chiếm ưu thế làm cho bề mặt đống ủ sẽxuất hiện màu trắng hoặc nâu

Các loại vi khuẩn thermophilic, hầu hết là các loài Bacillus đóng vai tròquan trọng trong việc phân hủy protein và hợp chất hydratcarbon Mặc dù chỉhoạt động bên lớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt động ở giai đoạn cuối nhưngnhóm Atinomycetes đóng vai trong việc phân hủy cellulose, lignin và các chấtbền vững khác Sau giai đoạn tiêu thụ bậc một hay sơ cấp thực hiện xong, cácchất này sẽ là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giuntròn, động vật nguyên sinh, phiêu sinh

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost

Hiệu quả của quá trình ủ phụ thuộc vào nhóm các tổ chức cư ngụ và làm ổnđịnh trong chất thải hữu cơ Do đó quá trình ủ sẽ không đạt kết quả mong muốnmà nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng về thành phần hóa học và điều kiệnlý học trong quá trình ủ Chính vì vậy cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đếnquá trình ủ Compost như nhiệt độ, độ ẩm, pH, VSV, oxy, tỷ lệ C/N và cấu trúcchất thải

2.1.3.1 Các yếu tố vật lý

Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm: nhiệt độ, độ ẩm, kíchthước nguyên liệu, độ rỗng, thổi khí

a Nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trongquá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát vàđiều khiển quá trình ủ CTR Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55÷650C, vì ởnhiệt độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt Khinhiệt độ tăng trên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV Ở nhiệt độ thấp hơnphân hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh Nhiệt độ trong luống ủ có thểđiều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm,cô lập khối ủ với môi trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý

Hình 2.1: Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân

b Độ ẩm (nước)

Là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của VSV trong quá trình chế biếnphân hữu cơ Vì nước cần thiết cho quá trình hòa tan chất dinh dưỡng vào nguyênsinh chất của tế bào

Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50÷60% CácVSV đóng vai trò quyết định trong quá trình phân hủy CTR thường tập trung tại

chế hoạt động của VSV, còn khi độ ẩm quá lớn (>65%) thì quá trình phân hủy sẽchậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở

do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rỉchất dinh dưỡng và lan truyền VSV gây bệnh

Độ ẩm ảnh hưởng đến quá trình thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nướccó nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác

Trong trường hợp độ ẩm của khối ủ thấp, có thể điều chỉnh bằng cách thêmnước vào

Còn khi độ ẩm của khối ủ cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệuđộn có độ ẩm thấp hơn như mạt cưa, rơm rạ …

Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đócần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết Đối vớihệ thống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cáchtuần hoàn sản phẩm compost như sơ đồ hình 2.2

Hình 2.2: Tuần hoàn sản phẩm compost

c Kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân hủy Quá trìnhphân hủy hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diệntích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân hủy Tuynhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí trong

đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các VSV trong đống ủ và giảmmức độ hoạt động của VSV Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốpcao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có lợi choquá trình chế biến phân hữu cơ.

Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3÷50mm Kích thướchạt tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thôban đầu

d Độ rỗng (xốp)

Độ rỗng của khối vật liệu ủ là một yếu tố quan trọng trong quá trình chếbiến phân hữu cơ Độ rỗng tối ưu sẽ thay đổi tùy theo loại vật liệu chế biến phân.Thông thường, để quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35÷60%, tối ưu là32÷36%

Độ rỗng của CTR ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiếtcho sự trao đổi chất, hô hấp của VSV hiếu khí và sự oxy hóa các phân tử hữu cơhiện diện trong lớp vật liệu ủ Độ rỗng thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nênhạn chế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ Ngựợc lại, độ rỗngcao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt

Độ rỗng có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc vớitỷ lệ trộn hợp lý

e Thổi khí

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để VSV sử dụngcho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt.Nếu khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kịkhí, gây mùi hôi

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể được thực hiện bằngcách:

 Đảo trộn

Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất Tuynhiên, lưu lượng khí phải khống chế thích hợp Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đếnchi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo

an toàn vì có thể chứa VSV gây bệnh Khi pH của môi trường trong khối phân lớnhơn 7, cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3 Trái lại,nếu thổi khí quá ít môi trường bên trong khối phân trở thành kị khí Vận tốc thổikhí cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5÷10m3 khí/ tấn nguyên liệu/giờ

2.1.3.2 Các yếu tố hóa sinh

a Tỷ lệ C/N (Cacbon/Nitơ)

Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy do VSV, trong đó

C và N là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất; quantrọng kế tiếp là nguyên tố photpho (P); lưu hùynh (S), canxi (Ca) Các nguyên tố

vi lượng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất của tế bào

Khoảng 20%÷40% của chất thải hữu cơ (trong chất thải nạp liệu) cần thiếtcho quá trình đồng hóa thành tế bào mới, phần còn lại chuyển hóa thành CO2 Ccung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng tế bàoVSV N là thành phần chủ yếu của protein, axit nucleic, axit amin, enzyme, co-enzym cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của tế bào

Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân khoảng 30:1 Ở mức tỷ lệ thấp hơn, Nsẽ thừa và sinh ra khí NH3 gây ra mùi khai Ở mức tỷ lệ cao hơn hạn chế sự phát

triển của VSV do thiếu N Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hóa, oxy hóaphần C dư cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp Do đó, thời gian cần thiết cho quátrình làm phân bị kéo dài hơn và sản phẩm thu được chứa ít mùn hơn Theonghiên cứu cho thấy nếu tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trìnhlàm phân là 12 ngày, nếu tỷ lệ này dao động trong khoảng 20 ÷50, thời gian cầnthiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N = 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày Mặc dùvậy, tỷ lệ này cũng có thể được hiệu chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ,trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm tới các vật liệu ủ có hàm lượng lignincao.

Khi bắt đầu quá trình ủ phân, tỷ lệ C/N là 30:1 và giảm dần còn 15:1 ở cácsản phẩm cuối cùng do 2/3 C được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất hữucơ

bị phân hủy bởi các VSV

Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỷ lệ C/N tối ưu gặpphải khó khăn vì những lý do sau:

- Một phần các chất như xenlulo và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị phânhủy sau một khoảng thời gian dài

- Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có

Quá trình cố định N có thể xảy ra dưới tác dụng của nhóm vi khuẩn azotobacter,đặc biệt khi có đủ PO43-

- Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác

Bảng 2.1 Tỷ lệ C/N của chất thải (tính theo chất khô)

10 Bùn cống thải khô 4÷7 11

11 Bùn hoạt tính đã phân hủy 1.88 15.7

24 Chất thải giết mổ hỗn hợp 7÷10 2

(Nguồn: Chongrak, Tchobanoglous và cộng sự, 1993)

Hàm lượng C có thể xác định theo phương trình sau:

8 1

% 100

%C = − tro

%Tro trong phương trình này là lương vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệtđộ 5500C trong một giờ Do đó một số chất thải có thành phần chủ yếu là nhựa(thành phần bị phân hủy ở 5500 C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không cókhả năng phân hủy sinh học

b Oxy

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân KhiVSV oxy hóa C tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra; khikhông có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo ra mùi hôi như mùitrứng gà thối của khí H2S

Các VSV hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5% Nồng độ oxylớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân hiếu khí

Tổng lượng khí cần cung cấp và do lưu lượng dòng khí là các thông số quantrọng đối với hệ thống ủ trong thùng kín Nhu cầu oxy thay đổi theo tiến trình ủgián đoạn, do đó cần xác định nhu cầu oxy tối đa để chọn máy thổi khí và thiếtkế hệ thống ống phân phối khí phù hợp.

f Chất hữu cơ

Vận tốc phân hủy dao động tùy theo thành phần kích thước, tính chất củachất hữu cơ Chất hữu cơ hòa tan thì dễ phân hủy hơn chất hữu cơ không hòa tan.Lignin và ligno- celulosics là những chất phân hủy rất chậm

Bảng 2.2 Các thông số quan trọng trong quá trình làm phân hữu cơ hiếu khí

1.Kích thước Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước CTR khoảng 25÷75mm

2 Tỷ lệ C/N

Tỷ lệ C/N tối ưu dao động trong khoảng 25÷50

Ở tỷ lệ thấp hơn, dư NH 3 , hoạt tính sinh học giảm

Ở tỷ lệ cao hơn, chất dinh dưỡng bị hạn chế

3 Pha trộn Thời gian ủ ngắn hơn

4 Độ ẩm Nên kiểm soát trong phạm vi 50÷60% trong suốt quá trình ủ.Tối ưu là

55%

5 Đảo trộn Nhằm ngăn ngừa hiện tượng khô, đóng bánh và sự tạo thành các rãnhkhí, trong quá trình làm phân hữu cơ, CTR phải được xáo trộn định kỳ.

Tần suất đảo trộn phụ thuộc vào quá trình thực hiện

6 Nhiệt độ Nhiệt độ phải được duy trì trong khoảng 50÷55

0 C đối với một vài ngày đầu và 55÷60 0 C trong những ngày sau đó Trên 66 0 C, hoạt tính VSV giảm đáng kể

7 Kiểm soát nhiệt

độ

Nhiệt độ 60÷70 0 C, các mầm bệnh đều bị tiêu diệt

8 Nhu cầu về

không khí

Lượng oxy cần thiết tính toán dựa trên cân bằng tỷ trọng Không khí chứa oxy cần thiết phải được tiếp xúc đều với tất cả các phần của CTR làm phân

9 pH Tối ưu: 7÷7.5 Để hạn chế sự bay hơi N dưới dạng NH 3 , pH không được

Công suất 50 tấn /ngày cần khoảng 0.6÷0.8 ha đất

(Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993)

2.1.4 Chất lượng của compost

Chất lượng của compost được đánh giá dựa trên bốn yếu tố sau:

- Mức độ lẫn tạp chất (thủy tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hóa học,thuốc trừ sâu )

- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K; dinh dưỡng trunglượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo)

- Mật độ vi sinh vật gây bệnh (thấp đến mức không ảnh hưởng đến cây trồng)

- Độ ổn định (độ chín) và hàm lượng chất hữu cơ (độ ổn định liên quan tới nhiệtđộ, độ ẩm và nồng độ oxy trong quá trình chế biến phân hữu cơ; độ ổn địnhthường tỷ lệ nghịch với hàm lượng chất hữu cơ, khi thời gian ủ phân kéo dài, độổn định của phân sẽ tăng, tức là hàm lượng hữu cơ trong phân giảm)

2.1.5 Tính cấp thiết của compost

Cải tạo cơ cấu

Quân bình độ pH trong đất

Tạo ra sự màu mỡ trong đất

Duy trì độ ẩm cho đất

Tạo môi trường tốt cho VSV có lợi trong đất sinh sống

2.1.6 Những lợi ích và hạn chế của quá trình làm compost

2.1.6.1 Lợi ích của quá trình làm compost

- Ổn định chất thải: Các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm phân

hữu cơ sẽ chuyển hóa chất hữu cơ dễ thối rửa sang dạng ổn định, chủ yếu là cácchất vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất và nước

- Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: Nhiệt độ của chất thải sinh ra

từ quá trình phân hủy sinh vật có thể đạt khoảng 600C, đủ để làm mất hoạt tínhcủa VSV gây bệnh, virut và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này duy trì ít nhấtmột ngày Do đó, các sản phẩm của quá trình làm phân hữu cơ có thể thải bỏ trênđất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

- Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: Các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trongchất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trìnhlàm phân hữu cơ, các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như NO3-,

PO43- thích hợp cho cây trồng Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến phân từCTR hữu cơ bổ sung dinh dưỡng cho đất, có khả năng làm giảm sự thất thoát dinhdưỡng do rò rỉ vì các chất dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan.Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn

- Làm khô bùn: Phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80÷95%

nước, do đó chi phí thu gom, vận chuyển và thải bỏ cao Làm khô bùn trong quátrình ủ phân là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phânhủy sinh học làm bay hơi nước chứa trong bùn

- Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: Với hàm lượng dinh dưỡng cao,

dễ hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năngsuất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng Đối với các loại phân hóahọc khác cây trồng chỉ hấp thu được một phần chất dinh dưỡng nhưng đối vớiphân hữu cơ cây trồng có khả năng hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng, đồngthời cây trồng phát triển tốt và có khả năng kháng bệnh cao Ứng dụng phân hữu

cơ trồng cây sầu rêng do trung tâm nghiên cứu cây Ăn Qủa Miền Đông Nam Bộthực hiện cho thấy chỉ số bệnh Phytophthora trên cây Sầu Riêng giảm đáng kểsau 2÷3 năm bón phân hữu cơ là một ví dụ điển hình

2.1.6.2 Hạn chế của quá trình làm compost

- Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ không thỏa mãn yêu cầu

- Do đặc tính của chất hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều theo thời gian, khíhậu và phương pháp thực hiện, nên tính chất của sản phẩm cũng khác nhau Bảnchất vật liệu làm phân thường làm cho sự phân bố nhiệt độ trong đống phânkhông đồng đều Do đó, khả năng làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh trongphân cũng không hoàn toàn

- Qúa trình làm phân hữu cơ thường tạo mùi hôi, gây mất mỹ quan…

2.1.7 Một số phương pháp ủ compost trên thế giới

2.1.7.1 Phương pháp ủ phân theo luống dài (đánh luống cấp khí tự nhiên)

Dạng đánh luống cấp khí tự nhiên là quá trình ủ phân trong đó CTR đượcsắp xếp theo các luống dài, hẹp và được đảo trộn theo một chu kỳ nhất địnhnhằm cấp khí cho luống ủ

Các luống ủ có chiều cao thay đổi từ 1m (đối với nguyên liệu có mật độ dàynhư phân) đến 3,5m (đối với nguyên liệu nhẹ như lá cây) Chiều rộng ủ thay đổitừ 1,5÷6m

Không khí (oxy) được cung cấp tới hệ thống bằng các con đường tự nhiênnhư: khuếch tán, gió, đối lưu nhiệt…Các luống phân thường xuyên được xáo trộn

theo định kỳ nhằm trộn điều CTR trong luống phân, trộn điều độ ẩm và hỗ trợcho thổi khí thụ động Việc xáo trộn được thực hiện bằng xe xúc hoặc bằng xexáo trộn chuyên dụng Các thiết bị sử dụng được xác định theo hình dạng thực tếcủa luống ủ.

Tốc độ làm thoáng khí phụ thuộc độ xốp của đống ủ Luống ủ với cácnguyên liệu nhẹ như lá cây có tốc độ thoáng khí lớn hơn tốc độ thoáng khí củaluống ủ với nguyên liệu phân Nếu luống ủ quá lớn, các vùng ky khí có thể xuấthiện ở khu vực trung tâm, điều này sẽ tạo ra mùi khi luống ủ được đảo trộn.Ngược lại, các luống ủ nhỏ sẽ mất nhiệt quá nhanh và không thể đạt được nhiệtđộ đủ lớn để diệt vi sinh vật gây bệnh và bay hơi ẩm

Đảo trộn sẽ làm cho nguyên liệu ủ được trộn đều, tạo lại độ xốp của đống ủ,loại trừ các khoảng trống tạo ra bởi sự phân hủy và sa lắng Đảo trộn sẽ làm xáotrộn các vật liệu bên trong và bên ngoài đống ủ Điều này sẽ làm cho tất cả cácvật liệu được tiếp xúc với không khí phía bên ngoài và nhiệt độ cao phía bêntrong của đống ủ Bằng cách này, tất cả các vật liệu sẽ được phân hủy với tốc độnhư nhau và các VSV gây bệnh, ấu trùng của côn trùng có cánh sẽ bị tiêu diệt,thêm vào đó, đảo trộn sẽ xé nhỏ các phân tử rác để gia tăng diện tích bề mặt vàcác vật liệu được trộn lẫn vào nhau

Ưu điểm

Do xáo trộn thường xuyên nên chất lượng phân hữu cơ đồng đều

Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp vì không cần hệ thống cung cấp oxycưỡng bức

Kỹ thuật đơn giản

Nhược điểm

Cần nhiều nhân công

Thời gian ủ dài (3÷6) tháng

Do sử dụng thổi khí thụ động nên khó quản lý, đặc biệt là khó kiểm soátnhiệt độ và mầm bệnh.

Xáo trộn luống ủ thường xuyên gây thất thoát nitơ và gây mùi

Quá trình ủ bị phụ thuộc vào thời tiết, ví dụ như mưa có thể gây ảnh hưởngbất lợi cho quá trình ủ

Phương pháp thổi khí thụ động cần một lượng lớn vật liệu tạo cấu trúc vàloại vật liệu tạo cấu trúc phù hợp với phương pháp này thì khó tìm hơn so với cácphương pháp khác

Diện tích đất cần thiết lớn

2.1.7.2 Phương pháp ủ phân theo luống dài hoặc đống với thổi khí cưỡng bức.

Trong trường hợp này, vật liệu ủ được sắp xếp thành đống hoặc luống dài.Không khí được cung cấp cho hệ thống bằng quạt thổi khí hoặc bơm nén khí quahệ thống phân phối khí như ống phân phối khí hoặc sàn phân phối khí Chiều caoluống hay đống ủ khoảng 2÷2,5m

Để kiểm soát quá trình phân hủy hiếu khí bên trong khối ủ, mỗi khối ủthường được trang bị một máy thổi khí Lượng không khí cung cấp phải đảm bảođủ nhu cầu oxy cho quá trình chuyển đổi sinh học và nhằm kiểm soát nhiệt độtrong khối ủ

Thời gian cần thiết cho quá trình ủ khoảng 3÷5 tuần Phần mùn sau khi ủđược đem đi sàng tinh nhằm thu được sản phẩm phân chất lượng cao

Trong một vài trường hợp, những vật có kích thước lớn, độ ẩm thấp như mạccưa, gỗ vụn được thêm vào để kiếm soát độ ẩm của khối ủ ở mức tối ưu

Thời gian ủ ngắn (3÷6 tuần)

Vì sử dụng thổi khí cưỡng bức nên luống phân có thể cao và rộng hơn sovới thổi khí thụ động, do đó nhu cầu sử dụng đất thấp hơn, có thể vận hành ngoàitrời hoặc có che phủ

Nhược điểm

Hệ thống phân phối khí dễ bị tắc nghẽn, cần phải bảo trì thường xuyên.Chi phí bảo trì hệ thống và chi phí năng lượng cho thổi khí làm tăng tổngchi phí, nên chi phí cho hệ thống này cao hơn hệ thống thổi khí thụ động

2.1.7.3 Phương pháp ủ trong container

Phương pháp ủ trong container là phương pháp ủ mà vật liệu ủ được chứatrong container hoặc thùng kín, túi đựng hay trong nhà Thổi khí cưỡng bứcthường được sử dụng cho phương pháp ủ này Có nhiều phương pháp ủ trongcontainer như ủ trong bể di chuyển theo phương ngang, ủ trong container thổi khívà ủ trong thùng quay

Trong bể di chuyển theo phương ngang, CTR được ủ trong một hoặc nhiềungăn phản ứng dài và hẹp, thổi khí cưỡng bức và xáo trộn định kỳ Vật liệu ủđược duy chuyển liên tục dọc theo chiều dài của ngăn phản ứng trong suốt quátrình ủ

Trong container thổi khí, vật liệu được chứa trong các loại container khácnhau như thùng chứa CTR hay túi polyethylene… Thổi khí cưỡng bức được sửdụng cho phương pháp ủ dạng mẻ, không có sự rung hay xáo trộn trong container.Tuy nhiên, ở giữa quá trình ủ, vật liệu có thể được lấy ra và xáo trộn bên ngoài,sau đó cho vào container lại

Còn đối với loại thùng quay, vật liệu ủ trong một thùng xoay chậm theophương ngang kèm theo thổi khí cưỡng bức

Ưu điểm

- Ít nhạy cảm với điều kiện thời tiết

- Khả năng kiểm soát quá trình ủ và kiểm soát mùi tốt hơn.

- Thời gian ủ ngắn hơn phương pháp ủ ngoài trời

- Nhu cầu diện tích nhỏ hơn so với các phương pháp khác

- Chất lượng phân tốt hơn

Nhược điểm

- Vốn đầu tư cao

- Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cao

- Thiết kế phức tạp và đòi hỏi trình độ cao

- Công nhân vận hành đòi hỏi trình độ cao

2.1.8 Một số công nghệ chế biến phân hữu cơ điển hình

2.1.8.1 Hệ thống Composting Lema

Hệ thống làm phân hữu cơ Lema là một công nghệ kỹ thuật kín được cấpbằng sáng chế độc quyền Công nghệ Lema sử dụng các túi lớn có hàm lượngpolyethylene thấp để chứa và bảo vệ CTR hữu cơ, nhằm mục đích đẩy nhanh quátrình phân hủy sinh học tự nhiên, để sản xuất ra phân bón hữu cơ chất lượng cao,khí sẽ được thổi vào trong các bao chứa liên tục Với hệ thống Lema, các khâu từxử lý nguyên liệu đầu vào cho đến giai đoạn thành phẩm hữu cơ và các sản phẩmphụ khác có thể bán được luôn có sự kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo độ tin cậy từgiai đoạn thiết kế quy trình đến chất lượng thiết bị

Quy trình công nghệ Lema:

Hình 2.3: Quy trình công nghệ hệ thống Compost Lema

2.1.8.2 Công nghệ Compost Steinmueller – Đức

Là một hệ thống xử lý CTR hoàn chỉnh với quy trình xử lý sinh học tự nhiêntrong điều kiện cần thiết để biến đổi các thành phần hữu cơ từ rác thành phân visinh

Công nghệ sản xuất compost Steinmueller dựa trên quá trình phân hủy hiếukhí các chất hữu cơ dưới tác dụng của VSV Quy trình công nghệ như hình 2.4

Hình 2.4: Quy trình coâng ngheä compost Steinmueller

2.2 Tổng quan về cây cà chua

Hình 2.5: Cây cà chua

Người đầu tiên có công thuần hóa cây cà chua là người Azotech – thổ dânMexicô Đến đầu thế kỷ16, cây cà chua được trồng phổ biến ở miền Nam Mexicomà người Azotech gọi là Xitomalt.

Năm 1985 đoàn thám hiểm Tây Ban Nha do Herman Cortes dẫn đầu đi khảosát vùng châu MỸ,

Năm 1532 sau khi chinh phục vùng Mexicô người Tây Ban Nha mới bắt đầutiếp xúc với cây này và họ sử dụng loài này để làm cảnh

Năm 1554 cà chua bắt đầu được trồng ở Ý Người Ý gọi trái cà chua là “Quảtáo ái tình” do màu sắc của nó đẹp

Đến năm 1570 cà chua bắt đầu được trồng nhiều ở Miền Bắc Châu Âu Đếncuối thế kỷ 16 nhiều vùng châu Âu vẫn xem cà chua là quả có độc không ăn đượcmà chỉ dùng để làm cảnh Người Pháp cũng gọi cà chua “Quả táo ái tình” NgườiAnh bắt đầu trồng cây cà chua vào 1590, do một công tước Anh đi thám hiểm ởvùng Nam Mỹ thấy cây cà chua có lá xanh quả đỏ đẹp nên mang về trồng làmcảnh

Năm 1728 giáo sư Richard Bradlley vẫn cho rằng cà chua là có độc Mãiđến 24 năm sau người Anh mới bắt đầu biết ăn cà chua căn cứ vào thông tin trongquyển “Thực vật từ điển” bằng tiếng Đức xuất bản vào 1811 có viết “Người

châu Âu dùng cà chua làm thực phẩm vào giữa thế kỷ 18” Từ đó họ bắt đầuchọn lọc và lai tạo giống cà chua

Đến năm 1863 người châu Âu đã tạo ra được 23 loại giống cà chua Đếncuối thế kỷ 19 tăng lên mấy trăm loại giống, những giống cà chua tốt được bánrất đắt Năm 1719 nhà thực vật học người Đức Joseh Pitton de Tourmefort trongcuốn “Dược Thảo Đại Toàn” đã xếp cà chua vào họ cà

Năm 1754 nhà thực vật học người Anh, ông Philip Miller đã xếp cà chuacùng với ớt, khoai tây và thuốc lá thuộc một loại giống lớn là cà Cà chua là mộtchi độc lập trong tộc lớn đó

Trải qua nhiều thế kỷ tranh luận cho đến đầu thế kỷ 20 các nhà phân loạihọc thế giới mới chấp nhận giả thiết của Miller và đặt tên khoa học là

Lycopersium Esculentum Mill

2.2.1.3 Tình hình sản xuất cà chua ở Việt Nam và thế giới

a Việt Nam

Cà chua du nhập vào Việt Nam trên 100 năm nay, có thể là do nhập từ nướcngoài vào Ban đầu cây cà chua trái có múi, quả hồng, thường được gọi là cà chuatây Đầu thế kỷ 20 cà chua tây mới được trồng phổ biến ở Việt Nam Diện tíchtrồng cà chua việt nam hiện nay từ 12 – 13 ngàn ha Cà chua được trồng chủ yếu

ờ đồng bằng sông Hồng và các vùng ven thành phố, khu vực miền núi cũng cótrồng nhưng với diện tích ít Cà chua ở nước ta chủ yếu trồng vào vụ đông xuân

b Thế giới

Cà chua được trồng phổ biến ở Trung Quốc và các nước Đông Nam Á vàothế kỷ thứ 17 Diện tích trồng hàng năm trên thế giới khoảng 2.7 triệu hecta trongđó khoảng 80 – 85% dùng để ăn tươi, lượng cà chua dùng để chế biến khoảng 68triệu tấn/năm

2.2.2 Thành phần hóa học của quả cà chua

2.2.2.1 Cấu tạo quả cà chua

Quả cà chua bao gồm một lớp vỏ mỏng, thịt quả, dịch quả và những ngănđựng thịt Ở trong ngăn đựng thịt có phủ một lớp chất nhờn keo và chất đó rấtgiàu dinh dưỡng.

Những vách của các ngăn hạt trong và ngoài gọi là thịt quả Số lượng ngăncó thể từ 2 – 20 ngăn trong một quả tùy vào từng loại cà chua, số ngăn nhiều thìthịt quả giảm

Bên trong các vách ngăn chứa nhiều glucid

Hình 2.6: Cấu tạo quả cà chua

2.2.2.2 Thành phần hóa học

- Chất đạm: Chất đạm là thành phần chủ yếu để duy trì sự sống cho conngười Mỗi ngày mỗi người cần 60 – 70g chất đạm Nếu ăn nhiều đạm động vậtsẽ tăng vấn đề vế bệnh đường ruột, 100g thịt bò chứa 20g đạm trong khi đó trongcà chua chỉ chứa 0.9g chất đạm, do đó ăn cà chua một phần giúp cân bằng lượngđạm trong cơ thể

- Chất béo: Các chuyên gia khuyến cáo mỗi ngày cơ thể nên thu nhận mộtlượng lớn hơn 25% tổng nhiệt lượng Trong 100g cà chua chứa 0.2g chất béo còn100g thịt lợn chứa 37g chất béo

- Chất xơ: Chất xơ cần thiết cho hoạt động của nhu động ruột, nó giúp loại bỏcặn bả và các chất độc hại trong thực phẩm Một người 60kg nên ăn 25g chất xơmỗi ngày thì có thể đại tiện tốt.

- Chất đường: Đường là nguồn sinh năng lượng cho cơ thể, mỗi ngày mỗingười cần tiếp nhận một lượng đường 250 – 350 g mới bảo đảm sự cân bằng trong

cơ thể Nguồn đường chúng ta sử dụng hàng ngày là gạo, khoai… lượng đườngtrong cà chua không cao nhưng chủ yếu là glucose nên cơ thể rất dễ hấp thụ

- Vitamin: Một cơ thể bình thường với lượng vitamin C là khoảng 600 –1400mg Nếu lượng này giảm xuống 300mg sẽ xuất hiện bệnh Một người lớnmỗi ngày cần cung cấp 60mg Trong 100g cà chua thì đã có 19mg vitamin C.Trong cà chua con một chất đặc biệt là lycopene: Đây là một chất có khảnăng chống oxy hóa, trong 100g cà chua thì có 14mg lycopene, đây là loại chấtmà cơ thể không tổng hợp được

Ngoài ra lycopene còn giảm nguy cơ bệnh tim mạch Đây là một nghiên cứuđược thực hiện trên gần 1.000 phụ nữ giai đoạn mãn kinh, đang tham gia chươngtrình Sức Khỏe Phụ Nữ của Đại học Harvar

Cà chua còn làm giảm lượng cholesterol trong máu, phòng chống bệnh ungthư tuyến tiền liệt (được trường đại học Hopkin đã tiến hành thí nghiệm 10 nămvới 26.000 nam giới thì những người có lượng lycopene thấp thì nguy cơ mắcbệnh ung thư tuyến tiền liệt tương đối cao)

2.2.3 Đặc tính sinh thái

2.2.3.1 Đặc điểm giống cây trồng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều giống, tuy nhiên người ta có thể chialàm hai loại giống: giống F1 nội nhập và giống địa phương

a Giống F 1 nội nhập

Red Crown 250 (nhập từ Đài Loan do công ty Giống Cây Trồng Miền Namphân phối): Là giống lai F1, thân sinh trưởng vô hạn cao 1.5-2m, cần làm giàn

chắc chắn, cây tăng trưởng mạnh, chống chịu tốt bệnh héo vi khuẩn và thối hạchkhá, trồng được trong mùa nắng cũng như trong mùa mưa, khả năng đậu trái caotrong mùa mưa, trái phát triển đều, trái tròn, hơi có khía, rất cứng và ít nứt tráitrong mùa mưa Giống cho thu hoạch 65-70 ngày sau khi trồng, thời gian thuhoạch dài, năng suất 30-40 tấn/ha.

TN52 (nhập từ Ấn Độ do công ty Trang Nông phân phối): Là giống lai F1,

thân sinh trưởng hữu hạn, trồng được quanh năm, trái to dạng hình vuông, chín đỏđẹp, thịt dày rất cứng, trọng lượng trái trung bình 90-100g, thu hoạch 65-70 ngàysau khi trồng, năng suất biến động từ 20-30 tấn/ha, lượng hột giống trồng cho1.000m2 từ 8-10 g (330-350 hột/g), trồng được quanh năm

Cà chua F1 số 607 (công ty Hai Mũi Tên Đỏ phân phối): Là giống lai F1,thân sinh trưởng hữu hạn, tán cây và lá phân bố gọn, kháng bệnh héo xanh tốt,chịu nhiệt, trồng được quanh năm Trái dạng trứng, ngắn, hơi vuông, chín màu đỏtươi, cứng, trọng lượng trung bình 100-120g/trái

Cà chua S901: bán hữu hạn, tăng trưởng mạnh, chống chịu tốt bệnh héo lá vikhuẩn, trồng trong mùa nắng tốt hơn mùa mưa, đậu trái tốt, trái tròn, nặng 60 –65g thu hoạch sớm và cho năng suất 25 – 30 tấn/ha

b Giống địa phương

Cà bòn bon: Trồng phổ biến ở Sóc Trăng, Bạc Liêu Cây sinh trưởng vô hạn,trái hình bầu dục dài, màu đỏ, trơn láng, không khía, thịt dày, trái chia làm nhiềungăn, chứa ít hạt Trái được sử dụng làm mứt, tương cà, ăn tươi hay chế biến, nấunướng

Cà gió: Trồng phổ biến ở vùng An Giang, Châu Đốc Trái hình bầu dục dài,đầu hơi nhọn, màu đỏ, không khía, thịt dày, trái chia nhiều ngăn và chứa ít hạt.Cà Gió chịu nóng giỏi nên trồng được vào mùa hè, trái cũng được sử dụng để chếbiến, nấu nướng hay ăn tươi

Ngoài ra nước ta cũng đã lai tạo một số giống có chất lượng cao:

Cà chua HP5: Được lai từ giống cà chua An Hải – Hải phòng với giống càchua Nhật Bản Thời gian sinh trưởng là 120 – 135 ngày, năng suất 35 – 40 tấn/hatrồng vào vụ đông xuân.

Cà chua P375: Do kỹ sư Viết Thị Tuất và kỹ sư Nguyễn Thị Quang thuộc

trung tâm lai tạo giống Hà Nội lai tạo từ giống cà chua Đài Loan Cây cao 1.6 –1.8m, năng suất từ 40 – 45 tấn/ ha Thời gian sinh trưởng là 130 – 140 ngày

2.2.3.2 Đặc điểm sinh lý cây cà chua

- Rễ: Rễ chùm, ăn sâu và phân nhánh mạnh, khả năng phát triển rễ phụ rấtlớn Trong điều kiện tốt những giống tăng trưởng mạnh có rễ ăn sâu 1 – 1.5m vàrộng 1.5 – 2.5m vì vậy cà chua chịu hạn tốt Khi cấy rễ chính bị đứt, bộ rễ phụphát triển và phân bố rộng nên cây cũng chịu đựng được điều kiện khô hạn Bộrễ ăn sâu, cạn, mạnh hay yếu đều có liên quan đến mức độ phân cành và pháttriển của bộ phận trên mặt đất, do đó khi trồng cà chua tỉa cành, bấm ngọn, bộ rễthường ăn nông và hẹp hơn so với điều kiện trồng tự nhiên

- Thân: Thân tròn, thẳng đứng, mọng nước, phủ nhiều lông, khi cây lớn gốcthân dần dần hóa gỗ Thân mang lá và phát hoa Ở nách lá là chồi nách Chồinách ở các vị trí khác nhau có tốc độ sinh trưởng và phát dục khác nhau, thườngchồi nách ở ngay dưới chùm hoa thứ nhất có khả năng tăng trưởng mạnh và phátdục sớm so với các chồi nách gần gốc

Tùy khả năng sinh trưởng và phân nhánh các giống cà chua được chia làm 4dạng hình:

Dạng sinh trưởng hữu hạn (determinate)

Dạng sinh trưởng vô hạn (indeterminate)

Dạng sinh trưởng bán hữu hạn (semideterminate)

Dạng lùn (dwart)

- Lá: Lá thuộc lá kép lông chim lẻ, mỗi lá có 3 - 4 đôi lá chét, ngọn lá có 1lá riêng gọi là lá đỉnh Rìa lá chét đều có răng cưa nông hay sâu tùy giống Phiến

lá thường phủ lông tơ Đặc tính lá của giống thường thể hiện đầy đủ sau khi câycó chùm hoa đầu tiên.

- Hoa: Hoa mọc thành chùm, lưỡng tính, tự thụ phấn là chính Sự thụ phấnchéo ở cà chua khó xảy ra vì hoa cà chua tiết nhiều tiết tố chứa các alkaloid độcnên không hấp dẫn côn trùng và hạt phấn nặng không bay xa được Số lượng hoatrên chùm thay đổi tùy giống và thời tiết, thường từ 5 - 20 hoa

- Trái: Thuộc loại mọng nước, có hình dạng thay đổi từ tròn, bầu dục đếndài Vỏ trái có thể nhẵn hay có khía Màu sắc của trái thay đổi tùy giống và điềukiện thời tiết Thường màu sắc trái là màu phối hợp giữa màu vỏ trái và thịt trái

Hình 2.7: Các bộ phận trên cây cà chua

2.2.3.3 Yêu cầu sinh lý

a Nhiệt độ

Cà chua tăng trưởng và phát triển tốt trong điều kiện khí hậu ấm và khô.Nhiệt độ đóng vai trò cho cây có sản lượng cao và chín sớm Nhiệt độ tốt nhất

cho sự tăng trưởng và phát triển là 21 – 24 0C nếu sinh trưởng ở nhiệt độ thấp hơn

120C thì cây sẽ bị tổn thương Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây khácnhau nên đòi hỏi những điều kiện nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ thích hợp cho hạtnảy mầm là 18 – 260C Sau khi cây có hai lá mầm thì cà chua bắt đầu giai đoạnphân hóa mầm hoa, lúc này nhiệt độ ban ngày là 18 – 200 và ban đêm là 14 –

150C là tốt nhất Đậu trái là yếu tố quyết định đến năng suất và nó cũng chịu ảnhhưởng bởi nhiệt độ ban ngày và ban đêm Nhiệt độ ban ngày trên 300C và banđêm là trên 210C sẽ làm giảm khả năng đậu trái

b Ánh sáng

Cà chua là cây ưa sáng, vì vậy khi gieo ương cây con trong bóng râm haygieo quá dày thì cây sẽ mọc vóng, yếu, lá nhỏ, có màu xanh nhạt Cà chua thíchánh sáng trực tiếp nhưng không quá gay gắt nếu không cây sẽ bị héo, cường độtối thiểu để cây tăng trưởng là 2.000 - 3.000 lux Cà chua đậu trái trong điều kiệnchiếu sáng từ 7 – 19 giờ trong một ngày

c Ẩm độ

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cà chua Độ ẩm tốt nhất là 45 –60% Độ ẩm cao cây sẽ bị nhiễm bệnh, khi độ ẩm và nhiệt độ cao gây trở ngạicho việc thụ tinh, thụ phấn của cà chua vì vòi nhụy có khuynh hướng mọc dài hơnnhị

d Đất

Cà chua trồng thích hợp trên đất thịt pha cát, có nhiều chất mùn, đất bồi giữ

ẩm và thoát nhiệt tốt Cà chua trồng tốt trên đất lúa hay trồng sau vụ cải bắp pHthích hợp là 6.0 – 6.5

e Nước

Cà chua có nhu cầu nước tùy theo từng giai đoạn Khi cây đang ra hoa, tráiđang phát triển thì cần nước nhiều nhất, đất khô, hoa và trái non dễ rụng, cây hấp