Nghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trường

Nghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trườngNghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gai xanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trường

NGUYỄN THẾ KHOA

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ BÃ THẢI

CÂY GAI XANH CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT SỢI DỆTTHANH HOÁ ĐẢM BẢO AN TOÀN MÔI TRƯỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - NĂM 2024

NGUYỄN THẾ KHOA

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH XỬ LÝ BÃ THẢI

CÂY GAI XANH CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT SỢI DỆTTHANH HOÁ ĐẢM BẢO AN TOÀN MÔI TRƯỜNG

Ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNGMã số: 9.44.03.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS LÊ NHƯ KIỂU2 TS DƯ NGỌC THÀNH

THÁI NGUYÊN - NĂM 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, công trình nghiêncứu được sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Như Kiểu và TS Dư Ngọc Thành từ năm2017 đến năm 2024 Các số liệu và kết quả đưa ra trong luận án là trung thực của

tác giả nghiên cứu thực hiện đề tài:“Nghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gaicủa nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trường” Các

thông tin trích dẫn trong luận án đã được ghi rõ nguồn gốc.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2024

Tác giả luận án

Nguyễn Thế Khoa

Xin chân thành cảm ơn tập thể Lãnh đạo nhà trường, Viện Thổ nhưỡng Nônghoá, Khoa Môi trường và các thầy cô giáo Trường Đại học Nông lâm - Đại học TháiNguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có thể học tập và nghiên cứu.

Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó!Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2024

Tác giả luận án

Nguyễn Thế Khoa

2 Mục đích và yêu cầu của đề tài 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

4 Đóng góp mới của luận án 2

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về cây Gai xanh 4

1.1.1 Đặc điểm thực vật học của cây Gai xanh 4

1.1.2 Đặc điểm của sợi Gai xanh 5

1.1.3 Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây Gai xanh 8

1.1.4 Giá trị kinh tế của cây Gai xanh 9

1.2 Tình hình sản xuất, chế biến và xử lý bã thải cây Gai xanh trên thế giới 11

1.3 Tình hình sản xuất, chế biến và xử lý bã thải cây Gai xanh ở Việt Nam 18

1.4 Sử dụng VSV trong xử lý các hợp chất giàu xenlulo 25

1.4.1 VSV phân giải xenlulo 25

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân giải xenlulo của VSV 26

1.5 Một số nghiên cứu về khả năng ứng dụng các nhóm VSV trong cung cấpdinh dưỡng cây trồng 28

1.5.1 VSV cố định nitơ 28

1.5.2 VSV phốt phát vô cơ khó tan hay VSV hòa tan phốt phát (PhosphateSolubilizing Microorganisms - PSM) 30

1.5.3 VSV kích thích sinh trưởng 32

1.6 Tình hình nghiên cứu, sản xuất phân bón hữu cơ, hữu cơ vi sinh từ phụ

phẩm nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam 34

1.6.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất phân bón hữu cơ, hữu cơ vi sinh từ phụphẩm nông nghiệp trên thế giới 34

1.6.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất phân bón hữu cơ, hữu cơ vi sinh từ phụphẩm nông nghiệp tại Việt Nam 38

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU 47

2.1 Đối tượng, phạm vi, địa điểm và thời gian nghiên cứu 47

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 47

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 47

2.1.3 Địa điểm nghiên cứu: 47

2.1.4 Thời gian nghiên cứu: tháng 08/2018 đến tháng 8/2021 47

2.2 Nội dung nghiên cứu 47

2.2.1 Điều tra tình hình sản xuất và chế biến sợi Gai xanh 47

2.2.2 Hiện trạng môi trường và tình hình xử lý bã thải cây Gai xanh sau thuhoạch 47

2.2.3 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV có ích để xử lý nguyên liệu và bổsung tạo phân bón hữu cơ vi sinh 47

2.2.4 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV phân giải xenlulo, cố định nitơ, phângiải phốt phát khó tan, kích thích sinh trưởng thực vật trên thiết bị lênmen 3 lít 48

2.2.5 Sản xuất các chế phẩm VSV phục vụ cho thử nghiệm 48

2.2.6 Xây dựng quy trình xử lý bã thải Gai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh482.2.7 Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ vi sinh đến cây Gai xanh tạiThanh Hóa 48

2.3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 49

2.3.1 Vật liệu và thiết bị nghiên cứu 49

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 49

2.3.2.19 Phương pháp xây dựng quy trình xử lý bã thải Gai xanh thành phân

bón hữu cơ vi sinh 63

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 65

3.1 Điều tra tình hình sản xuất và chế biến sợi Gai xanh trên địa bàn tỉnhThanh Hóa 65

3.1.1 Hiện trạng sản xuất, chế biến cây Gai xanh 65

3.1.2 Diện tích vùng trồng Gai xanh thâm canh 72

3.2 Hiện trạng môi trường và tình hình xử lý bã thải cây Gai xanh sau thuhoạch 73

3.2.1 Tính toán khối lượng bã thải cây Gai xanh 73

3.2.2 Đặc điểm của bãi thải từ cây gai xanh 73

3.2.3 Tình hình xử lý bã thải cây Gai xanh sau thu hoạch 76

3.3 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV có ích để xử lý nguyên liệu và bổsung tạo phân bón hữu cơ vi sinh 78

3.3.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV phân giải xenlulo cao từ các mẫuđất thu thập tại Thanh Hóa 78

3.3.2 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV có hoạt tính cố định nitơ tự do từcác mẫu đất trồng Gai xanh tại tỉnh Thanh Hóa 89

3.3.3 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV có khả năng phân giải các hợpchất phốt phát vô cơ khó tan từ các mẫu đất trồng Gai xanh tại tỉnhThanh Hóa 94

3.3.4 Phân lập và tuyển chọn các chủng VSV sinh tổng hợp chất kích thíchsinh trưởng thực vật từ các mẫu đất trồng Gai xanh tại tỉnh Thanh Hóa.993.3.5 Đánh giá an toàn sinh học và xác định tên loài các chủng VSV tuyểnchọn 104

3.4 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV phân giải xenlulo, cố định nitơ, phân giảiphốt phát khó tan, kích thích sinh trưởng thực vật trên thiết bị lên men 3lít 106

3.4.1 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV phân giải xenlulo 106

3.4.2 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV cố định nitơ 110

3.4.3 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV phân giải phốt phát khó tan 1133.4.4 Nghiên cứu nhân sinh khối VSV kích thích sinh trưởng thực vật 1153.5 Sản xuất các chế phẩm VSV phục vụ cho thử nghiệm 1183.5.1 Sản xuất chế phẩm vi sinh phân hủy bã thải sau chế biến cây Gai xanhthành nguồn hữu cơ 1183.5.2 Sản xuất chế phẩm vi sinh chứa VSV có ích (cố định nitơ, phốt phát vôcơ khó tan, sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật) để bổ sung vàophân hữu cơ tạo phân bón hữu cơ vi sinh 1223.6 Xây dựng quy trình xử lý bã thải Gai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh

3.6.1 Nghiên cứu về liều lượng chế phẩm vi sinh và số lần đảo đến thời gian xửlý bã thải Gai xanh và chất lượng phân hữu cơ tạo thành 1273.6.2 Nghiên cứu bổ sung phụ gia để nâng cao hiệu quả quá trình ủ nguyên liệu

3.6.3 Nghiên cứu bổ sung VSV hữu ích vào phân hữu cơ tạo phân bón hữu cơvi sinh 1383.6.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm phân hữu cơ vi sinh tạo thành sau quátrình thử nghiệm trên đống ủ lớn (2 tấn/đống) 1393.6.5 Xây dựng quy trình xử lý bã thải Gai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh

3.7 Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ vi sinh đến cây Gai xanh tại ThanhHóa 1453.7.1 Ảnh hưởng của bón phân bón hữu cơ vi sinh đến chiều cao cây của giốngGai xanh 1453.7.2 Ảnh hưởng của bón phân bón hữu cơ vi sinh đến đường kính thân củagiống Gai xanh 1453.7.3 Ảnh hưởng của bón phân bón hữu cơ vi sinh đến năng suất thân tươi vànăng suất bẹ khô của cây Gai xanh giống 1463.7.4 Hiệu quả kinh tế - xã hội, môi trường của việc sử dụng phân bón hữu cơvi sinh làm từ bã thải cây Gai xanh 147

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 150DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨUCỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 152TÀI LIỆU THAM KHẢO 153PHỤ LỤC 170

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

FAO : Tổ chức nông lương thế giớiIAA : Axit Indole -3 -AceticNFB : Nitrogen Fixing BacteriaNPK : Phân bón N.P.K

UBND : Ủy ban nhân dânVSV : vi sinh vật

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh chất lượng sợi Gai xanh với các loại sợi tự nhiên khác 7Bảng 1.2 Thành phần hóa học của sợi Gai xanh 8Bảng 1.3 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong một số phụ phẩm trồng trọt

Bảng 2.1 Các công thức đánh giá hiệu quả xử lý bã thải Gai xanh của chếphẩm chứa VSV phân giải xenlulo 60Bảng 2.2 Các công thức nghiên cứu bổ sung phụ gia 61Bảng 3.1 Hiện trạng trồng cây Gai xanh trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa 66Bảng 3.2 Hiện trạng đất trồng cây Gai xanh trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa 67Bảng 3.3 Tính toán khối lượng nguyên liệu đáp ứng công suất tiêu thụ củanhà máy sợi dệt tại Thanh Hoá 68Bảng 3.4 Diện tích quy hoạch trồng cây Gai xanh giai đoạn 2018 - 2025 vàđịnh hướng đến 2030 70Bảng 3.5 Diện tích đất có khả năng thâm canh Gai xanh vùng nguyên liệuđến năm 2025 và định hướng đến năm 2030 72Bảng 3.6 Một số chỉ tiêu lý, hóa, sinh học trong bã thải cây Gai xanh 75Bảng 3.7 Số liệu điều tra về sử dụng chất thải cây Gai xanh của nông dân 77Bảng 3.8 Các chủng VSV phân lập từ mẫu đất và phân ủ tại Thanh Hóa 79Bảng 3.9 Đặc điểm hình thái và khả năng tạo vòng phân giải CMC của cácchủng vi khuẩn phân giải xenlulo phân lập 83Bảng 3.10 Đặc điểm hình thái và khả năng tạo vòng phân giải CMC của cácchủng xạ khuẩn phân giải xenlulo phân lập 84Bảng 3.11 Tỷ lệ giảm khối lượng bã thải trong bình ủ ở nhiệt độ phòng sau30 ngày 85Bảng 3.12 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng VSV phân giải xenlulotuyển chọn 87Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nguồn cacbon khác nhau (gluco, sacharo, tinh bột,CMC) đến sinh trưởng, phát triển của các chủng VSV tuyển chọn.87

Bảng 3.14 Hoạt tính enzyme ngoại bào của các chủng xạ khuẩn lựa chọn 89

Bảng 3.15 Đặc điểm của các chủng Azotobacte phân lập có khả năng cố địnhnitơ tự do 90Bảng 3.16 Khả năng cố định nitơ của các chủng vi khuẩn phân lập 93Bảng 3.17 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của chủng VSV cố định nitơ tự do(ACT02) 94Bảng 3.18 Đặc điểm của các chủng VSV phân lập có khả năng phân giảiCa3(PO4)2 95Bảng 3.19 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng VSV phân giải lân phânlập 97Bảng 3.20 Đánh giá hoạt tính phốt phát vô cơ khó tan của các chủng VSVphân lập 98Bảng 3.21 Đặc điểm của các chủng VSV sinh tổng hợp chất kích thích sinhtrưởng thực vật 99Bảng 3.22 Đánh giá hoạt tính sinh IAA của các chủng vi khuẩn phân lập sau48h nuôi cấy 102Bảng 3.23 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng VSV sinh tổng hợp chấtkích thích sinh trưởng thực vật (KCT5) 104Bảng 3.24 Kết quả định danh các chủng vi khuẩn lựa chọn 105Bảng 3.25 Phân định độ an toàn sinh học của các chủng vi khuẩn lựa chọn

Bảng 3.26 Ảnh hưởng của các nguồn dinh dưỡng khác nhau đến sự pháttriển của các chủng VSV phân giải xenlulo 107Bảng 3.27 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng khác nhau đến hoạt tính sinhhọc của các chủng VSV phân giải xenlulo 107Bảng 3.28 Các thông số kỹ thuật lên men thích hợp của các chủngStreptomyces PU1.1 và PU2.1 108Bảng 3.29 Hoạt tính sinh học của các chủng Streptomyces PU1.1, PU2.1 sauquá trình lên men 110Bảng 3.30 Ảnh hưởng của các nguồn dinh dưỡng khác nhau đến sự pháttriển của các chủng VSV cố định nitơ 110

Bảng 3.31 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng khác nhau đến hoạt tính sinhhọc của các chủng VSV cố định nitơ 111Bảng 3.32 Các thông số kỹ thuật lên men thích hợp của chủng AzotobacterACT02 111Bảng 3.33 Hoạt tính sinh học của chủng ACT02sau quá trình lên men 112Bảng 3.34 Ảnh hưởng của các nguồn dinh dưỡng khác nhau đến sự pháttriển của các chủng VSV phân giải phốt phát khó tan 113Bảng 3.35 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng khác nhau đến hoạt tính sinhhọc của các chủng VSV cố định nitơ 113Bảng 3.36 Các thông số kỹ thuật lên men thích hợp của chủng BacillusPCT2 114Bảng 3.37 Hoạt tính sinh học của chủng PCT2 sau quá trình lên men 115Bảng 3.38 Ảnh hưởng của các nguồn dinh dưỡng khác nhau đến sự pháttriển của các chủng VSV sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật115

Bảng 3.39 Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng khác nhau đến hoạt tính sinhhọc của các chủng VSV sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật 116

Bảng 3.40 Các thông số kỹ thuật lên men thích hợp của chủng AzotobacterKCT5 116Bảng 3.41 Hoạt tính sinh học của chủng Azotobacter KCT5 sau quá trình lênmen 117Bảng 3.42 Tổ hợp VSV sử dụng trong sản xuất chế phẩm vi sinh phân hủybã thải Gai xanh 118Bảng 3.43 Khả năng tồn tại của các chủng Streptomyces lilaceus PU1.1 vàStreptomyces misionensis PU2.1 trong điều kiện hỗn hợp chủngdạng lỏng 118Bảng 3.44 Hoạt tính sinh học của các chủng Streptomyces lilaceus PU1.1 vàStreptomyces misionensis PU2.1 trong điều kiện hỗn hợp chủng 119

Bảng 3.45 Khả năng tồn tại của các chủng xạ khuẩn Streptomyces lilaceusPU1.1 và Streptomyces misionensis PU2.1 trong chất mang than

Bảng 3.51 Liều lượng chế phẩm vi sinh và số lần đảo 127

Bảng 3.52 Một số chỉ tiêu hóa học trong bã thải Gai xanh sau xử lý ủ chếphẩm vi sinh 132

Bảng 3.53 Một số chỉ tiêu so sánh giữa việc ủ VSV tự nhiên và ủ bổ sungchế phẩm vi sinh sau 28 ngày ủ 133

Bảng 3.54 Công thức bổ sung phụ gia 133

Bảng 3.55 Một số chỉ tiêu hóa học sau quá trình ủ 135

Bảng 3.56 Đánh giá độ hoai mục đống ủ sau 30 ngày 136

Bảng 3.57 Tỷ lệ nảy mầm của hạt cải trên nền các cơ chất khác nhau 137

Bảng 3.58 Nhiệt độ trong các túi sản phẩm phân ủ sau 28 ngày 137

Bảng 3.59 Công thức thí nghiệm tỷ lệ giống và thời gian ảnh hưởng đến sinhtrưởng và phát triển của các chủng VSV hữu ích trong cơ chấthữu cơ 138

Bảng 3.60 Một số chỉ tiêu lý, hóa học của sản phẩm sau 4 tuần ủ 140

Bảng 3.61 Mật độ tế bào các nhóm VSV trong phân hữu cơ vi sinh thànhphẩm 141

Bảng 3.62 Chiều cao cây của cây Gai xanh giống 145

Bảng 3.63 Đường kính thân của cây Gai xanh giống 146

Bảng 3.64 Năng suất thân tươi của cây Gai xanh giống 146Bảng 3.65 Năng suất bẹ khô của cây Gai xanh giống 146Bảng 3.66 Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh trongcanh tác cây Gai xanh 147

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Bã thải của cây Gai xanh sau thu hoạch 74Hình 3.2 Bã thải cây Gai xanh sau thu hoạch tại đồng ruộng 76Hình 3.3 Khuẩn lạc và vòng phân giải cơ chất CMC của chủng VSV phânlập (vòng tròn trong suốt bao quanh khuẩn lạc) 83Hình 3.4: Hình ảnh khuẩn lạc của các chủng VSV có khả năng phân giải

Hình 3.5: Đánh giá khả năng phân giải xenlulo của 02 chủng VSV phân lập85

Hình 3.5 Minh họa độ sụt giảm khối lượng bã thải Gai xanh sau 30 ngày xử

Hình 3.6 Minh họa hình ảnh phản ứng màu của các chủng Azotobacter với

Hình 3.7 Phân lập các chủng VSV phân giải Ca3(PO4)2(tạo vòng trong baoquanh) từ mẫu đất trồng Gai xanh của huyện Cẩm Thủy 96Hình 3.8 Vòng tròn trong suốt bao quanh khuẩn lạc của các VSV phân lập 98Hình 3.9 Khả năng sinh tổng hợp IAA thô của các chủng VSV tuyển chọn

Hình 3.10 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý bã thải Gai xanh của chế phẩm

DANH MỤC ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ

Đồ thị 3.1 Động thái phát triển của chủng Streptomyces PU1.1 phân giảixenlulo trên thiết bị lên men chìm 109Đồ thị 3.2 Động thái phát triển của chủng Streptomyces PU2.1 phân giảixenlulo trên thiết bị lên men chìm 109Đồ thị 3.3 Động thái phát triển của chủng Azotobacter ACT02 cố định Nitơtự do trên thiết bị lên men chìm 112Đồ thị 3.4 Động thái phát triển của chủng Bacillus PCT2 phân giải phốtphát khó tan trên thiết bị lên men chìm 114Đồ thị 3.5 Động thái phát triển của chủng Azotobacter KCT5 sinh chất kíchthích sinh trưởng thực vật trên thiết bị lên men chìm 117Đồ thị 3.6 Biến động nhiệt độ của đống ủ theo thời gian sau khi xử lý ủ chếphẩm vi sinh ở các công thức 128Đồ thị 3.7 Sự thay đổi pH trong đống ủ sau xử lý ủ 129Đồ thị 3.8 Sự biến động mật độ VSV hiếu khí tổng số trong đống ủ sau 4tuần xử lý chế phẩm vi sinh 130Đồ thị 3.9 Sự biến động mật độ Vi khuẩn hiếu khí phân giải xenlulo trongđống ủ sau 4 tuần xử lý chế phẩm vi sinh 130Đồ thị 3.10 Sự biến động mật độ Xạ khuẩn hiếu khí phân giải xenlulo trongđống ủ sau 4 tuần xử lý chế phẩm vi sinh 131Đồ thị 3.11 Một số chỉ tiêu hóa học trong bã thải Gai xanh sau xử lý ủ chếphẩm vi sinh 132Đồ thị 3.12 Sự biến động nhiệt độ trong quá trình ủ ở các công thức bổ sungphụ gia khác nhau 134Đồ thị 3.13 Sự biến động số lượng VSV trong quá trình ủ 135Đồ thị 3.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống và thời gian đến sinh trưởng và pháttriển của các chủng VSV hữu ích trong cơ chất hữu cơ 139Sơ đồ 3.1 Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh phân hủy bã thải 121Sơ đồ 3.2 Quy trình sản xuất chế phẩm VSV có ích 126

Sơ đồ 3.3 Quy trình xử lý bã thải Gai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh 144

MỞ ĐẦU1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về các sản phẩm may mặc cũngnhư nhu cầu về nguyên liệu của ngành dệt may nước ta ngày càng lớn Việc pháttriển cây nguyên liệu khác ngoài cây bông nhằm bổ sung cơ cấu nguyên liệu chongành dệt may là rất cần thiết, góp phần giảm dần việc nhập khẩu xơ, tiết kiệmngoại tệ và chủ động sản xuất, tạo ra sản phẩm mới có giá trị gia tăng cao.

Theo đánh giá, hàng năm các nhà máy sản xuất dệt sợi trong nước cần hàngchục ngàn tấn nguyên liệu, nhu cầu đầu vào rất lớn nhưng việc sản xuất sợi Gaixanh chỉ mới duy trì quy mô nhỏ lẻ nên phải nhập khẩu gần như toàn bộ từ nướcngoài, chi phí rất tốn kém Do đó, việc nhân rộng các mô hình trồng Gai xanh sẽmang lại lợi ích song hành, vừa tiết kiệm được nguồn ngoại tệ lớn, đồng thời tạo racông ăn việc làm nhằm tăng thu nhập cho người nông dân.

Năm 2016, Công ty Cổ phần Đầu tư phát triển sản xuất và Xuất nhập khẩu AnPhước đầu tư dự án nhà máy sản xuất sợi dệt kết hợp phát triển vùng nguyên liệucây Gai xanh tại xã Cẩm Tú, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa Theo Sở Nôngnghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Thanh Hoá, tính đến tháng 12 năm 2021, diệntích trồng Gai xanh trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa đạt 460 ha Hiện nay, tất cả diệntích trồng Gai xanh nguyên liệu trên địa bàn tỉnh đều được Công ty này ký hợpđồng và bao tiêu sản phẩm.

Trong quá trình sản xuất, lượng bã thải từ việc nghiền cây Gai xanh lấy sợi làrất lớn Tuy là bã thải nhưng trong bã cây lại có nhiều chất hữu cơ "bổ béo" mà câyGai xanh đã hút từ đất như protêin, lipít, các chất khoáng, vitamin

Mỗi năm 1ha cây Gai xanh cần lượng phân bón hóa học vào khoảng 1,9 tấn.Với diện tích 460 ha trồng Gai xanh và còn phát triển hơn nữa trong thời gian tới thìnhu cầu phân bón của nông dân là rất lớn Việc sử dụng phân bón hữu cơ vi sinhbón cho cây trồng giúp cung cấp chất hữu cơ cho đất, làm gia tăng hệ vi sinh vật(VSV) đất, tăng khả năng giữ nước, giữ phân bón làm cho đất tơi xốp hơn, bộ rễ câytrồng khỏe, tăng hiệu suất sử dụng phân bón cho cây, tăng khả năng chống chịu sâubệnh hại và năng suất cây trồng.

Chính vì vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu quy trình xử lý bã thải cây Gaixanh của nhà máy sản xuất sợi dệt Thanh Hoá đảm bảo an toàn môi trường”

được thực hiện nhằm đáp ứng yêu cầu xử lý hiệu quả số lượng lớn bã thải, giảm ônhiễm môi trường và tạo ra loại phân bón hữu cơ phục vụ cho sản xuất cây Gaixanh nói riêng và các cây trồng khác nói chung, góp phần sản xuất nông nghiệptheo hướng kinh tế tuần hoàn, tạo sản phẩm sạch, an toàn.

2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

2.1 Mục đích

Xử lý được bã thải từ trồng cây gai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh nhằmgiảm thiểu phát sinh chất thải gây ô nhiễm môi trường, nâng cao năng suất câytrồng và phù hợp với xu hướng phát triển kinh tế tuần hoàn.

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận án là những đóng góp về mặtphương pháp luận và cơ sở khoa học cho việc phân lập và tuyển chọn bộ chủngVSV phù hợp với quá trình chuyển hóa ligno - xenlulo, áp dụng trong xử lý bã thảicây gai xanh làm phân bón hữu cơ vi sinh.

- Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài có ý nghĩa thực tiễn tận dụng hiệu quả chất thảinông nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao năng suất câytrồng và phù hợp với xu hướng phát triển kinh tế tuần hoàn.

4 Đóng góp mới của luận án

- Phân lập và tuyển chọn được 02 chủng xạ khuẩn có khả năng phân giảixenlulo cao phù hợp để xử lý bã thải trồng cây gai xanh làm nguyên liệu sản xuất

phân bón hữu cơ vi sinh Các chủng này đã được định tên đến loài bằng phân tíchtrình tự 16S – rARN.

- Phân lập và tuyển chọn được 03 chủng vi khuẩn cố định nitơ, phân giải phốtphát vô cơ khó tan, kích thích sinh trưởng có hoạt tính sinh học cao phù hợp vớiđiều kiện thổ nhưỡng của tỉnh Thanh Hóa để sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh

- Đã xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh từ các chủng vi sinhtuyển chọn được và quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh để xử lý bã thải trồng câyGai xanh thành phân bón hữu cơ vi sinh đạt tiêu chuẩn theo quy định hiện hành củaBộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh từ bãthải bón cho cây Gai xanh, giúp giảm ô nhiễm môi trường do tái sử dụng bã thải dưthừa sau sản xuất thành sản phẩm có ích.

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU1.1 Tổng quan về cây Gai xanh

1.1.1 Đặc điểm thực vật học của cây Gai xanh

Cây Gai xanh (Boehmeria nivea L Gaud) tên tiếng Anh là Green Ramie,Chinese grass, thuộc họ Gai xanh (Urticaceae), là loại cây song tử diệp, đâm chồi

lưu niên, cao 0,9 - 2,1m, cây lưỡng tính, thụ phấn nhờ gió Là loài lưỡng bội với2n=14 (Balakrishna Gowda, 2010) Toàn bộ cây Gai xanh gồm có 2 phần liên quanmật thiết: bộ phận khí sinh và bộ phận địa sinh Bộ phận khí sinh gồm có các thânkhí sinh, cành, lá, hoa, quả; bộ phận địa sinh gồm có các loại thân ngầm và các loạirễ (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003).

Thân khí sinh từ các loại thân ngầm từ dưới đất đâm lên, có thể cao đến 3m,đường kính gốc 10 - 20mm, phía ngọn thót lại nhiều ít tùy giống Thân Gai xanhthường được phủ bằng những lông nhỏ không dễ thấy, không có cành nhánh hoặccó rất ít Mỗi gốc Gai xanh thường có từ 10 đến 50 thân khí sinh, tùy giống, tùy tuổivà tùy điều kiện sinh sống Khi cây còn nhỏ thân có màu xanh, khi già thì chuyểnsang màu nâu.

Lá Gai xanh hình tim, mọc cách trên thân, mặt trên lá màu xanh, mặt dưới cónhiều lông tơ trắng Phiến lá thường dài 10 - 18cm, rộng 9 - 16cm hình thon hayquả tim, mũi nhọn, thường có 3 - 5 gân chính tùy chủng, từ gân chính đâm ra rấtnhiều gân con thành hình lưới, gân nổi gồ lên về phía mặt dưới lá Mép lá có răngcưa Lá có cuống dài (5 - 13cm) và có lá kèm Lá kèm có hình trứng với một đầunhọn.

Hoa Gai xanh mọc thành cụm ở trên ngọn, thuộc loại hoa đơn tính đồng chu,với 5 đài hoa và không có cánh hoa Cấu tạo hoa cây Gai xanh gồm một tế bào, mộtbầu nhụy, một vòi nhụy nhỏ có lông ở một bên Hoa đực mọc ở phần dưới thấp, có5 nhị hoa và 1 bầu nhụy non Hoa cái ra sau nên ở phía trên, ở đoạn thân hoa đực vàhoa cái tiếp giáp nhau thì mọc lẫn lộn Đầu tiên, hoa đực nở và nhờ gió thụ phấn.Sau đó hoa phát triển thành quả có rất nhiều hạt nhỏ Quả Gai xanh thuộc loại quảkhô, có 2 tâm bi làm thành 1 ngăn chứa 1 hạt, khi chín thì quả màu nâu nhạt Hạt

được tạo thành với số lượng lớn Hạt Gai xanh màu nâu đậm, hình thuẫn dẹp, dài0,7mm, rộng 0,6mm, có phôi nhũ chứa dầu Hạt có kích thước rất nhỏ, 1g hạt cókhoảng 7000 hạt (Tara Sen và H N Jagannatha Reddy, 2011).

Thân ngầm của Gai xanh giống như rễ, do đó thường gọi là “rễ” Những thânngầm này lúc đầu đâm ngang, rồi sau đâm xiên lên khỏi mặt đất thành thân khí sinh.Thực tế, thân ngầm khác rễ ở chỗ có nhiều đốt, mỗi đốt lại có mầm ngủ mọc lênthành thân khí sinh Những thân ngầm này cắt thành đoạn đem trồng thì thànhnhững cá thể mới.

Gai xanh trồng bằng thân ngầm hay bằng hom thân, thì đầu tiên trên đó pháttriển loại rễ bất định và rễ hom lụi dần đi Gai xanh trồng bằng hạt thì thời kỳ câycon cũng có rễ cái và rễ con nhưng về sau lụi đi và chỉ phát sinh rễ bất định trênthân khí sinh và thân ngầm Đặc biệt, cây Gai xanh có loại rễ rất phát triển, phình tolên, và chứa nhiều chất dự trữ gọi là rễ củ (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003).Thân ngầm bắt đầu mọc sau khi trồng khoảng 5 - 20 ngày Giai đoạn đầu, cây sinhtrưởng nhờ chất dinh dưỡng dự trữ trong rễ Có thể thu hoạch Gai xanh sau khitrồng 3 - 10 tháng nhưng lần thu hoạch đầu thường không sử dụng sợi được vì câyphát triển không đều và chất lượng sợi kém (Brink M và Escobin R.P., 2003).

Việc hiểu rõ được các đặc điểm thực vật học của cây Gai xanh làm cơ sở khoahọc để thực hiện các biện pháp nhân giống và canh tác Dựa vào đặc điểm mọc lannhanh của thân ngầm để bố trí khoảng cách trồng hợp lý, dựa vào đặc điểm của thânkhí sinh và sự phát triển của bộ rễ Gai xanh mà xác định mật độ trồng, liều lượng,phương pháp và thời kỳ bón phân thích hợp Qua đó tạo tiền đề cho ruộng Gai xanhđạt năng suất cao và chất lượng sợi tốt.

1.1.2 Đặc điểm của sợi Gai xanh

Mặt cắt ngang sợi Gai xanh có hình hơi dẹt, hình dạng không đều, có vách dàyvà thon nhọn ở 2 đầu Vách tế bào có vằn sọc theo chiều dọc Sợi Gai xanh chứa 69-91% xenlulo, 5 - 13% hemi xenlulo, 1% lignin, 2% pectin và 2 - 4% tro Vỏ câyGai xanh tách từ thân có chứa một lượng lớn chất gôm vì vậy cần có phương phápđặc biệt để loại bỏ chúng Chất gôm có thành phần chính là hemi xenlulo và pectin,những chất này không hòa tan trong nước nhưng hòa tan được trong dung dịchkiềm Sợi Gai xanh đã khử gôm có chứa 96 - 98% xenlulo (Brink M và Escobin

R.P., 2003).

Sợi Gai xanh bóng tự nhiên như tơ tằm và thường bị nhầm với tơ tằm Nó cóhàm lượng lignin thấp (0,5%) so với sợi đay (13,5%) Sợi Gai xanh mịn hơn, tế bàosợi Gai xanh đồng đều và tròn hơn so với các loại sợi khác (Pratik Satya và ctv,2010).

Sợi Gai xanh là loại sợi có giá trị vì nó mịn, bóng, độ bền cao, chịu lực tốt,chịu ẩm tốt và có khả năng trộn với tất cả các loại sợi tự nhiên và nhân tạo khác SợiGai xanh kháng lại các hoạt động hóa học tốt hơn so với các loại sợi khác và ít chịuảnh hưởng của vi khuẩn, nấm bao gồm cả nấm mốc Tuy nhiên, sợi Gai xanh cũngchịu ảnh hưởng bởi một số sinh vật trong điều kiện nóng và ẩm.

Sợi Gai xanh dài nhất trong các loại sợi thực vật, tế bào sợi Gai xanh có chiềudài khoảng 40 - 250mm và đường kính khoảng 25 - 60µm, dài gấp khoảng 6 lần sợibông, 10 lần so với sợi lanh và 8 lần so với tơ tằm Tuy nhiên, một nghiên cứu củaMỹ cho rằng sợi Gai xanh dài 5 - 36mm và đường kính khoảng 41,8µm Sợi Gaixanh có tỷ lệ chiều dài/độ mảnh cao thể hiện cho loại sợi chất lượng tốt, tỷ lệ này ởsợi Gai xanh thậm chí cao hơn 1000 - 3000 lần so với sợi bông (Sarkar D và ctv,2010).

Độ bền, khả năng thấm nước, khả năng nhuộm màu của sợi Gai xanh cao hơnso với sợi bông và sợi lanh nhưng độ mịn thì chỉ tương đương Tuy nhiên, khi ẩm,sợi Gai xanh co giãn kém hơn các loại sợi khác và khi trộn với lông cừu, khả năngco giãn vẫn thấp hơn so với lông cừu (Brink M và Escobin R.P., 2003) Sợi Gaixanh có thể hấp thụ nước và cũng nhanh khô mà không bị co hoặc biến dạng TheoCoss và Tayler (1948), khả năng hút nước khoảng 100% trong vòng 10 phút và195% trong vòng 72 giờ Sợi Gai xanh có màu cực trắng, tương đương với tơ tằmvà không bị đổi màu Sợi Gai xanh có tỉ trọng khoảng 1,50 đến 1,55 (Tara Sen và H.N Jagannatha Reddy, 2011).

Độ bền, độ giãn của sợi Gai xanh lần lượt là 400 - 940 N/mm2, 3,6 - 3,8% SợiGai xanh có khả năng kháng khuẩn, tăng độ bền khi ngâm trong nước, đặc biệt lànước biển (Brink M và Escobin R.P, 2003) Có báo cáo cho rằng sợi Gai xanh bềngấp 8 lần sợi bông, 7 lần so với tơ tằm và độ bền càng tăng khi độ ẩm tăng Tuynhiên một báo cáo khác lại cho rằng sợi Gai xanh bền tương đương với sợi bông,

lanh, gai xanh dầu Sự khác nhau này có thể do ảnh hưởng của nguồn cung cấp,phương pháp xử lý sợi, điều kiện canh tác, nhiệt độ, độ ẩm (Tara Sen và H N.Jagannatha Reddy, 2011).

Bảng 1.1 So sánh chất lượng sợi Gai xanh với các loại sợi tự nhiên khácĐặc điểmSợi Gai xanh Sợi bôngSợi đaySợi lanhĐặc điểm vật lý

Chiều dài tế bào sợi (mm) 20 - 25 16 - 52 0,8 - 6,0 26 - 65

Theo Nelson Potenciano Marinho và cs.(2018), các chất tách chiết từ cây Gaixanh có khả năng hòa tan trong nước (lạnh và nóng) chiếm 8,40% của các nguyêntố hữu cơ bám vào thành sợi (bao gồm các chất pectic như polysaccharides, gôm vànhựa) và phần còn lại của nhu mô, khoáng chất hữu cơ và phenolic Phần trăm cáchợp chất có thể chiết xuất trong dung môi hữu cơ là 45,32%, bao gồm các axit béo,sáp, chất béo và dầu, thường được tìm thấy trong sợi sau quá trình degumming.Hàm lượng tro thấp 1,70% Hàm lượng lignin là 1,06%, nhưng khác nhau giữa các

loại thực vật, chủ yếu ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau Hàm lượng xenlulovà hemixenlulo là 71,09 và 12,11%, tương ứng Các giá trị này phụ thuộc vào lượngchất dinh dưỡng có sẵn trong đất và giai đoạn của sự trưởng thành của cây.

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của sợi Gai xanh

TTChỉ tiêu phân tíchThành phần sợi Gai xanh (%)

3 Các chất tách chiết hòa tan trong etanol

Nguồn: Nelson Potenciano Marinho và cs.(2018).

1.1.3 Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây Gai xanh

- Yêu cầu về đất: Cây Gai xanh dễ trồng và phát triển trên hầu hết các loại đất

nhưng trồng tốt nhất trên các loại đất tơi xốp, giàu dinh dưỡng và thoát nước tốt Nócũng thích hợp với các loại đất có nguồn gốc núi lửa (Robert, 2005) Đất thịt nhẹ,cát pha và đất cát nhẹ thoát nước tốt thích hợp cho cây Gai xanh phát triển Đất sétvà đất thịt nặng thì không trồng được Gai xanh Cây Gai xanh rất mẫn cảm với độẩm, không phát triển được ở chân đất cát khô và trên đất thoát nước kém Cây Gaixanh rất hợp với đất rừng, trồng lên luống (Singh, 2009) Độ pH đất thích hợp đểtrồng Gai xanh khoảng 5,5 - 6,6 Nhưng Robert (2005) lại cho rằng pH có thể nằmtrong khoảng 4,3 - 7,3 và thích hợp nhất trên đất chua nhẹ Đất đá vôi không thíchhợp với cây Gai xanh mặc dù Gai xanh có nhu cầu cao về canxi Gai xanh là câyphàm ăn và nhanh làm cạn kiệt đất nên đòi hỏi đất phải tốt hoặc bón phân đầy đủ đểcây phát triển Đối với các loại đất nghèo dinh dưỡng, để trồng Gai xanh thì cần bón

nhiều phân hữu cơ Tất cả các tàn dư thực vật sau khi tách sợi nên trả lại cho đấthoặc bón bổ sung phân hữu cơ hoặc vô cơ cho đất.

- Yêu cầu về khí hậu: Mặc dù được trồng nhiều ở các vùng nhiệt đới nhưng

cây Gai xanh phát triển tốt nhất ở các vùng á nhiệt đới (Brink M và Escobin R.P.,2003) Cây Gai xanh phát triển tốt ở điều kiện ấm với nhiệt độ khoảng 25 - 310C.Cây không ưa ánh sáng trực xạ, phát triển tốt ở ánh sáng yếu, ngày ngắn thì thúcđẩy cây Gai xanh nở hoa Gai xanh là cây ưa ẩm, lượng mưa trung bình năm yêucầu là 1.000 - 1.400mm, khi non hơi chịu bóng, ẩm độ tương đối khoảng 80%(Koichi, 2006) Theo Robert (2005), cây Gai xanh sống tốt nhất ở những vùng cónhiệt độ và độ ẩm cao với tổng lượng mưa khoảng 1100mm và phân bố đều trongnăm.

Cây Gai xanh rất mẫn cảm với sự úng nước, nó không phát triển tốt ở nhữngvùng thường xuyên có bão hoặc lũ lụt Sự ngập úng đã làm ảnh hưởng đáng kể đếnchiều cao cây, trọng lượng thân và năng suất sợi khô nhưng ảnh hưởng không đángkể đến độ mịn và đường kính sợi (Brink M và Escobin R.P., 2003) Như vậy, điềukiện thổ nhưỡng và khí hậu ở Việt Nam rất thuận lợi cho sự sinh trưởng, phát triểncủa cây Gai xanh và thực tế cây Gai xanh đã được trồng ở nước ta từ lâu đời.

1.1.4 Giá trị kinh tế của cây Gai xanh

Một số loài trong họ Gai xanh được trồng để lấy sợi như Boehmeria nivea (L.)Gaudich., Boehmeria holosericea Blume, Maoutia puya (Hook.f.) Wedd.,Oreocnide frutescens (Thunb.) Miq (Dương Thị Hoàn và Hà Thị Vân Anh, 2009).

Gai xanh là một trong những cây lấy sợi từ vỏ rất có giá trị vì sợi Gai xanh cónhiều đặc tính quý và do đó có nhiều công dụng quan trọng Sợi Gai xanh là loại sợidệt cổ xưa nhất, được sử dụng từ thời tiền sử ở Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia,được nhắc đến và ngợi ca trong nhiều bài thơ cổ (Sanskrit) (Brink M và EscobinR.P., 2003).

Sợi Gai xanh chịu được nấm mốc, dễ nhuộm màu, không nhăn nhúm, sau khixử lý khử keo hoặc biến tính bằng phương pháp hóa học thì độ mềm mại tăng cao,do đó nó cũng là nguyên liệu cao cấp để dệt nên các loại hàng có giá trị.

Vải dệt từ xơ Gai xanh có khả năng kháng khuẩn, nấm mốc, chống thối rữa,mục nát, bền với ánh sáng, có khả năng chống bám bẩn tự nhiên, thấm hút nước tốt

cho người sử dụng cảm giác thoải mái khi mặc Loại vải này có đặc tính dễ nhuộm,có độ bền màu ướt tốt, tăng bền khi ướt, chịu được nhiệt độ cao của nước khi giặt,vải càng giặt càng bóng, độ co sau giặt thấp (Phạm Thị Mỹ Giang, 2010).

Vải Gai xanh có lĩnh vực áp dụng rộng rãi: trong lĩnh vực nội thất nó đượcdùng làm drap trải giường, trải bàn, dệt chiếu, màn cửa… cao cấp Trong lĩnh vựcmay mặc thì sản phẩm Gai xanh đại diện cho phong cách thời trang gần gũi thiênnhiên, thân thiện môi trường là xu thế của tương lai (Lê Quốc Ân, 2010), dùng đểmay các mặt hàng cao cấp như áo Kimono, quần áo thể thao, tã lót trẻ em, làm gối,khăn tay, khăn quàng cổ, giá lót cho áo complet (do khử mùi tốt, không bị hôitrong điều kiện ẩm ướt) (Brink M và Escobin R.P., 2003) Sợi Gai xanh hút ẩm ít,chịu nóng tốt, tỏa nhiệt nhanh và cách điện, do đó cũng được dùng làm vải bọc dâyđiện, dây cua - roa, chỉ khâu giày Sợi Gai xanh tương đối nhẹ nên cũng được dùngđể dệt vải bọc cánh máy bay, buồm tàu, vải đi mưa (Trung tâm tiền sử Đông NamÁ, 2003).

Sợi Gai xanh lại chịu ẩm, khó bị mục, sau khi ngâm nước độ bền lại tăng lênnhiều, vì vậy thường được dùng dể làm dây câu, lưới đánh cá và dây thừng dùngtrong hàng hải (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003) Ở Trung Quốc, cây Gaixanh được sử dụng để làm giấy từ nhiều thế kỷ Ở Brazil, sợi Gai xanh thô đượcdùng làm bao tải thay thế cho sợi đay Những phần còn lại sau khi đã lấy sợi vànhững sợi ngắn được dùng làm giấy cao cấp như làm tiền giấy, giấy cuốn thuốc lá,những phần loại ra được trộn với sợi bông và tơ nhân tạo để làm vải hạng thấp SợiGai xanh được chế biến, làm ra nhiều sản phẩm khác như vải bạt, màn chống muỗi,bít tất, vải bọc ghế nệm, đầu lọc thuốc lá, măng sông đèn, dây buộc giày, túi đi biểnvà dệt thảm Sợi Gai xanh có thể dệt thuần hoặc phối trộn với polyeste, lông cừu, tơtằm, sợi bông và các loại sợi khác dùng trong cả dệt thoi và cả dệt kim (Brink M vàEscobin R.P., 2003) Ví dụ, khi phối hợp sợi Gai xanh với len sẽ làm giảm độ co rấtnhiều so với len không pha Thực ra, thuộc tính của sợi được đánh giá thông qua độbền, tính dễ uốn dẻo, độ đều và tính thấm nước Sợi Gai xanh có các đặc tính quýhơn so với các loại sợi lấy từ thân khác Tuy nhiên, sợi Gai xanh cứng và giòn vớiđộ co giãn thấp Điều đó là lý do tại sao thường trộn lẫn sợi Gai xanh với loại sợi

khác, điển hình là trộn lẫn 55% sợi Gai xanh với 45% sợi bông (Sarkar D và cs.,2010).

Ngoài ra, sợi Gai xanh bền nên còn được dùng làm bố lốp ô tô, vải bọc ốngdẫn nước, ống cứu hỏa, vải trang trí nội thất, bao bì đóng gói hàng đi tàu biển vàlàm thuốc súng Bã Gai xanh, lõi Gai xanh dùng làm giấy và chế tạo vật cách nhiệt,cách âm Do phát triển thành khóm, mọc lan tỏa rất nhanh nhờ thân ngầm chui dướimặt đất, rễ phát triển mạnh, tán lá che phủ lớn … nên cây Gai xanh còn có tác dụngcải tạo l ý tính của đất, làm cho đất tơi xốp, giữ ẩm, chống xói mòn đất rất hiệu quả.Cây Gai xanh có khả năng hút phốt pho tốt nên nó được dùng để cải tạo đầm lầy,những vùng chứa chất thải của nhà máy đường…(Tara Sen và H N JagannathaReddy, 2011) Cây Gai xanh giàu protein nên có thể làm thức ăn cho gia súc, dê,cừu, lợn, gà và nuôi cá Cây Gai xanh làm thức ăn gia súc có giá trị dinh dưỡngcao Trong 100g chất khô của phần phía trên mặt đất có chứa 11 - 28g protein thô, 9- 29g sợi thô, 15 - 17g tro, 3,7 - 4,5g Ca và 0,13 - 0,31g P Trong 100g lá khô cóchứa 25g protein Trong phần còn lại của cây Gai xanh sau khi tách sợi chứa 13gprotein/100g chất khô Ở Thái Lan đã nghiên cứu cho thấy, trong thân và lá của câyGai xanh 4 và 6 tuần tuổi, protein tiêu hóa được lần lượt là 86 và 52 g/1 kg chấtkhô; lượng tinh bột lần lượt là 381 và 331 g/1 kg chất khô Thức ăn gia súc làm từ láGai xanh có chứa 21 - 22% protein thô (Brink M và Escobin R.P., 2003).

Ngoài tác dụng lấy sợi thì các nhà khoa học còn phát hiện thấy nhiều tác dụngdược học của cây Gai xanh Lá Gai xanh có thể tinh chế vitamin C Ở Việt Nam vàmột số nước khác, lá Gai xanh được dùng làm bánh Gai xanh ăn rất ngon và bổdưỡng Rễ và thân ngầm của cây Gai xanh được sử dụng để làm thuốc chữa bệnh.Những thuốc này ở Trung Quốc có tên là Zhumagen Các nghiên cứu cho biết rễcây Gai xanh có tác dụng tích cực trong bảo vệ gan, lợi tiểu, tiêu độc, cầm máu vàhiệu ứng chống oxy hóa (Trung tâm tiền sử Đông Nam Á, 2003) Ở Malaysia, láGai xanh dùng làm thuốc đắp và chống đầy hơi, nước sắc rễ và lá Gai xanh dùnglàm thuốc bổ và rễ Gai xanh làm thuốc chống lở loét Ở Trung Quốc và các nướcĐông Dương, rễ và lá Gai xanh dùng làm thuốc giải nhiệt, thuốc rối loạn đường

ruột, đường niệu và thuốc an thai (Brink M và Escobin R.P., 2003) Vì vậy đâykhông chỉ là một cây công nghiệp mà còn là một cây dược liệu rất đáng phát triển.

1.2 Tình hình sản xuất, chế biến và xử lý bã thải cây Gai xanh trên thế giới

Cây Gai xanh có thể có nguồn gốc từ phía tây và trung phần Trung Quốc, nóđã trở thành cây trồng rất lâu đời ở Trung Quốc rồi lan dần sang các nước châu Á.Trên thế giới cây Gai xanh phân bố ở Ấn Độ, Malaysia, Lào, Campuchia, Philippin,Trung Quốc và Nhật Bản Gai xanh được nhập vào châu Âu để trồng từ thế kỷXVIII (Tạ Kim Chỉnh và cs., 2008).

Theo cơ sở dữ liệu của FAO, Hoa Kỳ và Thổ Nhĩ Kỳ, khoảng 21 quốc gia đãtrồng cây gai dầu sợi vào năm 2021 Các quốc gia đó là: Áo, Bulgaria, Chile, TrungQuốc, Séc, Triều Tiên, Pháp, Đức, Hy Lạp, Ý, Nhật Bản, Litva, Hà Lan, Ba Lan,Hàn Quốc, Romania, Liên bang Nga, Tây Ban Nha, Thổ Nhĩ Kỳ, Ukraine và HoaKỳ Dữ liệu của FAO cũng cho thấy rằng vào năm 2021, cây gai dầu có khối lượngsản xuất toàn cầu ước tính là 287.318 tấn được thu hoạch từ 74.307 ha (183.617mẫu Anh) ở 20 quốc gia Năng suất dao động từ mức thấp 300 kg/ha ở Séc lên tới7.850 kg/ha ở Ý và 7.812 kg/ha ở Pháp và Hà Lan Năm 2021, Trung Quốc trởthành quốc gia sản xuất sợi gai dầu lớn thứ hai trên thế giới theo khối lượng, thứ batheo diện tích và thứ năm theo sản lượng Sản lượng sợi gai dầu của Trung Quốcdường như đã tăng gấp ba lần từ năm 2010 đến năm 2021, từ 2.133 kg/ha đến 6.446kg/ha Phần lớn thị trường cây gai dầu của Trung Quốc được dành riêng cho sảnxuất dệt may, có lịch sử kéo dài ít nhất 5.000 năm Trung Quốc có cơ sở hạ tầng chếbiến cây gai dầu phát triển hoàn chỉnh, khó có nước nào có thể cạnh tranh được(FAOSTAT, 2023).

Sản xuất cây gai xanh đang rất phát triển ở các nước thuộc Liên minh châuÂu Theo Ủy ban Châu Âu, 34.960 ha đất được dành để trồng cây gai dầu ở EU vàonăm 2019 Con số này chiếm 75%, tăng từ 19.970 ha được trồng vào năm 2015.Mặc dù diện tích trồng cây gai dầu tăng nhưng chỉ chiếm 0,02% diện tích đất canhtác ở Liên minh Châu Âu Pháp là quốc gia dẫn đầu các nước thành viên EU có diệntích nông nghiệp lớn nhất dành riêng cho việc trồng cây gai dầu với diện tích gần18.000 ha (khoảng 44.5000 mẫu Anh) Tiếp theo là Ý, Hà Lan và Estonia (USDepartment of Agriculture Foreign Agriculture Service, 2022).

Cây Gai xanh là một trong những loại cây phát triển nhanh nhất trên thế giớivà nó được trồng theo hệ thống để lấy sợi và hạt So với cây trồng khác, cây Gaixanh công nghiệp cho năng suất sinh khối rất cao (~ 30 tấn/ha) (Struik et al., 2000;Cappelletto et al., 2001; Van der Werf, 2004; Amaducci et al., 2008) Liên minhChâu Âu cho phép trồng 54 giống cây Gai xanh khác nhau Xơ là một sản phẩm cógiá trị của cây Gai xanh và chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng dệt may Trongquá trình sơ chế, các sợi cáp được tách ra từ cây Gai xanh thông qua quá trình ngâmvà vò Còn lại sinh khối (chủ yếu chứa gỗ lõi, bụi và một lượng nhỏ sợi cáp ngắn,được gọi là sợi lõi) được coi là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất sợi (Đặng vàNguyễn, 2006) và chúng có thể sử dụng làm chất độn chuồng (95%), lớp phủ hoặclàm thành phần của bê tông nhẹ (~ 5%).

Tất cả các bộ phận của cây gai dầu đều có công dụng kinh tế Hoa và lá gaidầu được sử dụng trong các sản phẩm như trà, tinh dầu, ứng dụng y tế, thực phẩmbổ sung và các ứng dụng khác Cây Gai xanh được trồng chủ yếu để chế tạo thànhbông sợi cao cấp để dệt vải phục vụ ngành may Vải từ cây Gai xanh thoáng mát,thấm mồ hôi, giữ nếp lâu và đặc biệt có tính khử mốc rất cao Sợi bông từ vỏ câyGai xanh là loại bông cao cấp để may những hàng may cao cấp đắt tiền Sợi bôngpha với sợi hóa học, sợi tơ tằm làm tăng giá trị hàng hóa của ngành may thời trang.Một sản phẩm là tơ Gai xanh khi chưa chế thành bông cũng có thể dệt thô bằng cáckhung dệt thổ cẩm đơn sơ tạo ra các phụ kiện phục vụ ngành may xuất khẩu rất cógiá trị Lõi cây Gai xanh là nguyên liệu tốt để sản xuất nấm ăn, sản xuất bao bì giấy.Rễ cây Gai xanh là một dược liệu cầm máu rất quý, dùng làm thuốc kháng viêm,chữa viêm gan siêu vi B, tiểu đường, suy nhược thần kinh, béo phì, thuốc chữa độngthai, chảy máu, doạ sẩy thai, đái đục, đái ra máu, sưng tấy Lá cây Gai xanh lànguyên liệu trong lĩnh vực chiết xuất chất màu từ thực vật, làm chất màu thực phẩmtrong sản xuất bánh, kẹo (A T M Faiz Ahmed et al., 2022)

Ngày nay, việc sử dụng sinh khối thực vật để thay thế các nhiên liệu hóa thạchkhông thể tái tạo đang trở thành một ưu tiên trong chính sách quản lý năng lượng.Việc sản xuất nhiên liệu sinh học chủ yếu bắt nguồn từ cây năng lượng Đây có thểlà vật liệu giàu ligno - xenlulo, chẳng hạn như phụ phẩm nông nghiệp, cây thân thảo

hoặc phụ phẩm lâm nghiệp (Kim và Dale, 2004) Nguồn sinh khối này được chuyểnđổi thành nhiều loại sản phẩm và nhiên liệu sinh học có giá trị cao Vật liệu ligno -xenlulo, với hàm lượng carbohydrate cao, rất dồi dào, rẻ tiền và phần lớn khôngđược sử dụng Các thành phần hóa học chính của vật liệu ligno - xenlulo là: xenlulo,hemi xenlulo và lignin, với một lượng nhỏ các hợp chất khác như tro, protein, lipid,sáp và các chất ngoại vi khác nhau Cấu trúc và thành phần ligno - xenlulo rất khácnhau, tùy theo loài thực vật, các bộ phận của cây, điều kiện sinh trưởng, v.v (Dingvà Himmel, 2006; Zhang và Lynd, 2004).

Việc sử dụng cây Gai xanh làm nguyên liệu lọc sinh học có thể cung cấp chonhiều lĩnh vực khác nhau (ví dụ: hóa học, năng lượng, giao thông ) Mối quan tâmcủa ngành công nghiệp đối với cây Gai xanh ngày càng tăng vì nó thân thiện vớimôi trường và do các ứng dụng có thể có của nó như trong bột giấy và giấy(González -García et al, 2010), bio - composite (Boutin et al, 2006; Carus et al,2008; Magnani, 2010) và là nguyên liệu thô để sản xuất nhiên liệu sinh học (Siposet al, 2010; Kreuger et al, 2011) Ví dụ, một phép đo chính xác hàm lượngcarbohydrate sinh khối là cần thiết vì nó liên quan trực tiếp đến sản lượng ethanoltrong các quá trình chuyển đổi sinh hóa (Aden và cộng sự, 2002) Hơn nữa, cácthành phần phụ của sinh khối có thể bao gồm protein, tro, axit hữu cơ và các vậtliệu phi cấu trúc khác Mặc dù các thành phần riêng lẻ này có thể chỉ chiếm mộtphần nhỏ của nguyên liệu, nhưng sự hiện diện của chúng có thể có ảnh hưởng đángkể đến việc vận hành nhà máy lọc sinh học quy mô công nghiệp.

Ngoài ra trong thành phần chất xơ này có hoạt chất với khả năng chống vikhuẩn, côn trùng tấn công và nấm mốc (Dong Gu Lee, 2015) Ở Hàn Quốc đã có rấtnhiều nghiên cứu về việc sử dụng cây Gai xanh trong thực phẩm, chẳng hạn nhưnhiều loại bánh gạo truyền thống của Hàn Quốc (Dong Gu Lee, 2015) Đặc biệt,phần lá của cây Gai xanh rất giàu các yếu tố dinh dưỡng như khoáng chất, protein,vitamin, và nhiều chất hoạt tính sinh học khác nhau (Singleton VL, Orthofer R,Lamuela -Raventos RM., 1999) Trong thuốc thảo dược truyền thống của TrungQuốc đã sử dụng rễ của cây Gai xanh để điều trị cảm lạnh thông thường, phù nề,sốt, nhiễm trùng đường tiết niệu, viêm thận và an thai rất tốt Những nghiên cứu

trước đây đã tìm thấy các hợp chất quý có trong cây Gai xanh như alkaloids,lignans, flavon, terpenoids và glycosides và axit behenic, axit ursolic, β - sitosterol,cholesterol, kiwiionoside, rutin, uracil, quercetin, α -amyrin, nonacosanol, emodin,emodin -8 -O -β -glucoside, physcion, polydatin, catechin, epicatechin vàepicatechin gallate (Dong Gu Lee, 2015) Theo dược lý hiện đại, lá Gai xanh cóchlorogenic acid, flavonoid rhoifolin, apogenin Trong đó chlorogenic acid có tácdụng diệt nấm, vi khuẩn và chống oxy hóa mạnh gấp 10 lần vitamin E Nó phongtỏa nhóm “tự do”, ngăn chặn sự oxy hóa lipoprotein LDL, là khởi điểm của xơ độngmạch để dẫn tới cao huyết áp và nhồi máu cơ tim Các báo cáo đã chỉ ra rằng cácchất chiết xuất từ rễ cây Gai xanh đã biểu hiện các hoạt động bảo vệ gan chống lạicác tổn thương gan do CCl4 gây ra và các tác dụng chống oxy hóa trên FeCl2

-ascorbate gây ra lipid peroxid hóa trong gan homogenate (Dong Gu Lee, 2015).Trong nghiên cứu Xiaoning Wang và cs đã chỉ ra rằng chiết xuất 2 Boehmeria nivea(L.) Gaud có thể ngăn ngừa thoái hóa thần kinh dẫn đến bệnh Alzheimer (XiaoningWang, 2015).

Lá cây Gai xanh cũng thường được sử dụng trong các biện pháp dân gian nhưmột thuốc lợi tiểu và chống sốt, và đã được cho là có tính chất hepatoprotective,chống oxy hóa và chống viêm (Dong Gu Lee, 2015) Các nghiên cứu trước đây đãchỉ ra rằng lá Gai xanh chứa kiwiionoside, rutin, uracil, axit 3 -hydroxy -4 -methoxy-benzoic, cholesterol, αamyrin, nonacosanol, emodin, emodin -8 -O -β -glucoside,physcion, polydatin, catechin , kali nitrat, β -sitosterol, epicatechin và epicatechingallate Hơn nữa, lá của B nivea chứa một lượng lớn các hợp chất phenolic, có khảnăng ức chế men chuyển đổi angiotensin I Trong rễ của loài B tricuspis có một sốepicatechin dimers như (-) - epiafzelechin - (-) - epicatechin -4,8 (hoặc 6) -dimer, và(-) - epicatechin - (-) epicatechin - 4,8 - (hoặc 6) - dimer, trong số đó epicatechin,epicatechin gallate, và rutin là các hợp chất polyphenolic được gọi là flavonoid,được biết đến với đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống khối u, chống vikhuẩn, chống virus và chống dị ứng (Dong Gu Lee, 2015) Rễ Gai xanh chứa acidchlorogenic, acid protocatechuic, acid cafeic, acid quy nic, rhoifolin 0,7%, apigenin,rhoifolin khi thủy phân cho apigenin, glucose, rhamnose Ngoài ra, còn chứa β -

sitosterol, daucosterol và acid 19α hydroxyl ursolic (CA, 126, 1997, 291739) Cácpolysaccharide thành phần chủ yếu gồm D - galctose , L - 6 rhamnose, D -arabinose, D - mannose, và D - galacturonic Me - ester Bên cạnh polysaccharid,còn có một số oligosaccharid và monosaccharide Các monosaccharide trong rễ câylà erythrose, heptose và một lượng nhỏ D - galactose, L - arabinose, acid D -galacturonic, melibiose, glucose và fructose, các polysaccharide, một số oligosaccharid và monosaccharide Các pectin với thành phẩn chủ yếu là acid D -galacuronic và dẫn chất mentyl ester của chúng, cùng với đường L - rhamnose, D -galactose, L - arabinose, L - fructose, D - glucose, D - manose và D - Xylose, cáchemixenlulo với thành phần chính là glucomannan (A Pérez, 2013).

Việc sử dụng các sản phẩm phụ của ngành công nghiệp dệt may có nguồn gốctừ lá Gai xanh làm thức ăn cho gia súc đã được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâmtìm hiểu Các bộ phận cây như lá, hạt, ngọn, thân cây sau khi chiết suất để tạo sợi,đều được sử dụng làm thức ăn cho động vật với mức độ dinh dưỡng có thể chấpnhận được Phụ phẩm từ lá cho thấy lượng protein hay vật chất khô lên tới 20%.Năm 2010, G Contò và cộng sự đã đánh giá về mức độ dinh dưỡng và thành phầnhóa học của lá và ngọn cây lá Gai xanh, là những phần không được sử dụng cho quátrình sản xuất sợi, phát hiện trong khối lượng khô của mẫu lá Gai xanh có chứaprotein thô với hàm lượng 17,00 ± 1,52% ở lá, 15,25 ± 0,77% ở ngọn và 11,79 ±3,32% tính trên toàn bộ cây Phát hiện này góp phần mở ra những hướng phát triểnmới, tránh lãng phí những sản phẩm truyền thống của cây Gai xanh Năm 2011,Xiao Ying Tian và cộng sự sử dụng dịch chiết lá Gai xanh và thử nghiệm trên 05nhóm chuột mang thai qua đường uống với nồng độ thay đổi từ 2g - 32g/kg/ngày,nhóm đối chứng âm sử dụng nước cất và đối chứng dương sử dụng vitamin A, đồngthời cho tiếp xúc với 2 dòng tế bào là dòng tế bào phôi và dòng tế bào 3T3 (nguyênbào sợi) Kết quả cho thấy các tiêu chí về khối lượng cơ thể bào thai, mức tăngtrọng lượng cơ thể chuột mẹ, khối lượng tim, gan, thận, kiểm tra mô học trong cácnhóm thí nghiệm không có sự khác biệt Giá trị IC50 (ức chế 50%) giữa dòng tế bàophôi và dòng tế bào 3T3 là tương đương, tuy nhiên khả năng sống sót của phôi sẽ cóthể bị ảnh hưởng khi nồng độ dịch chiết Gai xanh tăng cao Phát hiện này bổ sungnhững thông tin thực nghiệm khoa học cho quá trình đánh giá độ an toàn của cây

Gai xanh khi sử dụng cho cơ thể động vật bậc cao, đặc biệt trong những trường hợpsử dụng để điều trị xảy thai (Touming Liu, 2013) Tại Hàn Quốc, lá hoặc rễ cây Gaixanh được sử dụng kết hợp với những thành phần dược liệu khác làm đồ uống chongười và tạo thành sản phẩm được lưu thông trên thị trường Tuy rằng công thứcphối trộn không được công bố do vấn đề thương hiệu và bản quyền nhưng trongthành phần phối trộn có chứa lá Gai xanh hoặc dịch chiết lá Gai xanh và có thểđược bổ sung nhiều canxi Những sản phẩm này được biết là có ích trong quá trìnhtrao đổi lipid và kiểm soát chức năng tiêu hóa Năm 2012, Heejeong Lee và cộng sựđã nghiên cứu tối ưu hóa công thức bánh mỳ có sử dụng bột lá Gai xanh và thờigian bảo quản của bánh mỳ với sự phơi nhiễm với tia gamma Sự khác nhau vềlượng bột lá Gai xanh tạo ra sự khác biệt về mùi vị, hình thức, màu sắc, độ ẩm vàchất lượng nói chung của sản phẩm bánh mỳ Trong quá trình bảo quản, những mẫubánh mỳ có bột lá Gai xanh sau khi chiếu tia gamma cho thấy sự phát triển của tếbào VSV thấp hơn Những thông tin mới phát hiện về mặt thực phẩm và dược phẩmcho thấy cây Gai xanh có nhiều tiềm năng hơn so với việc khai thác lấy sợi truyềnthống (Heejeong Lee et al., 2012; Youn Ri Lee et al., 2009) Năm 2013, ToumingLiu và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về marker SSR (simple sequence repeat)nhằm làm sáng tỏ thêm những hiểu biết về di truyền ở cây lá Gai xanh Tổng số 24giống Gai xanh với 100 marker SSR đã được nghiên cứu Trong đó 98 marker đượckhuếch đại thành công và xác định được 81 marker ở dạng đa hình, có từ 2 - 6alleles trong 24 giống Gai xanh này Những hiểu biết về SSR có thể được sử dụngđể phát triển bản đồ di truyền và bản đồ vật lý, bản đồ các locus của tính trạng,nghiên cứu về đa dạng di truyền, lập bản đồ liên kết và xác nhận giống cây trồng, từđó có thể nghiên cứu về các gene có liên quan tới tính trạng có ích trong quá trìnhtạo sợi ở cây lá Gai xanh (Touming Liu, 2013).

Theo nghiên cứu của Lan Mu et al (2020), một trong những phế thải chínhtrong quá trình chế biến sợi gai hiện không được sử dụng đúng cách là lá cây Theotruyền thống, cây gai được trồng để lấy sợi libe, chiếm khoảng 5% khối lượng củacây Những chiếc lá chiếm 40% khối lượng của cây không sử dụng trong chế biếnsợi gai có thể được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi vì chúng có nhiều protein, chấtxơ thô và khoáng chất vi lượng.

Thân cây gai đã bóc vỏ là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp chế biến sợigai và chúng vẫn chưa được sử dụng hiệu quả (Cheng và cộng sự, 2011) Thân câygai đã bóc vỏ chứa 35,5–44,0% cellulose, 21,7–27,7% hemicellulose và18,1–30,6% lignin (Wulandari và cộng sự, 2020), đây là nguồn nguyên liệu quý đểsản xuất phân bón hữu cơ.

Những nghiên cứu trên cho thấy, năm 2021 có khoảng 21 quốc gia trên thếgiới đã trồng cây gai xanh Cây gai xanh có tiềm năng phát triển theo nhiều hướng,là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp dệt may, công nghệ thức ăn chăn nuôi, phụcvụ nghiên cứu cơ bản và phát triển dược liệu, thực phẩm và thực phẩm chức năng.Tuy nhiên chưa có nhiều nghiên cứu công bố về việc tái sử dụng bã thải từ quá trìnhchế biến sợi gai làm phân bón và hiệu quả của phân bón chế biến từ bã thải câyGai đến cây trồng trong nông nghiệp.

1.3 Tình hình sản xuất, chế biến và xử lý bã thải cây Gai xanh ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cây Gai xanh được biết đến từ cổ xưa Người ta trồng cây Gaixanh lấy sợi dệt thành vải “bố”, một loại vải thô dùng làm bao tải hoặc sợi để đanlưới bắt cá và làm dây cung, tên, nỏ… Cây Gai xanh phân bố chủ yếu ở các tỉnhphía Bắc Việt Nam, dưới dạng cây trồng hoặc cây bán hoang dã Các tỉnh có câyGai xanh phân bố là: Lào Cai, Lạng Sơn, Sơn La, Điện Biên, Quảng Ninh, TháiNguyên, Thanh Hóa… Một số địa phương của tỉnh Nam Định, Hải Dương, trồngcây Gai xanh với mục đích lấy lá làm bánh Gai xanh Ngày nay nhu cầu về bôngcủa các nhà máy dệt ở nước ta là rất lớn, phải nhập khẩu hơn 80% Việc trồng bônggặp rất nhiều trở ngại như cây bông thường bị sâu, bệnh phá hoại, sinh trưởng pháttriển lại chậm, do lượng mưa quá cao … Tất cả những trở ngại đó đều ảnh hưởngtới chất lượng và sản phẩm của bông Nhưng với cây Gai xanh thì lượng mưa nhiềutrên đất dốc lại rất phù hợp cho sự sinh trưởng, phát triển Bông được chế tạo từ sợivỏ cây Gai xanh là loại sợi đặc chủng, trắng, dài, óng mượt với độ bền cao, thấmnước và dễ nhuộm mầu Mặc dù vậy, trước đây cây Gai xanh ở Việt Nam chưa baogiờ được trồng theo quy mô công nghiệp Cây chỉ được trồng rải rác ở khắp mọi nơi(Lê Quốc Ân, 2010 ;Báo cáo của Hiệp hội dệt may Việt Nam, 2020).

Vùng đất bán sơn địa Phong Vân (Ba Vì, Hà Nội) trước đây người dân thườngtrồng nhiều loại cây, thế nhưng, hiện nay bà con đã chuyển hướng sang trồng cây

Gai xanh Đây là loại cây mới được bà con trong Hợp tác xã Vân Phong đưa vềtrồng, bước đầu mang lại hiệu quả kinh tế, hứa hẹn mang đến sản phẩm chất lượngphục vụ xuất khẩu Nhận thấy, đây là mô hình mới, phù hợp với đất đai và khí hậucủa địa phương, người dân và ban lãnh đạo của Hợp tác xã Vân Phong triển khaitrồng thí điểm, cây Gai xanh đã cho thu hoạch 3 vụ, trung bình đạt khoảng 1,8tấn/ha với giá trị thu nhập trên 200 triệu đồng/ha Đặc biệt, mô hình không chỉ đemlại hiệu quả về kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường và giải quyết việc làmcho bà con nông dân vì cây Gai xanh giúp cải thiện độ xói mòn và bảo vệ đất hiệuquả, cải tạo môi trường Hiện nay, mô hình này đã giải quyết việc làm cho 6 - 10người lao động có hoàn cảnh khó khăn (vào dịp thu hoạch cây cần tới 15 - 20 laođộng với thù lao 200.000/ngày công), giúp tăng thêm thu nhập ngay chính tại mảnhđất canh tác hàng ngày Từ hiệu quả kinh tế mô hình trồng cây Gai xanh của chị emphụ nữ Hợp tác xã nông nghiệp Vân Phong, chính quyền xã đang có hướng chuyểnđổi một số diện tích đất sản xuất nông nghiệp kém hiệu quả sang trồng cây Gai xanhđể tạo vùng nguyên liệu sản xuất tập trung chuyên canh, nâng cao hiệu quả thu nhậptrên trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp Mô hình đang được nhân rộng tại các xãlân cận như xã Yên Bài, Thuần Mỹ, Minh Quang, Khánh Thượng để thí điểm trồngvới mong muốn đổi mới trong sản xuất nông nghiệp thay cho mô hình canh tácnông nghiệp truyền thống tại địa phương (http://vwu.vn, 2021)

Ngày 24 tháng 4 năm 2018, Ủy ban nhân dân (UBND) tỉnh Thanh Hóa banhành Quyết định số 1484/QĐ -UBND về phê duyệt đề án phát triển vùng nguyênliệu cây Gai xanh phục vụ nhà máy sản xuất sợi dệt tại xã Cẩm Tú, huyện CẩmThủy đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 Đây được xem là căn cứ quantrọng để các địa phương trên địa bàn tỉnh mở rộng vùng nguyên liệu trồng cây Gaixanh phục vụ chế biến Mục tiêu của đề án phát triển vùng nguyên liệu cây Gaixanh trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa đến năm 2025, định hướng đến năm 2030, giaiđoạn 2021 - 2025 diện tích trồng cây Gai xanh trong vùng là 3.457 ha, đến năm2025 diện tích đất trồng Gai xanh nguyên liệu phát triển lên 6.457 ha, với năng suấttoàn vùng bình quân 110 tấn Gai xanh tươi/ha/năm, tổng sản lượng 700.000 tấn Gaixanh tươi/năm (bao gồm thân, vỏ, lá) Diện tích và sản lượng nói trên sẽ được giữ

ổn định đến năm 2030 Đề án cũng định hướng rõ diện tích trồng cây Gai xanh chotừng địa phương theo từng giai đoạn cụ thể (http://qppl.thanhhoagov.vn, 2018).

UBND tỉnh Thanh Hóa đã ký văn bản chấp thuận chủ trương, địa điểm đầu tưdự án nhà máy sản xuất sợi dệt kết hợp phát triển vùng nguyên liệu cây Gai xanh tạixã Cẩm Tú, huyện Cẩm Thủy Dự án do Công ty An Phước làm chủ đầu tư với quymô, công suất 10.000 cọc sợi/năm, sản phẩm đầu ra là sợi Gai xanh loại 1 (1.500tấn/năm), bông Gai xanh loại 1 (1.300 tấn/năm), bông Gai xanh loại 2 (250tấn/năm), vải mộc 3.600 tấn/năm)… (http://qppl.thanhhoagov.vn, 2018)

Để có nguồn nguyên liệu ổn định, cần có những quy trình kỹ thuật đồng bộ vềcây Gai xanh như kỹ thuật gieo ươm, trồng và chăm sóc cây con, kỹ thuật thu hoạchvà đánh giá chất lượng sản phẩm Ngoài ra cũng cần có các kỹ thuật về tận dụng cácsản phẩm phụ của cây như lá, cành, nhánh để tạo ra những sản phẩm có ích (phân visinh từ lá cây, trồng nấm ăn từ cành nhánh, thân cây Gai xanh …).Giống Gai xanhtạo ra từ tổ hợp lai giữa giống Lá tròn xanh và Trúc lau xanh được nhập nội từ năm2012, đã ổn định về mặt di truyền và có nhiều đặc tính ưu việt, có năng suất cao,chất lượng xơ tốt đáp ứng được yêu cầu sản xuất Gai xanh tại tỉnh Thanh Hóa.

Giống Gai xanh sinh trưởng khỏe, đẻ nhánh khỏe, thân thẳng, ít đốt, không phân

cành, có thời gian sinh trưởng giữa 2 lần thu hoạch 55 - 60 ngày, có thể cho thuhoạch 5 lần/năm năng suất bẹ khô thực thu đạt 1,4 - 1,7 tấn/ha/lần thu Giống Gaixanh thích hợp với điều kiện tự nhiên tại Thanh Hóa Giống Gai xanh ít nhiễm sâubệnh hại và có khả năng chống chịu tốt với các điều kiện bất thuận môi trường.Giống Gai xanh đã mang lại hiệu quả kinh tế cao, tổng lãi thuần/ha là 40 - 56 triệuđồng/ha/năm, So với các cây trồng khác tại địa phương, giống Gai xanh cũng chohiệu quả kinh tế cao vượt trội mía, ngô và sắn từ 25 - 30 triệu đồng/ha/năm(http://baothanhhoa.vn, 2022).

Trong 3 năm trở lại đây, cây Gai xanh đã giúp cho người dân ở xã HoàngCương, huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ cải thiện đời sống nhờ vào lợi ích của loạicây trồng này đem lại Hợp tác xã tại Phú Thọ được hình thành từ năm 2018 với lúcđầu trồng thí điểm là 2ha, đến nay Hợp tác xã đã trồng được khoảng 30ha và tiếptục phát triển sang các xã vùng lân cận trong huyện Thanh Ba và các huyện khác

trong tỉnh Phú Thọ như: Cẩm Khê, Hạ Hòa, Yên Lập, thành phố ViệtTrì…(http://lmhtx.phutho.gov.vn).

Năm 2017, huyện Mộc Châu, tỉnh Sơn La đã cho phép Công ty An Phướctrồng thử nghiệm cây Gai xanh tại các xã, thị trấn trên địa bàn huyện bước đầu chomang lại hiệu quả kinh tế cho người dân Tại huyện Mộc Châu gia đình bà Vì ThịSấc, bản Nà Sài, xã Hua Păng sau 4 tháng trồng cây Gai xanh đã cho thu lứa đầutiên Sau 55 ngày kể từ khi thu hoạch lần 1 gia đình có thể thu hoạch lứa Gai xanhtiếp theo Cây Gai xanh cho thu hoạch mỗi năm từ 4 đến 5 lứa, năng suất bình quânước tính đạt 140 -150 tấn/ha/năm Với kết quả này bà gia đình Vì Thị Sấc sẽ thu 80triệu đồng/ha/năm, hiệu quả kinh tế gấp 3 đến 4 lần so với trồng ngô, trồng sắn.Năm 2018, huyện Mộc Châu triển khai mở rộng diện tích cây Gai xanh ra địa bàncác xã Hua Păng, Tân Lập, Tân Hợp, Lóng Sập, thị trấn Nông Trường, Tà Lại, QuyHướng Cùng với thực hiện các mô hình điểm huyện cũng tổ chức rà soát chuyểnđổi một số diện tích trồng cây kém hiệu quả sang trồng cây Gai xanh, trong đó chútrọng chuyển đổi diện tích đất dốc trồng ngô, lúa sang trồng cây Gai xanh vừa manglại hiệu quả kinh tế vừa gióp phần bảo vệ đất, chống xói mòn(http://dpi.sonla.gov.vn).

Việc phát triển cây Gai xanh đã khai thác triệt để tiềm năng lợi thế của địaphương, nâng cao đời sống của nhân dân, mở ra nhiều cơ hội để huyện Mộc Châunâng cao hiệu quả công tác giảm nghèo bền vững và đẩy nhanh tiến độ hoàn thànhcác tiêu chí xây dựng nông thôn mới Điều này cũng khẳng định việc tái cơ cấungành nông nghiệp theo hướng cải thiện năng suất, nâng cao chất lượng, đẩy mạnhứng dụng khoa học kỹ thuật, sản xuất quy mô lớn có hiệu quả kinh tế cao tăng sứccạnh tranh là hướng đi đúng, nhằm giải quyết việc làm, nâng cao đời sống chongười lao động nhất là vùng nông thôn miền núi.

Đầu năm 2020, Hội Nông dân huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái đưa vào trồngthử nghiệm 2ha cây Gai xanh tại xã Xuân Lai, xã Mỹ Gia Đến nay, loại cây nàyđang mang lại tín hiệu tích cực về hướng phát triển kinh tế Tháng 3 năm 2020, HộiNông dân huyện đã phối hợp với Công ty An Phước trồng thử nghiệm 2 ha cây Gaixanh với sự tham gia của 5 hộ Tham gia Dự án này, người dân được Công ty hỗ trợvề cây giống và tư vấn, hướng dẫn kỹ thuật trồng, chăm sóc, thu hoạch; đồng thời,

ký hợp đồng bao tiêu sản phẩm Qua thử nghiệm cho thấy, cây Gai xanh dễ trồng,năng suất bình quân 1 tấn/ha/lứa, giá bán hiện là 40.000 đồng/kg vỏ khô và trừ chiphí có thể cho thu nhập từ 70 - 80 triệu đồng/ha/năm, cao hơn rất nhiều so với cáccây trồng truyền thống khác Ngoài ra, phần lá Gai xanh được sử dụng làm thức ăngia súc, làm bánh Gai xanh, phần sinh khối còn lại như lá, thân sau khi tuốt sẽ đượcrải theo luống, giúp cải tạo độ phì của đất, giảm được chi phí đầu tư phân hữu cơ(http://baoyenbai.com.vn).

Cây Gai xanh, còn được trồng khá lâu đời tại tỉnh Quảng Ngãi, nhưng chủ yếulà được người dân thu hái để làm bánh (bánh ít lá Gai) Cây Gai xanh có nguồn gốcnhiệt đới, là loài ưa nóng, ẩm, không chịu ngập úng, phù hợp với đất phù sa vensông Trong khi đó, khí hậu Quảng Ngãi là khí hậu nhiệt đới gió mùa Đất ở QuảngNgãi có thành phần cơ giới nhẹ, hơi chặt, thích hợp trồng mía và các cây côngnghiệp ngắn ngày Xét về điều kiện tự nhiên, đặc tính sinh lý của cây Gai xanh chothấy, tiềm năng phát triển cây Gai xanh trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi là hoàn toànkhả thi Ông Nguyễn Văn Thành - Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ cho biết,đã tiến hành khảo sát đặc tính về điều kiện sinh thái, thổ nhưỡng của cây lá Gaixanh với kết quả phân tích một số chỉ tiêu mẫu đất, qua đó có thể khẳng định, tạiQuảng Ngãi, cây Gai xanh tạo sợi có thể phát triển tốt ở các vùng đất bãi ven sông,đất sườn đồi độ dốc dưới 10%… tổng diện tích có thể hình thành vùng nguyên liệukhoảng 3.000 - 4.000 ha (http://quangngai.vn).

Việc nghiên cứu về cây Gai xanh tại Việt Nam rất ít Năm 2003, khi cóchương trình liên doanh sản xuất sợi Ramie của Công ty chế biến Nông Lâm sảnxuất khẩu Hữu nghị (FAF) giữa Việt Nam (Trung tâm nghiên cứu sản xuất các chếphẩm Sinh học) và Trung Quốc (Công ty Uy sỹ Phương Đông, Trùng Khánh), sảnphẩm của nó mới được chú trọng Tuy nhiên việc trồng cây Gai xanh để cung cấpnguyên liệu (sợi vỏ cây) cho 7 nhà máy cũng chỉ ở mức trồng thăm dò Năm 2004,nhóm nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu sản xuất các chế phẩm sinh học kếthợp với Công ty FAF đã tiến hành khảo sát, thăm dò những địa hình đất để cây Gaixanh có thể phát triển được và có khả năng che phủ đất của loại cây này (xã Hang