Các nghiên cứu đã cho thấy nước sau biogas là Trang 16 nguồn dinh dưỡng thay thế cho phân hóa học trong canh tác hoa màu; tuy nhiên các nghiên cứu này chưa có báo cáo về khả năng cung
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Chăn nuôi heo và trồng lúa nước là hai thành phần quan trọng trong nông nghiệp Việt Nam, với chăn nuôi heo cung cấp thực phẩm dinh dưỡng cao và nguyên liệu cho công nghiệp chế biến, đồng thời duy trì cân bằng sinh thái Hoạt động này không chỉ tạo việc làm cho nông dân mà còn là nguồn tài chính thiết yếu cho các hoạt động xã hội như học hành và lễ hội Tuy nhiên, lượng chất thải từ chăn nuôi heo gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường, đe dọa sự phát triển bền vững của ngành Gần đây, công nghệ biogas đã chứng minh hiệu quả trong xử lý chất thải chăn nuôi, giảm ô nhiễm môi trường nông thôn và cung cấp năng lượng sinh học cho sinh hoạt hàng ngày.
Chăn nuôi heo quy mô nông hộ tại ĐBSCL chủ yếu có quy mô từ 10-100 con, với số lượng phổ biến nhất là 30-50 con, dẫn đến lượng nước thải biogas lớn Tuy nhiên, nước thải này chưa được xử lý triệt để và thường bị thải bỏ ra mương vườn hoặc kênh rạch, gây nguy cơ ô nhiễm cho thủy vực tiếp nhận do hàm lượng chất hữu cơ, đạm và lân cao, trong đó nồng độ đạm amôn dao động từ 218-290 mg/L N-NH4+.
(Bùi Thị Nga và ctv., 2015b,
Nghiên cứu cho thấy nước thải biogas có thể thay thế phân hóa học trong cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng Cụ thể, việc sử dụng nước sau biogas đã được áp dụng thành công trong canh tác cây ớt (Phạm Việt Nữ và cộng sự, 2015), trồng nấm (Sreesha Malayil và cộng sự, 2016) và trồng dưa hấu (Yun Cao và cộng sự).
Năm 2016, nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phân bón hữu cơ giúp cây phát triển tốt và đạt năng suất tương đương với phân hóa học Ngoài ra, một số nghiên cứu đã áp dụng vật liệu hấp phụ và chế phẩm sinh học để xử lý nước thải từ biogas (Huỳnh Thị Mỹ Duyên và cộng sự, 2011; Nguyễn).
Thanh Văn và ctv., 2016, Bùi Thị Nga và ctv., 2016) và sử dụng vật liệu đã hấp phụ nước sau biogas để trồng rau (Huỳnh Thị Mỹ Duyên và ctv., 2011,
Bùi Thị Nga và ctv., 2016) Các nghiên cứu đã cho thấy nước sau biogas là
Luận án tiến sĩ ngành KT
Nghiên cứu về việc sử dụng nước sau biogas trong canh tác hoa màu đã chỉ ra rằng nước này có khả năng cung cấp đạm cho đất, đồng thời ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật Các câu hỏi nghiên cứu tập trung vào mối liên hệ giữa hàm lượng đạm và mật số vi sinh vật hiếu khí trong đất, cũng như việc giảm lượng phân hóa học và cải thiện chất lượng nông sản khi sử dụng nước sau biogas Tại ĐBSCL, cây bắp, đậu bắp và dưa leo là những loại hoa màu phổ biến do phù hợp với khí hậu và đất đai, đồng thời mang lại thu nhập ổn định Với hàm lượng đạm cao trong nước sau biogas, những loại cây này có tiềm năng đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, đặc biệt trong bối cảnh ngày càng gia tăng hạn mặn Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas để canh tác hoa màu” đã được triển khai nhằm đa dạng hóa sản phẩm nông nghiệp sạch và an toàn cho người tiêu dùng.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu về việc sử dụng nước sau biogas nhằm tận dụng dinh dưỡng để thay thế phân hóa học trong canh tác hoa màu không chỉ giúp hạn chế ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi mà còn cải thiện thu nhập cho nông hộ.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể Đánh giá được khả năng cung cấp đạm hữu dụng và hoạt động của vi sinh vật trong đất có bổ sung nước sau biogas nhằm xác định khả năng đáp ứng của cây bắp, đậu bắp với các thể tích nước sau biogas khác nhau Đánh giá được biến động đạm hữu dụng và mật số vi sinh vật hiếu khí
Luận án tiến sĩ ngành KT
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng sử dụng nước sau biogas trong canh tác cây bắp, cây đậu bắp và cây dưa leo Mục tiêu là xác định năng suất của các loại cây này khi được tưới bằng nước sau biogas, từ đó đánh giá hiệu quả môi trường và kinh tế so với việc sử dụng phân hóa học Kết quả sẽ cung cấp hướng dẫn cho nông hộ về việc áp dụng nước sau biogas trong canh tác hoa màu, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp bền vững.
Nội dung nghiên cứu
Dựa trên mục tiêu đặt ra, đề tài đã triển khai các nội dung nghiên cứu sau:
Nghiên cứu này tập trung vào khả năng cung cấp đạm hữu dụng từ vi sinh vật đất được tưới nước sau biogas, đồng thời đánh giá sự tăng trưởng của cây bắp và cây đậu bắp trồng trong chậu Kết quả sẽ giúp hiểu rõ hơn về tác động của nước tưới từ biogas đối với chất lượng đất và sự phát triển của cây trồng.
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích diễn biến đạm hữu dụng và vi sinh vật trong đất, cũng như năng suất của cây bắp, cây đậu bắp và cây dưa leo khi tưới nước sau biogas trong điều kiện ngoài đồng Bên cạnh đó, nghiên cứu còn đánh giá hiệu quả môi trường và kinh tế, đồng thời đề xuất hướng dẫn sử dụng nước sau biogas cho việc canh tác các loại cây này.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Thí nghiệm canh tác cây bắp, đậu bắp và dưa leo được thực hiện tại các hộ chăn nuôi heo sử dụng mô hình túi biogas ở quận Cái Răng, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ và huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng nước thải từ biogas và đất canh tác để trồng các loại cây này.
Luận án nghiên cứu về nước sau biogas từ mô hình khí sinh học sử dụng phân heo của hộ chăn nuôi quy mô 30-50 con Các chỉ tiêu an toàn sản phẩm như bắp, đậu bắp và dưa leo được đánh giá qua hàm lượng nitrat và E.coli Hiệu quả môi trường được xác định dựa trên lượng nước sau biogas được sử dụng để tưới cây thay vì thải ra thủy vực tiếp nhận, trong khi hiệu quả kinh tế được tính toán dựa trên khả năng sử dụng đồng vốn.
Ý nghĩa của luận án
Nghiên cứu hệ thống từ phòng thí nghiệm đến thực địa đã cung cấp dữ liệu quan trọng về việc sử dụng nước sau biogas trong canh tác hoa màu Kết quả này không chỉ hỗ trợ cho nghiên cứu mà còn phục vụ đào tạo các ngành liên quan đến môi trường và nông nghiệp, khẳng định hiệu quả của việc sử dụng nước sau biogas trong canh tác hoa màu.
Luận án tiến sĩ ngành KT
Sử dụng phân hóa học trong nông nghiệp tại vùng ĐBSCL giúp nâng cao môi trường và kinh tế, đồng thời đảm bảo sản phẩm nông sản đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm về nitrat và E.coli Kết quả này cung cấp dữ liệu khoa học quý giá cho công tác khuyến nông, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường và phát triển nền nông nghiệp bền vững.
Điểm mới của luận án
Nước sau biogas chứa đạm hữu ích cho đất, và hàm lượng đạm này có mối liên hệ chặt chẽ với hoạt động của vi sinh vật trong đất khi được bổ sung nước sau biogas.
Mật số vi sinh vật hiếu khí trong đất tưới nước sau biogas cao hơn so với khi sử dụng phân hóa học, trong khi hàm lượng đạm nitrat trong đất tưới nước sau biogas giảm một cách đáng kể so với bón phân hóa học vào cuối vụ.
Việc sử dụng nước sau biogas trong canh tác cây bắp và dưa leo giúp giảm lượng phân hóa học cần thiết, đồng thời giảm thiểu nước thải ra thủy vực Phương pháp này không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với việc bón phân hóa học, mà còn tạo ra hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng nước sau biogas cho nông dân trong khu vực nghiên cứu.
Luận án tiến sĩ ngành KT
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Địa điểm và thời gian nghiên cứu
Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ, cũng như tại các hộ nông dân ở quận Cái Răng, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ và huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng.
Mẫu phân tích được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Khoa học Môi trường thuộc Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, cùng với Bộ môn Khoa học Đất thuộc Khoa Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ.
Thời gian nghiên cứu: từ tháng 03/2015 đến tháng 06/2018.
Phương tiện thí nghiệm
Thí nghiệm chăn nuôi heo được thực hiện tại ba hộ gia đình: ông Nguyễn Văn Bình ở huyện Phong Điền, bà Trần Thị Hồng Ngoan ở quận Cái Răng, và ông Dương Tấn Thành ở huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng Các hộ này được lựa chọn do quy mô chăn nuôi từ 30-50 con heo, với chế độ ăn uống là thức ăn công nghiệp và không sử dụng chất kích thích Thời gian nuôi dưỡng kéo dài từ 4-5 tháng, giúp heo đạt trọng lượng khoảng 100 kg.
Hệ thống biogas được lắp đặt tại các hộ gia đình có túi ủ dài 10 m và đường kính 1,5 m, cho phép xuất bán sản phẩm với khối lượng 110 kg Nguyên liệu chính cho túi biogas là phân heo kết hợp với nước dội rửa chuồng nuôi heo, được nạp vào hàng ngày Hệ thống này hoạt động mà không cần khuấy trộn, đảm bảo hiệu quả trong việc sản xuất biogas.
Vào buổi sáng, mỗi hộ gia đình sử dụng từ 1-2 m³ nước, với khoảng cách từ vị trí túi ủ biogas không quá 100 m Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu quả môi trường và kinh tế của việc sử dụng nước sau biogas thay thế phân hóa học để tưới trực tiếp cho hoa màu, đặc biệt là phân tích hàm lượng đạm trong nước sau biogas trước mỗi đợt tưới Theo nghiên cứu của Bùi Thị Nga và cộng sự (2015, 2016), thời gian trồng hoa màu từ 2-3 tháng dẫn đến sự biến động không đáng kể về thời gian lưu và tải trọng chất rắn trong nước sau biogas giữa các đợt tưới.
3.2.1 Nước sau biogas cho thí nghiệm
Nước sau biogas được thu từ túi ủ biogas sau khi vệ sinh chuồng trong 10 phút và được trữ trong thùng nhựa 500 L từ 2-3 ngày để tưới cho cây vào buổi chiều Định kỳ tưới là 5 ngày một lần, theo nghiên cứu của Bùi Thị Nga và cộng sự (2015b), Phạm Việt Nữ và cộng sự (2015), với 2-3 lần tưới và lượng nước được tính toán cho từng giai đoạn sau khi trồng, nhằm tránh tình trạng cây bị ngộ độc đạm do cung cấp quá nhiều đạm cùng lúc Đạm là yếu tố quyết định đến năng suất trong canh tác hoa màu, vì vậy việc quản lý lượng nước tưới là rất quan trọng.
Luận án tiến sĩ ngành KT
Trong nghiên cứu này, 40 mẫu nước sau biogas đã được phân tích để xác định lượng nước có thể sử dụng cho việc tưới cây trồng Quá trình phân tích nước được thực hiện định kỳ mỗi 10 ngày một lần trước mỗi đợt tưới.
Kết quả phân tích nước sau biogas được trình bày ở Bảng 3.1
Bảng 3.1 Chất lượng nước sau biogas tại các điểm thí nghiệm
Chỉ tiêu Phong Điền Cái Răng Mỹ Tú QCVN62-MT:
Số liệu được trình bày dưới dạng Trung bình ± Độ lệch chuẩn, với n=3 Theo QCVN 62-MT: 2016/BTNMT (Cột B), quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy định về nước thải chăn nuôi khi xả ra nguồn nước không sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
Kết quả phân tích cho thấy giá trị pH trung bình của nước sau biogas ở mức trung tính, tương đồng với các nghiên cứu trước đây của Hoàng Kim Giao (2011) và Lê Hoàng Việt cùng cộng sự (2016) Điều này cho thấy nước thải biogas có tính chất phù hợp cho sự phát triển của cây trồng, như đã chỉ ra trong nghiên cứu của Bùi Thị Nga và cộng sự (2015b) cùng Lê Hoàng.
Nồng độ TKN trong nước thải (218-229 mg/L) đã vượt quá giới hạn cho phép theo QCVN 62-MT:2016/BTMNT (cột B) Mức nồng độ này thấp hơn so với nước sau biogas được ghi nhận trong các nghiên cứu của Hoàng Kim Giao (2011) và Lê Hoàng Việt cùng cộng sự (2016).
Nước sau biogas có nồng độ tổng đạm cao, khi bổ sung vào đất cùng với vi sinh vật, giúp tăng cường lượng đạm hữu dụng cho đất (Võ Thanh Phong và ctv., 2015) Nồng độ N-NH4+ và P-PO4 3- trong nước sau biogas rất giàu dinh dưỡng, nếu được sử dụng trong canh tác nông nghiệp, sẽ cung cấp nguồn đạm tốt cho cây trồng (Phạm Việt Nữ và ctv., 2015; Lê Hoàng Việt và ctv., 2016).
Kết quả phân tích vi sinh vật trong nước sau biogas được trình bày trong Bảng 3.1 cho thấy nước tại các điểm thí nghiệm vẫn còn sự hiện diện của vi sinh vật, với chỉ tiêu Coliform vượt quá mức cho phép Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Bùi Thị Nga và cộng sự (2015a) cũng như Lê Hoàng Việt và cộng sự (2017).
3.2.2 Nước kênh tưới cho hoa màu
Nước tưới cho hoa màu trong các thí nghiệm được lấy từ kênh bên cạnh khu đất trồng, nơi nông hộ đang sử dụng cho canh tác Kênh này có liên kết với sông và thực hiện việc trao đổi nước hàng ngày theo chế độ thủy triều.
Luận án tiến sĩ ngành KT
Thí nghiệm được thực hiện trên đất canh tác hoa màu, đảm bảo nguồn nước từ kênh sử dụng cho tắm heo và tưới hoa màu không bị mặn Kết quả phân tích chất lượng nước kênh và nước sau biogas được trình bày chi tiết trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2: Chất lượng nước kênh tại các điểm thí nghiệm
Chỉ tiêu Phong Điền Cái Răng Mỹ Tú QCVN 08 - MT:
Số liệu trong bài viết được trình bày dưới dạng Trung bình ± Độ lệch chuẩn với n=3 Theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột B1), quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt quy định tiêu chuẩn nước sử dụng cho mục đích tưới tiêu và thủy lợi.
Kết quả phân tích cho thấy pH của nước kênh tưới nằm trong khoảng quy định chất lượng nước mặt cho tưới tiêu Tại điểm thí nghiệm Mỹ Tú, nước kênh có mức ô nhiễm N-NH4+ thấp Tổng quan, nồng độ đạm và lân trong nước kênh cũng thấp hơn so với quy chuẩn về nước tưới tiêu theo QCVN 08 - MT: 2015/BTNMT (Cột B1).
3.2.3 Đất thí nghiệm Đất sử dụng cho thí nghiệm trong phòng được thu tại huyện Phong Điền (Cần Thơ) và đất trồng hoa màu trong thí nghiệm tại huyện Phong Điền, quận Cái Răng (Cần Thơ) là đất phù sa Fluvi-Mollic Gleysols và huyện Mỹ Tú (Sóc Trăng) là đất phù sa Dystri-Vertic Luvisols, đất tại các địa điểm là của các nông hộ chuyên trồng các loại cây hoa màu như đậu xanh, bắp, đậu bắp và khổ qua Theo phân loại của FAO: Fluvi-mollic Gleysols là đất phù sa có tầng mặt được bồi và tích tụ chất hữu cơ, Dystri-Vertic Luvisols là đất phù sa có hàm lượng sét cao, tầng mặt có vết nứt và độ bảo hòa