Nghiên cứu tình hình sử dụng chất thải rắn nông nghiệp và tác động của một số hình thức xử lý rơm rạ đến môi trường đất lúa ở Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN SONG TÙNG NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HÌNH THỨC XỬ LÝ RƠM RẠ ĐẾN MÔI T

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN SONG TÙNG

NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HÌNH THỨC

XỬ LÝ RƠM RẠ ĐẾN MÔI TRƯỜNG ĐẤT LÚA Ở HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội, 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN SONG TÙNG

NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN NÔNG NGHIỆP VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HÌNH THỨC

XỬ LÝ RƠM RẠ ĐẾN MÔI TRƯỜNG ĐẤT LÚA Ở HÀ NỘI

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi Các nội dung nghiên cứu

và kết quả trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Các số liệu của các tác giả khác đã được trích dẫn rõ ràng trong Luận án

Tác giả luận án

Nguyễn Song Tùng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Nguyễn Xuân Cự và TS Đinh Thị Hoàng Uyên đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực hiện Luận án

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến quý thầy cô trong Bộ môn Thổ nhưỡng- Môi trường đất và trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ và truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu Đặc biệt là những ý kiến đóng góp và nhận xét quý báu để hoàn thiện Luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo và cán bộ Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội, Phòng Kinh tế huyện Sóc Sơn, huyện Hoài Đức, huyện Thường Tín và Ủy ban Nhân dân các xã Tiên Dược, Bắc Phú, Tân Minh (huyện Sóc Sơn); xã Tiền Yên, Yên

Sở, Sơn Đồng (huyện Hoài Đức); xã Tân Minh, Nguyễn Trãi, Văn Phú (huyện Thường Tín)

Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo Viện Địa lí nhân văn đã tạo điều kiện về thời gian và công việc để tôi hoàn thành Luận án Cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp đã luôn quan tâm, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận án

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt công việc trong quá trình thực hiện Luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Nguyễn Song Tùng

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG 3

DANH MỤC HÌNH 7

MỞ ĐẦU 7

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12

1.1 Khái niệm và phân loại chất thải rắn nông nghiệp 12

1.1.1 Khái niệm về chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN) 12

1.1.2 Phân loại chất thải rắn nông nghiệp 13

1.2 Tình hình sản xuất và phát sinh chất thải rắn nông nghiệp ở nước ta 14

1.2.1 Sơ lược về tình hình sản xuất nông nghiệp ở nước ta 14

1.2.2 Tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam 16

1.2.3 Các nguồn phát sinh chất thải rắn nông nghiệp 19

1.2.4 Thành phần nguyên tố trong phụ phẩm nông nghiệp 22

1.3 Tình hình thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam 23

1.3.1 Thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp trên thế giới 23

1.3.2 Thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp ở Việt Nam 30

1.4 Tác động của quá trình canh tác đến môi trường đất lúa 41

1.4.1 Ảnh hưởng của trồng lúa đến một số tính chất môi trường đất 41

1.4.2 Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ đến môi trường đất lúa 46

1.5 Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội của Hà Nội 52

1.5.1 Điều kiện tự nhiên của Hà Nội 52

1.5.2 Tình hình kinh tế - xã hội của Hà Nội 57

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 59 2.1 Đối tượng nghiên cứu 59

2.2 Nội dung nghiên cứu 59

2.3 Phương pháp nghiên cứu 61

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 61

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực địa 61

2.3.3 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 62

2.3.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 66

2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 66

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 67

3.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp ở Hà Nội và các huyện nghiên cứu 67

3.1.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp ở Hà Nội 67

3.1.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp ở các huyện nghiên cứu 74

3.2 Thực trạng về chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội 79

3.2.1 Thực trạng phát sinh chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội 79

3.2.2 Tình hình sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội 85

3.2.3 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến đất lúa qua thực tiễn sản xuất 104

3.3 Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ đến tính chất đất lúa trong thí nghiệm đồng ruộng 107

3.3.1 Ảnh hưởng của các hình thức đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất 107

3.3.2 Ảnh hưởng của các hình thức đốt rơm rạ đến khu hệ vi sinh vật đất 110

3.3.3 Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ đến tính chất hóa học đất 112

3.3.4 Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ đến khu hệ vi sinh vật đất 117

3.3.5 Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ đến chất hữu cơ trong đất 120

3.3.6 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến năng suất lúa 130

3.4 Đề xuất một số giải pháp quản lý chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội 131

3.4.1 Giải pháp tuyên truyền giáo dục nâng cao nhận thức 131

3.4.2 Giải pháp về tổ chức và thể chế chính sách 133

3.4.3 Giải pháp về hỗ trợ khoa học- công nghệ 136

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam 16

Bảng 1.2 Lượng hút dinh dưỡng liên quan đến giống lúa 17

Bảng 1.3 Khối lượng phụ phẩm nông nghiệp (tính cho 1 tấn sản phẩm thu hoạch) 20

Bảng 1.4 Lượng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh năm 2008, 2010 21

Bảng 1.5 Lượng chất thải trung bình từ các loại vật nuôi 21

Bảng 1.6 Hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong phụ phẩm nông nghiệp 22

Bảng 1.7 Một số hình thức sử dụng phụ phẩm nông nghiệp ở các nước 25

Bảng 1.8 Tiềm năng năng lượng sinh học từ các phụ phẩm nông nghiệp 28

Bảng 1.9 Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại Việt Nam (%) 31

Bảng 1.10 Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp và sản xuất hóa chất 33

Bảng 1.11 Hàm lượng tro trong một số loại chất đốt (%) 40

Bảng 1.12 Thành phần một số loại tro (%) 40

Bảng 1.13 Hiệu lực của phụ phẩm nông nghiệp đối với năng suất lúa 50

Bảng 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng 64

Bảng 3.1 Diện tích đất nông nghiệp của Hà Nội năm 2012 68

Bảng 3.2 Diện tích gieo trồng và sản lượng một số loại cây trồng nông nghiệp của Hà Nội năm 2012 69

Bảng 3.3 Diện tích gieo trồng, năng suất và sản lượng lúa của Hà Nội năm 2012 70 Bảng 3.4 Diện tích gieo cấy, năng suất và sản lượng ngô của Hà Nội năm 2012 71

Bảng 3.5 Số lượng gia súc, gia cầm của Hà Nội năm 2012 73

Bảng 3.6 Tình hình sản xuất nông nghiệp năm 2012 ở Sóc Sơn 75

Bảng 3.7 Tình hình sản xuất nông nghiệp năm 2012 ở Thường Tín 76

Bảng 3.8 Tình hình sản xuất nông nghiệp năm 2012 ở Hoài Đức 77

Bảng 3.9 Tỷ lệ rơm rạ và thóc xác định trên đồng ruộng 81

Bảng 3.10 Tỷ lệ phụ phẩm (thân, lá, lõi, bẹ) và hạt ngô xác định trên đồng ruộng 85 Bảng 3.11 Tổng khối lượng phụ phẩm rơm rạ từ cây lúa ở Sóc Sơn, Hoài Đức và Thường Tín (năm 2012) 82

Bảng 3.12 Khối lượng phụ phẩm từ canh tác ngô ở ở Sóc Sơn, Hoài Đức và

Thường Tín (năm 2012) 82

Bảng 3.13 Khối lượng phụ phẩm các cây trồng chính ở Hà Nội năm 2012 83

Bảng 3.14 Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi của Hà Nội năm 2012 83

Bảng 3.15 Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi năm 2012 84

Bảng 3.16 Tình hình sử dụng rơm rạ ở huyện Sóc Sơn năm 2010 86

Bảng 3.17 Biến động các hình thức sử dụng rơm rạ ở huyện Sóc Sơn giai đoạn 1990 - 2010 (%) 87

Bảng 3.18 Tình hình sử dụng rơm rạ ở huyện Hoài Đức năm 2010 88

Bảng 3.19 Biến động các hình thức sử dụng rơm rạ ở Hoài Đức giai đoạn 1990- 2010 (%) 89

Bảng 3.20 Tình hình sử dụng rơm rạ ở huyện Thường Tín năm 2010 90

Bảng 3.21 Biến động các hình thức sử dụng rơm rạ ở Thường Tín giai đoạn 1990 - 2010 (%) 91

Bảng 3.22 Các hình thức sử dụng rơm rạ ở Hà Nội năm 2010 92

Bảng 3.23 Biến động sử dụng rơm rạ ở Hà Nội giai đoạn 1990 – 2010 93

Bảng 3.24 Tình hình sử dụng phụ phẩm cây ngô ở Hà Nô ̣i năm 2010 95

Bảng 3.25 Các hình thức xử lý CTR chăn nuôi tại huyện Sóc Sơn 97

Bảng 3.26 Các hình thức xử lý CTR chăn nuôi tại huyện Hoài Đức- Hà Nội 97

Bảng 3.27 Các hình thức xử lý CTR chăn nuôi tại huyện Thường Tín - Hà Nội 98

Bảng 3.28 Các hình thức xử lý chất thải rắn chăn nuôi ở Hà Nội năm 2010 99

Bảng 3.29 Các hình thức xử lý bao bì đựng thuốc bảo vệ thực vật tại huyện Sóc Sơn, Hà Nội 101

Bảng 3.30 Các hình thức xử lý bao bì hóa chất bảo vệ thực vật tại huyện Thường Tín, Hà Nội 102

Bảng 3.31 Các hình thức xử lý bao bì hóa chất bảo vệ thực vật tại huyện Hoài Đức 102

Bảng 3.32 Các hình thức xử lý bao bì hóa chất bảo vệ thực vật ở Hà Nội năm 2010 104

Bảng 3.33 Nhận xét của người dân về ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ

đến đất lúa 104

Bảng 3.34 Số lượng vi sinh vật trong đất trồng lúa ở Quốc Oai (CFU/gđ) 106

Bảng 3.35 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất 108

Bảng 3.36 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến khu hệ vi sinh vật đất (CFU/gđ) 110

Bảng 3.37 Tính chất đất trước thí nghiệm (tầng 0-20 cm) 112

Bảng 3.38 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến một số 113

Bảng 3.39 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến vi khuẩn trong đất 117

Bảng 3.40 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến xạ khuẩn trong đất 119

Bảng 3.41 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến nấm trong đất 119

Bảng 3.42 Hàm lượng và thành phần chất hữu cơ của đất ở CT1 120

Bảng 3.43 Hàm lượng chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT2 122

Bảng 3.44 Hàm lượng chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT3 124

Bảng 3.45 Hàm lượng chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT4 125

Bảng 3.46 Ảnh hưởng của các hình thức xử lý rơm rạ đến chất hữu cơ và các axit mùn trong đất sau 3 vụ trồng lúa 127

Bảng 3.47 Năng suất lúa trong thí nghiệm đồng ruộng (tạ/ha/vụ) 131

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các hình thức thu gom và sử dụng rơm rạ trên thế giới 24

Hình 1.2 Hiện trạng sử dụng một số loại phụ phẩm cây trồng chủ yếu 32

Hình 1.3 Tỷ lệ xử lý chất thải rắn trong chăn nuôi 37

Hình 2.1 Bản đồ Hà Nội và địa điểm các huyện nghiên cứu chi tiết 60

Hình 3.1 Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn nông nghiệp 79

Hình 3.2 Các sản phẩm thu hoạch từ cây ngô v à các hình thức sử dụng 98

Hình 3.3 Các hình thức xử lý CTR chăn nuôi ở Sóc Sơn, Hoài Đức và Thường Tín 99

Hình 3.4 Các hình thức xử lý chủ yếu đối với bao bì hóa chất BVTV ở Sóc Sơn, Hoài Đức và Thường Tín 103

Hình 3.5 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất 109

Hình 3.6 Tỷ lệ % chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT1 121

Hình 3.7 Tỷ lệ % chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT2 123

Hình 3.8 Tỷ lệ % chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT3 124

Hình 3.9 Tỷ lệ % chất hữu cơ và các axit mùn trong đất ở CT4 126

Hình 3.10 Tỷ lệ các axit mùn trong chất hữu cơ tổng số trong đất 129

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Việt Nam là một trong những nước nông nghiệp có trình độ thâm canh cao

so với khu vực cũng như trên thế giới Trong những năm gần đây, sản xuất nông nghiệp ở nước ta đã mang lại nhiều thành tựu to lớn, đóng góp vào sự phát triển của đất nước Đời sống người dân nông thôn đang dần được cải thiện do phát triển nhanh trong sản xuất nông nghiệp Nước ta đã trở thành một trong những nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu lúa gạo Những thành tựu này là kết quả của sự đổi mới trong công tác quản lý sản xuất nói chung, đặc biệt là những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật nông nghiệp Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó, những vấn đề

về môi trường nông nghiệp, nông thôn cũng xuất hiện ngày càng nhiều và ngày càng nghiêm trọng Trong đó, vấn đề quản lý và sử dụng chất thải rắn nông nghiệp đang đặt ra như một vấn đề cấp bách

Hà Nội là thủ đô, là trung tâm chính trị - hành chính quốc gia, trung tâm lớn

về văn hóa, khoa học, giáo dục, kinh tế và giao dịch quốc tế của cả nước Sau khi được mở rộng theo Nghị quyết số 15/2008/NQ-QH12 ngày 29/5/2008 của Quốc hội, Hà Nội có diện tích tự nhiên 332.432,8 ha; dân số 6.957.300 người Hoạt động sản xuất nông nghiệp của Hà Nội trước khi mở rộng chủ yếu ở một số huyện ngoại thành như Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm, Thanh Trì và Sóc Sơn với tổng diện tích đất sản xuất nông nghiệp là 37.900 ha Nhưng sau khi mở rộng địa giới, hiện nay diện tích đất sản xuất nông nghiệp đã tăng lên 149.668,7 ha, chiếm 45% tổng diện tích đất tự nhiên của Hà Nội Trong đó, diện tích đất trồng lúa là 112.661,2 ha và 21.081,8 ha đất trồng cây hàng năm ngoài lúa [11] Như vậy, lượng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh hàng năm trên địa bàn Hà Nội cũng tăng lên rất lớn, đặc biệt

là các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch lúa

Hiện nay trên địa bàn thành phố Hà Nội, sản lượng thu hoạch lúa hàng năm vào khoảng 1,2 triệu tấn thóc Nếu tính hệ số thu hoạch là 0,5 thì Hà Nội cũng có 1,2 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp là rơm rạ và 240 nghìn tấn trấu [41] Với đặc

điểm của các vùng sản xuất nông nghiệp ven đô thị, trong những năm gần đây lượng rơm rạ ít được sử dụng cho các mục đích dân sinh truyền thống như làm phân bón, chất đốt mà thường được vứt bỏ ngay trên đồng ruộng, đường làng, ngõ xóm Tình trạng đốt rơm rạ sau mỗi vụ thu hoạch ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều vùng nông thôn của thủ đô Hà Nội

Bên cạnh sự phát thải từ trồng trọt, chăn nuôi của Hà Nội cũng khá phát triển trong những năm gần đây Tổng số lượng gia súc, gia cầm của Hà Nội hiện có khoảng 23,4 triệu con sẽ thải ra một lượng phân lớn Ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi trên địa bàn Hà Nội đã và đang được quan tâm Song vẫn còn nhiều địa phương chất thải chăn nuôi không được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường và bức xúc cho người dân

Thêm vào đó, tình trạng vứt bỏ bừa bãi các bao bì đựng hóa chất BVTV đang rất phổ biến cũng góp phần làm tăng lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nông nghiệp

Sự chuyển đổi trong các hình thức quản lý và sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp ở Hà Nội trong những năm qua đã có những tác động không tốt đến các yếu

tố môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng Đặc biệt là việc xử lý rơm rạ

đã có những ảnh hưởng xấu đến độ phì nhiêu của đất, ảnh hưởng đến chu trình vật chất trong hệ thống đất - cây trồng, đặc biệt là chu trình của các bon, có nguy cơ đe dọa tính bền vững của hệ thống canh tác lúa nước trong vùng Các hình thức xử lý rơm rạ có tác động trực tiếp đến chất hữu cơ trong đất, đến khu hệ vi sinh vật đất cũng như nhiều tính chất lý hóa học của đất

Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều giống cây trồng mới năng suất cao đang được sử dụng rộng rãi để đáp ứng nhu cầu lương thực cho một dân số đông ở nước ta Tuy nhiên, để đảm bảo cho các giống mới phát triển tốt đòi hỏi phải đầu tư nhiều phân bón, nước tưới và kỹ thuật chăm sóc thích hợp Trong đó bao gồm cả nhu cầu về thuốc bảo vệ thực vật cũng gia tăng Một nền nông nghiệp thâm canh cao là yêu cầu tất yếu của quá trình sản xuất Để đảm bảo nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng đòi hỏi

các yếu tố đầu vào tương xứng như lượng phân bón cũng tăng cao Đây cũng là nguyên nhân dẫn đến lượng phân chuồng ngày càng ít được sử dụng mà thay vào

đó là sự gia tăng sử dụng các phân khoáng

Đã có nhiều nghiên cứu về quá trình thâm canh tăng năng suất lúa ở nước ta nói chung và ở đồng bằng sông Hồng nói riêng nhưng chủ yếu tập trung vào vấn đề dinh dưỡng cây trồng và các biện pháp thâm canh tăng năng suất lúa Cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào đánh giá đầy đủ về chu trình vật chất trong hệ thống canh tác lúa nước nói chung và tác động của các hình thức xử lý rơm rạ đến các tính chất đất nói riêng, đặc biệt là hình thức đốt rơm rạ trên đồng ruộng

Với những lý do trên đề tài “Nghiên cứu tình hình sử dụng chất thải rắn nông nghiệp và tác động của một số hình thức xử lý rơm rạ đến môi trường đất lúa ở Hà Nội” nhằm đánh giá thực trạng về phát sinh, thu gom, sử dụng, xử lý

chất thải rắn nông nghiệp và những tác động trực tiếp của một số hình thức xử lý rơm rạ trên đồng ruộng đến môi trường đất lúa trên địa bàn Hà Nội, đặc biệt là các hình thức đốt rơm rạ trên đồng ruộng, một hình thức đang được áp dụng rộng rãi trên địa bàn Hà Nội Nghiên cứu cũng đề xuất một số giải pháp quản lý chất thải rắn nông nghiệp hiệu quả hơn nhằm góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền

vững đất nông nghiệp ở Hà Nội

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá tình hình phát thải và vấn đề sử dụng, xử lý chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội, đặc biệt là các phụ phẩm nông nghiệp

- Đánh giá ảnh hưởng của một số hình thức xử lý rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng đến một số tính chất đất lúa

- Đề xuất một số giải pháp quản lý chất thải rắn nông nghiệp trên địa bàn Hà Nội

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là những cơ sở khoa học về mối liên quan giữa xử lý phụ phẩm nông nghiệp và sự biến động các tính chất môi trường đất lúa

Đồng thời cung cấp cơ sở dữ liệu cho nghiên cứu khác liên quan về quản lý chất thải rắn nông nghiệp ở nước ta

- Xác định được mối liên hệ giữa các biến động trong quá trình phát triển kinh

tế - xã hội với sản xuất nông nghiệp và quản lý chất thải rắn nông nghiệp, góp phần xây dựng cơ sở lý luận về công tác quản lý và phát triển nông nghiệp và nông thôn ở nước ta

Ý nghĩa thực tiễn:

- Xác định được thực trạng chất thải rắn nông nghiệp trên địa bàn Hà Nội cũng như những biến động trong sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, góp phần quản lý hiệu quả chất thải rắn nông nghiệp ở Hà Nội nói riêng và ở nước ta nói chung cho mục tiêu sử dụng đất nông nghiệp bền vững ở nước ta

- Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở tham khảo cho việc ra quyết định

và điều chỉnh chính sách quản lý chất thải rắn nông nghiệp hiệu quả hơn nhằm giảm thiểu tác động môi trường do chất thải rắn nông nghiệp

4 Những đóng góp mới của đề tài

- Đây là nghiên cứu đầu tiên đóng góp vào việc lượng hóa mức độ tác động của các hình thức đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất, khu hệ vi sinh vật đất và một số tính chất đất lúa ở Hà Nội

- Đánh giá được tác động của một số hình thức xử lý rơm rạ khác nhau (thu hoạch hết rơm rạ, vùi rơm rạ, đốt phân tán rơm rạ và đốt tập trung rơm rạ) đến một

số tính chất môi trường đất lúa, đặc biệt là sự biến động chất mùn trong đất Đây là những cơ sở khoa học cho việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp cho một nền nông nghiệp bền vững ở đồng bằng sông Hồng nói chung

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Khái niệm và phân loại chất thải rắn nông nghiệp

1.1.1 Khái niệm về chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN)

Theo thuật ngữ được sử dụng rộng rãi của Liên hợp quốc (2005) “Chất thải rắn nông nghiệp là vật chất loại bỏ từ các hoạt động sản xuất trong nông nghiệp, nó bao gồm các phụ phẩm từ quá trình trồng trọt (thân cây, rơm, rạ, vỏ trấu…), phân

và các chất thải trong quá trình chăn nuôi và các lò giết mổ, các bao bì hóa chất bảo

vệ thực vật hay chất thải trong nuôi trồng thủy hải sản” [70]

Báo cáo môi trường Quốc gia của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2011 định nghĩa “Chất thải rắn nông nghiệp là chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như trồng trọt (thực vật chết, tỉa cành, làm cỏ ), thu hoạch nông sản (rơm, rạ, trấu, cám, lõi ngô, thân ngô…), bao bì đựng phân bón, thuốc BVTV, các chất thải ra từ chăn nuôi, giết mổ động vật, chế biến sữa, chế biến thuỷ sản ” [5]

Từ hai khái niệm trên có thể nói rằng chất thải rắn nông nghiệp là tất cả các chất thải ở dạng rắn được loại bỏ hay phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp, bao gồm cả trong lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi Thành phần của CTRNN cũng rất đa dạng, phong phú Tuy nhiên, trong đó chủ yếu là các sản phẩm còn lại

từ cây trồng sau khi thu hoạch hay còn gọi là phụ phẩm nông nghiệp và các chất thải rắn từ chăn nuôi Bên cạnh đó, các bao bì đựng thuốc bảo vệ thực vật cũng rất được quan tâm do tính chất nguy hại của chúng

Phụ phẩm nông nghiệp

Phụ phẩm nông nghiệp là nguồn chất thải trong nông nghiệp, bao gồm toàn

bộ phần thân và cành lá không phải là sản phẩm chính của cây trồng, ví dụ rơm rạ trong sản xuất lúa Phụ phẩm thường chiếm khoảng một nửa tổng sinh khối của cây ngũ cốc như lúa mạch, lúa mì và lúa gạo [64]

Rơm rạ có hàm lượng chủ yếu là các hydrat các bon và lượng protein thấp Thông thường các hợp chất hydrat các bon của rơm rạ gồm xenlulo (37,4%), hemixenlulo (44,9%), linhin (4,9%) và hàm lượng tro (9 - 14%) [9]

Chất thải rắn chăn nuôi bao gồm phân gia súc, gia cầm và các chất thải từ

quá trình này Chất thải chăn nuôi có thành phần phức tạp, giàu hữu cơ và được coi

là nguồn ô nhiễm tiềm tàng Trong quá trình lưu trữ, hàng trăm chất trung gian khác nhau được tạo thành do quá trình phân hủy nhờ vi sinh vật tạo nên các chất gây ô nhiễm không khí, đất và nguồn nước

Bao bì thuốc bảo vệ thực vật gồm chai lọ và các bao bì khác đựng thuốc

BVTV Đây được xem là các chất thải nguy hại, do vậy nếu không được quản lý chặt chẽ, không đảm bảo an toàn trong thu gom, lưu trữ, vận chuyển và xử lý sẽ dẫn tới các rủi ro, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh và sức khỏe cộng đồng [2]

1.1.2 Phân loại chất thải rắn nông nghiệp

Theo Võ Đình Long (2008) [25] các chất thải rắn nông nghiệp bao gồm một số loại chủ yếu sau đây:

Theo khả năng phân hủy, chất thải rắn nông nghiệp được phân thành chất

thải có khả năng phân hủy và chất thải không có khả năng phân hủy

Chất thải có khả năng phân hủy là các loại chất thải có thành phần hữu cơ cao và chứa thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho quá trình sinh trưởng của các

vi sinh vật Các chất thải có khả năng phân hủy tốt như: phân động vật trong chăn nuôi, cỏ dại, lá cây…; các chất có khả năng phân hủy kém hơn như rơm,

rạ, thân cây Loại chất thải này chiếm tỷ lệ khá cao (60 - 65%) trong tổng chất thải rắn nông nghiệp

Các chất thải không có khả năng phân hủy và độc hại là các loại chai lọ, bao

bì đóng gói đựng thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu Hiện nay, ở nông thôn còn tồn đọng trung bình mỗi năm khoảng 8.600 tấn các loại thuốc trừ sâu, bao bì và thùng chứa thuốc trừ sâu và khoảng 37.000 tấn các loại hoá chất nông nghiệp bị cấm sử dụng hoặc đã quá hạn sử dụng [4]

Theo tính nguy hại, chất thải rắn nông nghiệp gồm hai loại: chất thải rắn

nông nghiệp nguy hại và chất thải rắn nông nghiệp thông thường

Chất thải rắn nông nghiệp nguy hại là chất thải có chứa chất hoặc các hợp chất gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người Các chất gây nguy hại bao

gồm các bệnh phẩm của động vật nhiễm bệnh (gà rù, lợn bị bệnh, gà cúm, trâu bò điên,…); bao bì đựng hóa chất bảo vệ thực vật như thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, bả chuột; chai lọ đựng thuốc thú y đã qua sử dụng, xylanh hỏng…); đồ nhựa (bình xịt hóa chất bảo vệ động, thực vật, găng tay bảo hộ…); kim loại (bơm kim tiêm, dao mổ, các vật sắc nhọn khác…); dược phẩm (thuốc thú y đã quá hạn sử dụng, thuốc còn sót trong vỏ đựng…) [29]

Theo thành phần hóa học, chất thải rắn nông nghiệp được chia thành chất

thải nông nghiệp hữu cơ và chất thải nông nghiệp vô cơ

Chất thải rắn nông nghiệp hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong chất thải rắn nông nghiệp, bao gồm: các phụ phẩm trồng trọt (rơm, rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu,

bã mía…), phân bón trong chăn nuôi và phụ phẩm trong quá trình giết mổ động vật Khái niệm này thường được hiểu như chất thải rắn có khả năng phân hủy sinh học

Chất thải rắn nông nghiệp vô cơ hay chất thải rắn không có khả năng phân hủy sinh học bao gồm các túi đựng phân hóa học, túi đựng thuốc trừ sâu, bảo vệ thực vật, bình phun hóa chất bảo vệ mùa màng,…Tuy chúng chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng chất thải rắn nông nghiệp song vấn đề đáng quan tâm nhất đối với các loại chất thải này đó là tính nguy hại của chúng

1.2 Tình hình sản xuất và phát sinh chất thải rắn nông nghiệp ở nước ta

1.2.1 Sơ lược về tình hình sản xuất nông nghiệp ở nước ta

Nông nghiệp là một lĩnh vực sản xuất quan trọng đối với sự phát triển của Việt Nam Theo Tổng cục Thống kê, giá trị sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản năm

2012 ước tính đạt 255,2 nghìn tỷ đồng (theo giá so sánh 1994), tăng 3,4% so với năm

2011, trong đó nông nghiệp đạt 183,6 nghìn tỷ đồng, tăng 2,8% [11]

Lúa là cây nông nghiệp chủ yếu và chiếm diện tích lớn trong cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp Nghề trồng lúa Việt Nam ra đời và phát triển từ rất sớm Trong suốt 2.000 năm lịch sử, với công trình đắp bờ, đào kênh mương dẫn nước tưới nên đến nay nghề trồng lúa Việt Nam đã tạo nên hệ sinh thái nông nghiệp có tưới điển hình [37]

Đại hội VI của Đảng Cộng sản Việt Nam (năm 1986) đã xác định nông nghiệp là mặt trận hàng đầu, an ninh lương thực được coi trọng, lúa là cây lương

thực chủ yếu Từ đó, sản xuất lúa gạo đã không ngừng phát triển và từng bước thu được thắng lợi ngày càng lớn Cây lúa được gieo trồng ở hầu hết các vùng trong cả nước Tại miền Bắc, do điều kiện khí hậu cận nhiệt đới, lúa được trồng vào hai vụ chính (vụ chiêm và vụ mùa) Ở các tỉnh miền Nam, với điều kiện khí hậu nhiệt đới, nhiệt độ cao quanh năm, lúa được trồng thêm một vụ nữa là vụ hè thu Hai vùng sản xuất lúa chính của Việt Nam là ĐBSH và ĐBSCL, chiếm khoảng 2/3 tổng diện tích lúa và 70% sản lượng lúa gạo của cả nước [9]

Năm 1975 sau khi thống nhất đất nước diện tích gieo trồng lúa ở nước ta là 4,855 triệu ha, năng suất 21,2 tạ/ha, sản lượng 10,293 triệu tấn, bình quân đầu người

240 kg thóc, chưa đảm bảo an ninh lương thực Năm 1985 diện tích trồng lúa tăng lên 5,7 triệu ha, đến năm 1990 diện tích gieo cấy lúa đã tăng lên 6 triệu ha, năng suất 31,8 tạ/ha, sản lượng 19,225 triệu tấn, bình quân đầu người 295 kg thóc, lần đầu tiên nước ta đã xuất khẩu 1,6 triệu tấn gạo Năm 1995 diện tích lúa là 6,765 triệu ha, năng suất 36,9 tạ/ha, sản lượng 24,963 triệu tấn [9] Việt Nam đã xuất khẩu được 3,5 triệu tấn gạo (FAOSTAT, 2005) [70] Đến năm 2012, sản lượng lúa cả nước đạt 43,66 triệu tấn, với diện tích gieo trồng là 7,753 triệu ha, năng suất đạt 56,3 tạ/ha [40]

Trong hơn 30 năm qua, sản xuất lúa ở Việt Nam đã không ngừng tăng trưởng về diện tích, năng suất và sản lượng nhờ áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong sản xuất như giống mới, phân bón, thủy lợi và kỹ thuật canh tác Nhờ

đó, nước ta từ một nước thiếu lương thực đã trở thành nước xuất khẩu gạo lớn trên thế giới

Về chăn nuôi, vào thời điểm cuối năm 2012, cả nước có 26,5 triệu con lợn, 2.627,8 nghìn con trâu, 5.194,2 nghìn con bò và đàn gia cầm có 308,5 triệu con [40] Sản lượng thịt các loại ước tính đạt 4,3 triệu tấn, tăng 2,5% so với năm trước

Tuy nhiên, trong lịch sử phát triển lâu dài của mình, nền nông nghiệp nước ta cũng đã chịu nhiều tác động của thiên tai như lũ lụt, hạn hán, dịch bệnh… đã có lúc rất nghiêm trọng Ngày nay, những nguy cơ này có lúc càng gay gắt hơn, đặc biệt là

đã xuất hiện nhiều yếu tố mới có nguy cơ phá vỡ tính ổn định của hệ sinh thái nông nghiệp: sự đa dạng sinh học giảm đi do nhiều loại giống truyền thống đã được thay thế bằng một số ít giống lúa mới, việc sử dụng các hóa chất BVTV gây hại ngày

càng nhiều cho con người cũng như khó kiểm soát trong quá trình canh tác Hơn nữa quá trình thâm canh cao dựa trên việc sử dụng nhiều phân bón hóa học đã làm trầm trọng thêm sự mất cân đối về dinh dưỡng trong đất

1.2.2 Tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam

Phân bón là yếu tố đầu vào quan trọng nhất để đảm bảo năng suất cây trồng, chất lượng nông sản và ổn định độ phì nhiêu của đất Chính vì tầm quan trọng như vậy nên phân bón được sử dụng rộng rãi cho tất cả các loại cây trồng

Trong những năm 1960 - 1970 số lượng phân hóa học được sử dụng rất ít, khoảng 80 ngàn tấn chất dinh dưỡng/năm chủ yếu được bón cho cây công nghiệp như cao su, cà phê (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam

này chủ yếu sử dụng các giống lúa cổ truyền, nhu cầu dinh dưỡng thấp nên chất dinh dưỡng trong đất cùng với phân hữu cơ có thể đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Lƣợng hút dinh dƣỡng liên quan đến giống lúa

Đơn vị: kg/ha

Lúa địa phương cổ truyền 15 – 25 2,5 – 4,0 30 - 35

Lúa thuần cải tiến 80 – 100 40 – 50 100 - 120

Nguồn: Đề tài 02A-06–01, 1990 và Nguyễn Văn Bộ, 2003 [48]

Phân hữu cơ nói chung có ưu điểm là chứa đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng

đa, trung và vi lượng mà không một loại phân khoáng nào có được Ngoài ra, phân hữu cơ cung cấp chất mùn làm kết cấu của đất tốt hơn, tơi xốp, bộ rễ phát triển mạnh Vào những năm của thập kỷ 60 thế kỷ 20 do nguồn phân khoáng có hạn nên phân chuồng được sử dụng rất phổ biến, bình quân hơn 6 tấn/ha/vụ

Từ những thập niên cuối của thế kỷ 20, với mức độ thâm canh ngày càng cao trong sản xuất nông nghiệp, phân bón ngày càng đóng góp vai trò quan trọng trong nâng cao năng suất và giá trị nông sản, là vật tư không thể thiếu của mỗi người dân Hiện nay, do phân bón vô cơ mang lại hiệu quả cao nên việc lạm dụng các loại phân khoáng rất phổ biến Lượng phân bón sử dụng năm 2012 tại Việt Nam là 2,77 triệu tấn chất dinh dưỡng (N, P2O5 và K2O), bằng 1,57% của thế giới (176,6 triệu tấn) Tính về tốc độ tăng trưởng, trong 43 năm (1970 - 2012), khi Việt Nam bắt đầu Chương trình hóa học hóa nông nghiệp, lượng phân bón vô cơ tiêu thụ tăng 8,92 lần, trong khi trong cùng thời gian, toàn cầu tăng 2,55 lần [48]

Việc bón phân không cân đối, thiếu khoa học làm cho sâu bệnh phát triển nhiều hơn và mức độ nghiêm trọng hơn Sự bùng phát của các bệnh dịch lớn như vàng lùn, lùn xoắn lá trên lúa tại ĐBSCL hay lúa lùn sọc đen tại ĐBSH, bệnh chổi rồng trên nhãn, sắn là những ví dụ có một phần nguyên nhân từ bón phân chưa hợp lý

Do vai trò và tác dụng to lớn của phân khoáng, cùng với việc thay đổi mô hình chăn nuôi và thiếu hụt lao động cũng như áp lực về mùa vụ mà phân hữu cơ ngày

càng ít được sử dụng Trong giai đoạn 1980 - 1995, việc sử dụng phân hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp đã giảm sút đáng kể Tuy nhiên, từ năm 1995 lại đây do yêu cầu thâm canh, do nhu cầu khuyến khích sản xuất, sử dụng phân hữu cơ được phục hồi, nên số lượng phân hữu cơ được sản xuất, sử dụng đã tăng lên đáng kể Kết quả điều tra của Viện Thổ nhưỡng Nông hoá ở một số vùng đồng bằng, trung du Bắc bộ và Bắc Trung bộ cho thấy bình quân mỗi vụ cây trồng bón khoảng 8 - 9 tấn/ha/vụ Ước tính toàn quốc sản xuất, sử dụng khoảng 65 triệu tấn phân hữu cơ/năm

Theo Bùi Huy Hiền (2013), bón phân hữu cơ, năng suất cây trồng đã tăng được 10 - 20% Nếu tính riêng về thóc do bón phân hữu cơ (chủ yếu là phân chuồng) đã đạt khoảng 2,5 - 3,0 triệu tấn thóc/năm Bón phân hữu cơ còn làm giảm bớt lượng phân khoáng cần bón do phân hữu cơ có chứa các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng Kết quả nghiên cứu và điều tra cho thấy nếu bón 10 tấn phân chuồng/ha có thể giảm bớt được 40 - 50% lượng phân kali cần bón [48]

Với đàn gia súc lớn như hiện nay, hàng năm chúng ta có thể cung cấp cho sản xuất khoảng 120 - 150 triệu tấn phân chuồng, song thực tế, con số này không đạt 30%, do hình thức chăn nuôi công nghiệp, không sử dụng chất độn chuồng Nguyễn Văn Bộ cho rằng đây chính là một trong các nguyên nhân mà chúng ta đang lãng phí thêm 45 - 50 triệu tấn rơm rạ không được tái sử dụng mà phần lớn

bị đốt lãng phí Với số lượng rơm rạ này nếu được tái sử dụng thì ngoài chất hữu

cơ để tạo nền thâm canh, các chất dinh dưỡng trung và vi lượng khác cho cây trồng còn có thể được cung cấp 315 - 350 nghìn tấn N, 100 - 115 nghìn tấn P205

và 780 - 870 nghìn tấn K20/năm [48]

Về mối tương quan hữu cơ - vô cơ, tỉ lệ dinh dưỡng tốt nhất từ hai nguồn này

là 30 - 70%, nhất là đối với cây công nghiệp dài ngày Khi bón phân hữu cơ, hiệu suất sử dụng đạm của cây cà phê tăng thêm 15,6% (từ 37,2% khi không bón hữu cơ lên 52,8% khi có bón hữu cơ) Ngược lại, phân hóa học cũng làm tăng hiệu quả của phân hữu cơ Trên nền đất bón phân khoáng, hiệu suất 1 tấn phân hữu cơ đạt 53-89

kg thóc tùy theo loại đất và mùa vụ, còn trên nền không có phân khoáng, chỉ số này

chỉ đạt 32-52 kg thóc Phân hữu cơ cũng làm tăng hiệu quả sử dụng phân lân do hạn chế lân kết tủa với các ion Fe, Al và Ca Bón phân hữu cơ, nhất là phân chuồng, phân có chất độn là rơm rạ còn làm giảm đáng kể lượng kali cần bón do hàm lượng kali trong rơm rạ rất cao, đạt từ 1,5-1,7% K2O (Nguyễn Văn Bộ, 2013) [48]

Chiến lược Phát triển nông nghiệp Việt Nam giai đoạn 2011-2020 đặt mục tiêu đến năm 2020 sản xuất nông nghiệp sẽ đạt hơn 41 triệu tấn lúa, 18 triệu tấn rau, 7,2 triệu tấn ngô, 1,1 triệu tấn đậu tương Như vậy nếu sản lượng các nông sản hàng hóa trên đạt được cũng sẽ để lại một lượng rất lớn phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, thân, lá, v.v…) Đến năm 2020, với đàn lợn khoảng 35 triệu con; đàn gà

có khoảng hơn 306 triệu con; đàn trâu đạt gần 3 triệu con và đàn bò gần 13 triệu sẽ cho 200-210 triệu tấn phân chuồng Đây là nguồn dinh dưỡng quan trọng đã và đang góp phần làm tăng năng suất cây trồng cũng như ổn định độ phì nhiêu của đất [48]

Như vậy, để đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm ngày càng tăng gắn liền với sử dụng bền vững tài nguyên đất, nhiệm vụ của loài người là phải tạo ra một nền nông nghiệp thâm canh bền vững Trong đó cùng với việc sử dụng tối thích phân khoáng, tái sử dụng tàn dư thực vật làm phân bón, giảm đến tối đa những chất phế thải và việc mất dinh dưỡng để không làm ô nhiễm môi sinh Đồng thời phải làm cho đất phát huy tác dụng tích cực hơn, trở thành nơi đồng hóa chất thải, biến chất thải thành nguồn chất dinh dưỡng, phụ phẩm nông nghiệp trở thành một phần của hệ thống sản xuất

1.2.3 Các nguồn phát sinh chất thải rắn nông nghiệp

Chất thải rắn nông nghiệp được phát sinh chủ yếu từ hoạt động trồng trọt (trên đồng ruộng), chăn nuôi và các quá trình liên quan như chế biến nông sản, giết

mổ gia súc gia cầm… Trong đó chất thải từ cây trồng (phụ phẩm nông nghiệp) và chăn nuôi chiếm tỷ lệ lớn nhất [5]

Thành phần và khối lượng chất thải rắn nông nghiệp phụ thuộc vào nguồn phát thải và quy mô sản xuất

Trong trồng trọt, lúa và ngô là những cây trồng có tỷ lệ phụ phẩm khá cao

Tỷ lệ giữa phụ phẩm và phần thu hoạch của các loại cây trồng là khác nhau Trung bình phụ phẩm rơm rạ từ cây lúa cũng tương đương với sản lượng thu hoạch hàng năm Theo Yadvinder và cộng sự (2005), nếu chỉ tính riêng lượng rơm rạ cũng chiếm khoảng 75% sản lượng lúa thu hoạch [95] Nói cách khác, nếu thu hoạch được 1 tấn lúa thì cũng có gần 1 tấn phụ phẩm (rơm rạ, cám, trấu) được tạo ra trên đồng ruộng Trong khi tỷ lệ này ở ngô là cao hơn nhiều (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Khối lƣợng phụ phẩm nông nghiệp (tính cho 1 tấn sản phẩm thu hoạch)

Nguồn: Viện Năng lượng (2002) (trích theo [44])

Việt Nam là một nước nông nghiệp, hàng năm lượng phụ phẩm và các chất thải từ sản xuất nông nghiệp là rất lớn, đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Hồng và vùng đồng bằng sông Cửu Long

Trong trồng trọt, lúa là loại hình sản xuất phát sinh lượng chất thải lớn nhất Với khoảng trên 4 triệu ha đất lúa và diện tích gieo trồng lúa hàng năm lên đến 7,5 triệu ha, lượng rơm rạ thải ra ước đạt 76 triệu tấn/năm (Bảng 1.4) [9] Nếu chỉ tính riêng đồng bằng sông Cửu Long, sản xuất lúa tạo ra khoảng 24 triệu tấn rơm rạ/năm; ngọn lá mía phế thải khoảng 2,47 triệu tấn/năm, lượng bã mía sau chế biến đường khoảng 1,42 triệu tấn/năm và bùn thải sản xuất mía đường khoảng 0,94 triệu tấn/năm [9]

Cùng với lượng phụ phẩm được phát sinh trong trồng trọt, chăn nuôi cũng là ngành tạo ra nhiều chất thải rắn Lượng chất thải rắn từ các hoạt động chăn nuôi gia súc gia cầm thậm chí còn lớn hơn rất nhiều so với trong trồng trọt (Bảng 1.4) Hơn nữa chất thải rắn chăn nuôi thường gây ô nhiễm môi trường lớn hơn nhiều so với các chất thải từ trồng trọt

Bảng 1.4 Lƣợng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh năm 2008, 2010

Chất thải rắn chăn nuôi Tấn/năm 80.450.000 2008 Bao bì thuốc bảo vệ thực vật Tấn/năm 11.000 2008

Nguồn: Viện Khoa học & CNMT, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2010 [5]

Theo thống kê của Cục Chăn nuôi, năm 2007 cả nước có 38,4 triệu con gia súc, ước tính thải ra 61 triệu tấn chất thải rắn nhưng chỉ khoảng 40% số chất thải này được xử lý, còn lại được xả trực tiếp ra môi trường Năm 2008 có tới 80,45 triệu tấn chất thải chăn nuôi nhưng chỉ có khoảng 40-70% chất thải được xử lý, số còn lại thải thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch [8]

Khối lượng chất thải phát sinh từ gia súc gia cầm phụ thuộc vào loại vật nuôi, giai đoạn sinh trưởng, chế độ dinh dưỡng, phương thức vệ sinh chuồng trại Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy lượng thải trung bình cho một số loại vật nuôi phụ thuộc vào khối lượng của chúng như được trình bày ở Bảng 1.5

Bảng 1.5 Lƣợng chất thải trung bình từ các loại vật nuôi Loại vật nuôi Lƣợng thải trung bình trong 24 giờ

(% khối lượng cơ thể)

Trong những năm qua, cùng với việc mở rộng diện tích, sự dịch chuyển cơ cấu và quá trình đầu tư thâm canh tăng năng suất các loại cây trồng, lượng thuốc BVTV được

sử dụng cũng có xu hướng tăng lên Đây chính là nguồn gốc phát sinh bao bì thuốc bảo

vệ thực vật, có tác động không nhỏ đến sức khỏe con người, môi trường sản xuất và chất lượng nông sản Theo Tổng cục Thống kê, từ năm 2000 đến năm 2005, mỗi năm Việt Nam sử dụng khoảng 35.000 đến 37.000 tấn hóa chất bảo vệ thực vật, đến năm 2006 tăng đột biến lên tới 71.345 tấn và đến năm 2008 đã tăng lên gần 110.000 tấn Thông

thường, lượng bao bì chiếm khoảng 10% so với lượng thuốc tiêu thụ, như vậy năm 2008

đã thải ra môi trường 11.000 tấn bao bì các loại [5]

Tương tự như vậy, lượng phân bón hóa học sử dụng ở nước ta bình quân 80 -

90 kg/ha (cho lúa là 150 - 180 kg/ha), kèm theo đó cũng phát sinh một lượng khá lớn chất thải từ các bao bì, túi chứa đựng Chỉ tính riêng năm 2008, tổng lượng phân bón

vô cơ các loại được sử dụng 2,4 triệu tấn/năm, ước tính cũng có khoảng 240 tấn chất thải từ bao bì đựng phân bón các loại được thải vào môi trường [5]

1.2.4 Thành phần nguyên tố trong phụ phẩm nông nghiệp

Để sinh trưởng và phát triển, cây trồng đã hút thu các chất dinh dưỡng từ đất

và tích lũy trong sinh khối Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các loại phụ phẩm nông nghiệp có khác nhau đối với các nhóm cây trồng khác nhau, nó phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại cây trồng (Bảng 1.6)

Bảng 1.6 Hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng có trong phụ phẩm nông nghiệp

kg S và các nguyên tố vi lượng: 28 g B, 15 g Cu, 150 g Mn, 2 g Mo, 200 g Zn, 0,5 g Co… Nếu được hoàn trả lại, lượng các nguyên tố có trong rơm rạ (trừ đạm) có khả năng đảm bảo gần như đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng của cây để đảm bảo năng suất thu được 20 tạ/ha [89]

Theo Nguyễn Vy (1993) nếu trồng 2 vụ lúa rơm rạ lấy đi từ đất một lượng lớn kali, bình quân khoảng 150 kg kali nguyên chất mỗi năm Thêm cây vụ đông, lượng

kali mất đi trên 1 ha là 200 kg Vì hạt thóc chỉ chứa từ 5-7 kg kali trong một tấn nên nếu trả lại rơm rạ cho đất thì gần như “kho báu kali” vẫn còn nguyên [52]

Trung bình để tạo năng suất 1 tấn thóc, cây lúa sẽ lấy đi khỏi đất 22,2 kg N, 7,1 kg P2O5, 31,6 kg K2O, 3,94 kg CaO, 4,0 kg MgO, 0,94 kg S, 51,7 kg Si và nhiều nguyên tố vi lượng khác như Zn, Cu, B Như vậy, nếu trồng 2 vụ lúa/năm với tổng năng suất 10 tấn/ha, lượng N, P, K mà cây lấy đi sẽ tương đương với dinh dưỡng có trong 482 kg phân urê, 430 kg phân supe lân và 528 kg phân kali clorua/ha (Nguyễn Văn Bộ và cộng sự, 1997) [3] Theo ông, nếu tận dụng hết lượng phụ phẩm khoảng 2,6-2,7 tấn cho một ha sau thu hoạch sẽ hoàn trả lại cho đất tương đương với 14 kg

N, 7 kg P2O5, 34 kg K2O

Nghiên cứu hàm lượng các chất dinh dưỡng chính trong phụ phẩm của một số cây trồng trên đất bạc màu, Đỗ Thị Xô và cộng sự (1995) cho thấy trong rơm rạ có chứa 0,53 kg N, 0,35 kg P2O5 và 1,3 kg K2O, trong thân lá ngô có 0,78 kg N, 0,55 kg P2O5 và 2,3 kg K2O [53]

Các số liệu được dẫn ra ở trên cho thấy tuy kết quả nghiên cứu có khác nhau giữa các tác giả nhưng nhìn chung cây lúa lấy đi từ đất nhiều nhất là nguyên tố silic, tiếp đến là kali, nitơ, phốt pho và một số nguyên tố khác Tuy nhiên, việc sử dụng phân khoáng lại chủ yếu là bổ sung nitơ, sau đó là phốt pho và kali Nguyên nhân là do hàm lượng kali thường khá cao và khả năng cung cấp kali từ đất cho cây là khá lớn Trong khi đó, hàm lượng nitơ trong đất thường thấp, đặc biệt là nitơ ở dạng dễ tiêu

Mặt khác, những kết quả nghiên cứu này cũng cho thấy nếu khối lượng các chất dinh dưỡng trong rơm rạ được hoàn trả lại cho đất sẽ có ý nghĩa quan trọng làm cân bằng chu trình vật chất giữa đất - cây trồng trong hệ thống canh tác lúa nước

1.3 Tình hình thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp trên thế giới

Hàng năm trên thế giới lượng chất thải rắn nông nghiệp phát sinh là rất lớn, đáng kể là các phụ phẩm cây trồng để lại trên đồng ruộng sau thu hoạch, trong đó chủ yếu là rơm lúa, rơm lúa mì và thân cây ngô Đến nay, rơm lúa cũng như rơm lúa mì được nhiều nước sử dụng vào các mục đích khác nhau Để việc sử dụng rơm có hiệu quả, các nước phát triển đều quan tâm trước hết đến việc cơ giới hóa việc thu gom, vận chuyển và bảo quản rơm Vấn đề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khô đã đạt

mức độ cao có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thu hoạch rơm và cỏ khô, bao gồm cả khâu vận chuyển, bảo quản và phân phối chúng Các máy thu hoạch liên hợp có cấu tạo khá phức tạp, kích thước cồng kềnh và chỉ thích hợp đối với các đồng cỏ hoặc ruộng có diện tích lớn

Ở các nước sản xuất nông nghiệp có mức cơ giới hoá thấp, việc thu hoạch sản phẩm nông nghiệp phần lớn làm thủ công, nhất là ở các nước châu Á với nền nông nghiệp sản xuất lúa nước chiếm ưu thế Tùy theo điều kiện của từng nước, các phụ phẩm từ cây lúa cũng được thu gom và xử lý theo nhiều hình thức truyền thống khác nhau Thông thường sau khi thu hoạch lúa, rơm được đánh đống hoặc phun trên bề mặt ruộng thành từng luống, còn rạ hoặc được vùi lấp hoặc tận thu làm phân vi sinh hoặc phơi khô ngay tại chỗ Rơm rạ sau khi phơi khô sẽ được đốt hoặc thu gom cho các mục đích sử dụng khác Còn rơm tươi một phần được người dân vùi lấp hoặc để tự hoại mục (Hình 1.1)

Nguồn: Đậu Thế Nhu và cs (2008) (trích theo[30])

Hình 1.1 Các hình thức thu gom và sử dụng rơm rạ trên thế giới

THU HOẠCH LÚA

Rơm phun đều trên mặt ruộng thành dãy Cắt gốc rạ

Lúa thu hoạch bằng máy

gặt rải hàng, thủ công sử

dụng máy đập, tuốt

Gặt thủ công để lại gốc rạ cao trên đồng

Thu gom

Phay lồng vùi lấp

Thu gom

Rơm được phơi khô

Đốt

Phay lồng vùi lấp

Phơi khô

Làm phân vi sinh

Rơm được phơi khô

Làm phân vi sinh

Đốt

ơ

Thu gom

Theo truyền thống, phụ phẩm cây trồng thường được tận dụng làm thức ăn cho chăn nuôi và chất đốt hoặc để sản xuất phân bón hữu cơ (phân chuồng) Ngoài

ra, có thể tận dụng chúng như một nguồn cung cấp (các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ) cho đất, góp phần nâng cao chất lượng đất cũng như năng suất cây trồng

Việc tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, than sinh học, khí sinh học… không những giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện độ phì nhiêu cho đất, tăng năng suất cây trồng, tiết kiệm chi phí mà còn góp phần quan trọng vào việc giảm lượng phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng Tuy nhiên, hiện nay việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp cho các mục đích khác nhau ở các nước cũng khác nhau Ví dụ như ở Indonesia, phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu được sử dụng cho mục đích năng lượng hoặc đốt bỏ trên đồng ruộng Ở Phillipin phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu sử dụng cho cung cấp năng lượng, sản xuất phân bón hoặc đốt bỏ Ở Trung Quốc, phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu được sử dụng để sản xuất phân bón và làm thức ăn gia súc hoặc đốt bỏ Còn ở Việt Nam, chủ yếu để cung cấp năng lượng, làm thức ăn hoặc đốt bỏ trên đồng ruộng (Bảng 1.7)

Bảng 1.7 Một số hình thức sử dụng phụ phẩm nông nghiệp ở các nước

Cung cấp năng lượng Indonesia , Nepal, Thái Lan, Malaysia, Philippin,

Thụy Sỹ, Nigeria, Việt Nam Phân bón Philippin, Israel, Trung Quốc

Thức ăn cho động vật Lebanon, Pakistan, Syria, Iraq, Israel, Tanzania, Trung

Quốc, châu Mỹ, Việt Nam Trồng nấm Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ

Đốt cháy Trung Quốc, Mỹ, Philippin, Indonesia, Việt Nam

Nguồn: Viện Năng lượng Quốc gia (2012) (trích theo[39])

Theo truyền thống, phụ phẩm nông nghiệp thường được sử dụng như nguồn thức ăn trong chăn nuôi, nhiên liệu (đun nấu), vật liệu xây dựng, lợp nhà, trồng nấm

và ủ phân Ngoài ra, một phần trong đó còn được sử dụng như nguồn nguyên liệu trong sản xuất các sản phẩm thủ công mỹ nghệ như nón, mũ, các vật dụng khác…

Ở nhiều vùng nông thôn ở các nước khác nhau, người nông dân hay sử dụng rơm rạ cũng như lau sậy hay các loại vật liệu tương tự để làm các tấm lợp mái nhà Loại rơm rạ sử dụng cho mục đích này thường được thu hoạch riêng bằng thủ công hoặc bằng máy gặt bó

Ở một số nước, phụ phẩm nông nghiệp được sử dụng để sản xuất mũ, dép, dây thừng Ví dụ như ở Anh, vài trăm năm trước đây, các mũ bện từ rơm rạ đã rất phổ biến Người Nhật và Triều Tiên có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, xăng đan, đồ thủ công mỹ nghệ Tại một số nơi thuộc Đức, như vùng Black Forest và Hunsruck, các loại dép sản xuất từ rơm rạ thường được dùng để đi trong nhà hoặc tại

lễ hội [9] Tại nhiều nơi trên thế giới, rơm rạ cho đến nay vẫn được sử dụng để làm đệm giường nằm cho con người và làm ổ cho vật nuôi như trâu bò, ngựa hoặc các loại khác; rơm rạ còn được sử dụng như một nguồn thức ăn thô quan trọng cho gia súc, đặc biệt là trong mùa khô hoặc mùa lạnh khi thiếu các loại thức ăn tươi từ cây cỏ

Việc trồng các loại nấm ăn từ các cơ chất là phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ

là một quá trình có giá trị gia tăng cao nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ

bị coi là phế thải thành thức ăn cho người Trồng nấm được coi là một trong những phương pháp sinh học tận dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả kinh tế cao Nấm rất giàu protein (26,3 - 36,7%) và là loại thực phẩm ăn ngon Sản lượng nấm trồng tại các nước trồng lúa liên tục gia tăng trong những năm gần đây Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc trồng nấm bằng rơm rạ kết hợp với hạt bông mang lại hiệu quả chuyển hóa sinh học khá cao, đạt 12,82% (được xác định bằng tỷ lệ phần trăm khối lượng nấm khô trên khối lượng rơm rạ khô) Trồng nấm trên nền rơm rạ còn mang lại những biện pháp khuyến khích kinh tế đối với nghề nông, coi nguồn chất thải này như một nguồn nguyên liệu có giá trị và có thể phát triển các cơ sở kinh doanh sử dụng chúng để sản xuất các loại nấm giàu chất dinh dưỡng Trung bình với hiệu suất chuyển hóa sinh học 10%, một tấn rơm rạ khô có thể cho sản lượng khoảng

1000 kg nấm sò tươi (hàm lượng nước 90%) [9] Vì vậy việc trồng nấm đã trở thành một hình thức xử lý rơm rạ mang lại lợi nhuận cao và thân thiện môi trường

Những thử nghiệm để xác định giá trị của rơm làm thức ăn chăn nuôi được tiến hành bởi Cục Khoa học Động vật của Mỹ, tập trung vào giá trị của rơm trong hỗn

hợp thức ăn cho bò và cừu Các kết quả cho thấy giá trị thức ăn từ rơm rạ có được cải thiện bằng cách xử lý rơm bằng khí (NH3) và xút hydroxit natri (NaOH) Do trong rơm có quá thấp năng lượng cho tiêu hoá, protein thô, can-xi và phốtpho để cho sử dụng độc lập, hàm lượng các nguyên tố côban, đồng, mangan và lưu huỳnh cũng thấp nên chúng không có khả năng cung cấp đầy đủ các khoáng chất trong thức ăn Rơm khác với phần lớn các chất xơ khác Nó có hàm lượng linhin tương đối thấp và hàm lượng silic khá cao Tuy nhiên, silic không có giá trị dinh dưỡng và có thể ảnh hưởng đến tiêu hóa Do vậy, rơm nhất thiết phải được bổ sung với các thức ăn khác, ngay cả khi được sử dụng với tỷ lệ thấp cho gia súc (trích theo [30])

Phụ phẩm nông nghiệp cũng được sử dụng làm nhiên liệu khá phổ biến ở tiểu bang Tây Bengal, Ấn Độ Nông dân sử dụng phụ phẩm nông nghiệp trong gia đình hoặc bán cho những người thu mua để sử dụng làm nhiên liệu trong ngành công nghiệp Phế liệu từ quả lạc được sử dụng như nhiên liệu trong đốt gạch, nung vôi Phụ phẩm từ cây bông, ớt, đậu và hạt có dầu chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho nhu cầu hộ gia đình Gáo dừa, thân cây cải dầu, đay và hoa hướng dương cũng thường được sử dụng làm nhiên liệu trong sinh hoạt hàng ngày của người dân Dừa tạo ra khoảng 3 triệu tấn vỏ mỗi năm và khoảng 1,2 triệu tấn được sử dụng để làm xơ dừa và 1 triệu tấn đốt làm nhiên liệu [85]

Ngoài ra, phụ phẩm nông nghiệp có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất than tổ ong (60% chất thải hữu cơ và 40% than cám) Loại than này sau khi cháy hết có thể được sử dụng làm phân bón [9] Việc sử dụng sinh khối làm nhiên liệu ngày càng tăng, không chỉ ở các nước đang phát triển mà còn ở các nước

phát triển [74]

Tại Thái Lan, sinh khối đóng một vai trò quan trọng như nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất điện và nhiên liệu sinh học và sinh khối được sử dụng mang tính thương mại trong 9 tỉnh ở khu vực phía bắc Thái Lan (trích theo [30])

Tại Cameroon mô hình sử dụng trấu là nhiên liệu thay thế cho gỗ để cung cấp năng lượng hộ gia đình rất phổ biến Việc sử dụng trấu có thể cung cấp 10-15%

năng lượng cho hộ gia đình và cho phép tiết kiệm đáng kể cho ngân sách gia đình lên đến 50% tổng chi phí năng lượng đun nấu hàng năm (trích theo [30])

Phụ phẩm nông nghiệp cũng có thể được chuyển thành khí dễ cháy (bao gồm

CO và H2) qua phản ứng hỏa điện, sau đó được cung cấp để sử dụng [71] Trong các nghiên cứu về tận dụng phụ phẩm nông nghiệp trong việc phát triển năng lượng Stephen M Freedman (1983) cho rằng tiềm năng năng lượng từ sinh khối đối với việc đun nấu, sưởi ấm từ 3,70.109 đến 8,33.109 J/ha/năm và khí sinh học (biogas) từ 1,85.109 đến 4,17.109 J/ha/năm [72]

Ở các nước phát triển, đặc biệt là ở các quốc gia Tây Âu và Mỹ, đã ứng dụng công nghiệp hóa khí từ sinh khối trên đồng ruộng để tạo nhiệt cho phát điện và nấu

ăn Riêng ở Thụy Sĩ, gần 9 triệu tấn năng lượng sinh khối than tiêu chuẩn (biến thành khí) từ phụ phẩm nông nghiệp được sử dụng như các nguồn nhiệt vào năm

2003 Các công nghệ sản xuất khí từ sinh khối tương tự có giá trị nhiệt lớn và mang tính thương mại hóa được phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc Hệ thống cung cấp khí này đã được thành lập và mở rộng trên nhiều vùng nông thôn ở Trung Quốc Liuab và cộng sự (2008) đã nghiên cứu về việc tái sử dụng nguồn khí sinh khối ở nông thôn Trung quốc, đặc biệt là từ phụ phẩm cây trồng (rơm, rạ), không chỉ tạo nên tính hữu dụng cho năng lượng ở nông thôn mà còn cải thiện môi trường sinh thái và chất lượng cuộc sống của nông dân [86]

Theo FAO, mỗi năm có khoảng 3 tỷ tấn chất thải nông nghiệp phát sinh trên phạm vi toàn thế giới, trong đó các phụ phẩm từ cây lúa nước chiếm tỷ lệ lớn nhất, tới 863 triệu tấn, tiếp đến là phụ phẩm từ cây lúa mì và ngô tương ứng là 754 và 591 triệu tấn Giá trị được ước tính dựa trên cơ sở lượng chất thải được nhân với hệ số chuyển hóa năng lượng và các yếu tố liên quan được liệt kê ở Bảng 1.8 Như vậy, phụ phẩm từ cây lúa có tiềm năng năng lượng lớn nhất (3.407 PJ/năm), tiếp theo là phế thải từ cây lúa mì (3.299 PJ/năm) [70]

Bảng 1.8 Tiềm năng năng lƣợng sinh học từ các phụ phẩm nông nghiệp

Nguồn phụ phẩm Tiềm năng năng lƣợng (PJ/năm)

Nguồn: FAO statistical Database, 2000

Ngày nay, nhiên liệu lỏng từ sinh khối đang trở thành một chủ đề nóng trên toàn cầu Chính phủ Trung Quốc đã tham gia phát triển cồn sinh học (đặc biệt là cây không

có hạt) Từ những năm 1980, công nghệ sản xuất nhiên liệu lỏng từ cây lúa miến ngọt

đã đạt được kết quả to lớn Sau đó, thành công trong dự án nhiên liệu lỏng (hầu hết từ ngô) được thực hiện và có kết quả khả quan (trích theo [30]) Việc sản xuất cồn sinh học hiện nay chủ yếu là từ hạt ngô đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng cung cấp lương thực cho con người Do vậy, xu hướng sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp

để thay thế đang được nhiều nước quan tâm Đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu hiệu quả, cả về mặt kinh tế và an toàn với môi trường Tuy nhiên, do hạn chế về kỹ thuật và hiệu suất chuyển hóa nên giá thành sản xuất khá cao do đó chưa được phát triển rộng trong sản xuất thương mại

Sản xuất nhiên liệu lỏng từ sinh khối có thể giảm lượng khí thải đốt sinh khối nông nghiệp từ các nguồn khác nhau đã được nghiên cứu bởi một số tác giả Simoneit et al., 1999 [95]; Andreae và Merlet, 2001 [56]; Saarikoski et al., 2012 [90] Một hình thức xử lý quen thuộc và khá phổ biến ở các nước đang phát triển là đốt rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng Đây là hình thức đơn giản, dễ áp dụng và tiện lợi trong sản xuất Tuy nhiên, đốt cháy sinh khối đã làm phát thải một lượng đáng

kể các hạt bụi nhỏ bay trong không khí, bao gồm cả nhiều chất khí khác nhau như SO2, NOx và các hợp chất kim loại và ảnh hưởng mạnh đến tính chất đất

Ở Trung Quốc, việc đốt phụ phẩm nông nghiệp ngay trên cánh đồng đang là một vấn đề lớn Hiện nay, 37% phụ phẩm nông nghiệp được nông dân đốt trực tiếp trên đồng ruộng, 23% được sử dụng cho thức ăn gia súc, 21% bị loại bỏ trực tiếp ngoài đồng ruộng, 15% bị mất trong quá trình canh tác, 4% cho công nghiệp vật liệu và 0,5% cho việc sản xuất khí sinh học [86]

1.3.2 Thu gom, sử dụng và xử lý chất thải rắn nông nghiệp ở Việt Nam

1.3.2.1 Tình hình thu gom và sử dụng chất thải rắn nông nghiệp ở Việt Nam

Ở nước ta hiện nay, với sự gia tăng sản lượng lúa gạo và đẩy mạnh trồng trọt, việc quản lý các sản phẩm phụ của cây trồng đang trở thành một vấn đề lớn trong môi trường nông nghiệp

Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thường được người dân thu về làm nhiên liệu đun nấu (23% tổng lượng rơm rạ) hoặc làm thức ăn cho gia súc (33,5%) [39] Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, do kinh tế phát triển, rơm rạ ít được sử dụng theo các mô hình truyền thống như đun nấu, lợp nhà, làm thức ăn gia súc hay sản xuất phân bón hữu cơ Nhìn chung, các hình thức thu gom, sử dụng và

xử lý các phụ phẩm nông nghiệp, mà chủ yếu là rơm rạ, là khá đa dạng và không thống nhất Tùy theo điều kiện từng vùng và tập quán sử dụng của từng địa phương

mà hình thức thu gom, sử dụng và xử lý rơm rạ sau thu hoạch cũng rất khác nhau Một hình thức xử lý rơm rạ mới xuất hiện và ngày càng có xu hướng phổ biến đó là đốt bỏ rơm rạ trực tiếp trên đồng ruộng (Bảng 1.9), đặc biệt là ở các vùng nông thôn gần với các đô thị lớn

Bảng 1.9 Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại Việt Nam (%)

Nguồn: Mai Văn Trịnh, 2012 [41]

Với đặc điểm của một nền nông nghiệp sản xuất nhỏ, việc thu gom và sử dụng rơm rạ đều bằng các hình thức thủ công Rơm rạ thường được dự trữ ngoài trời nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chưa khai thác được hết lợi ích từ lượng rơm đã dự trữ

Do đặc điểm sản xuất nhỏ, manh mún, các phụ phẩm nông nghiệp thường phân tán và không tập trung, việc thu gom, sử dụng và xử lý chủ yếu do các hộ gia đình tự làm theo cách riêng của mình Họ có thể tự xử lý tại khu vực sinh sống bằng cách chôn lấp, đốt, sử dụng vào mục đích khác hoặc chất đống trong khu vực vườn nhà/khu công cộng

Lượng rơm rạ được thu gom, sử dụng hiện nay không nhiều, phần lớn người dân đốt trực tiếp trên đồng ruộng để giải phóng mặt bằng cho các vụ sản xuất tiếp theo Đây là sự lãng phí rất lớn phụ phẩm trong nông nghiệp và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao

Bên cạnh đó, trước yêu cầu phát triển nhanh về chăn nuôi gia súc, một phần phụ phẩm chủ yếu là rơm được tận thu làm thức ăn cho trâu, bò Rơm rạ được thu gom mang về tập trung và sử dụng dần trong năm Đây là phương pháp bảo quản rơm đơn giản và phổ biến rộng rãi nhất hiện nay Theo nghiên cứu của Mai Văn Trịnh (2012), tỷ lệ sử dụng phụ phẩm nông nghiệp ở nước ta như được trình bày ở hình 1.2

Tỷ lệ sử dụng rơm Tỷ lệ sử dụng rạ

Tỷ lệ sử dụng trấu Tỷ lệ sử dụng phụ phẩm từ cây ngô

Hình 1.2 Tỷ lệ sử dụng một số loại phụ phẩm cây trồng chủ yếu

Nguồn: Mai Văn Trịnh, 2012 [41]

Ở Việt Nam, việc tái sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp sản xuất phân bón còn rất hạn chế mặc dù hiện nay nhu cầu sử dụng phân bón hữu cơ tại Việt Nam là rất lớn, ước tính khoảng 13 triệu tấn/năm trong khi công suất sản xuất của các nhà máy sản xuất phân bón hữu cơ trong nước chỉ đạt 500 nghìn tấn/năm [15]

Rơm rạ còn có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, như được

sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất, tận dụng cho một loạt các ứng dụng như làm các tấm lợp nhà, cách nhiệt, panel tường hay làm giấy,…Rơm rạ

có thể được tận dụng để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác nhau trong các lĩnh vực nông nghiệp, sản xuất hóa chất, công nghiệp và xây dựng (Bảng 1.10)

Bảng 1.10 Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp và sản xuất hóa chất

Chất nền trong trồng trọt

Rơm rạ có thể sử dụng làm chất nền để trồng nhiều loại cây trồng: dưa chuột, cà chua, cây cảnh…

Nuôi giun Sử dụng làm vật liệu nuôi giun

Trồng cây cảnh Rơm thô hoặc nghiền đều có thể sử dụng như

giá thể để trồng cây cảnh Trộn bùn thải Làm vật mang trong ủ và phân hủy bùn cống

Thủy phân Tạo ra Pentaza, glucoza và linhin, các thành

phần tan trong nước Các quá trình nhiệt phân Tạo ra khí tổng hợp

Xử lý kết hợp Sử dụng làm tấm xơ ép và alcohol

Hòa tan xenluloza nhớt Làm sợi nhân tạo tổng hợp

Thủy phân axit – lên men Tạo ra Glucoza, xenluloza hay xiro xyloza

Lên men vi sinh vật Tạo ra Protein đơn bào

Metan hóa hay ủ yếm khí Tạo ra Metan và cacbon dioxit cùng với các

khí khác

Nguồn: Đậu Thế Nhu (2008) [30]

Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã thực hiện nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp để tạo nền thâm canh tăng năng suất chất lượng nông sản và giảm thiểu

lượng phân khoáng bón cho cây trồng trong cơ cấu có lúa Kết quả cho thấy phụ phẩm nông nghiệp có vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao hiệu lực phân bón và tăng năng suất, chất lượng cây trồng; giảm thiểu lượng phân khoáng sử dụng và nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất nông nghiệp [53]

Tuy có nhiều tiềm năng, nhưng cho đến nay việc khai thác sử dụng rơm rạ vẫn còn rất nhiều hạn chế Các nguyên nhân chủ yếu liên quan là: các trở ngại về vấn đề kỹ thuật, tính khả thi về kinh tế, nhất là liên quan đến các vấn đề thu hoạch, vận chuyển và bảo quản

Bên cạnh các phụ phẩm nông nghiệp, các chất thải rắn trong chăn nuôi và bao bì chứa hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường khá phổ biến ở các vùng nông thôn Việt Nam Theo tính toán của các chuyên gia, hàng năm tổng đàn gia súc, gia cầm của nước ta thải vào môi trường khoảng 80 triệu tấn chất thải rắn [28] Đây là một trong các nguồn chất thải lớn có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường ở nông thôn nước ta Kết quả thống kê năm

2010 cho thấy, cả nước có khoảng 8.500.000 hộ có chuồng trại chăn nuôi quy mô

hộ gia đình; khoảng 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung Phần lớn các trang trại chăn nuôi tập trung quy mô lớn có hệ thống xử lý chất thải với các loại công nghệ khác nhau, nhưng hiệu quả xử lý chưa triệt để Chăn nuôi hộ gia đình mới có khoảng 70% tương ứng với khoảng 5.950.000 hộ có chuồng trại chăn nuôi, trong đó mới có khoảng 8,7% hộ chăn nuôi có công trình khí sinh học (hầm biogas) Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn nuôi hợp vệ sinh cũng chỉ chiếm khoảng 10% Còn khoảng 23% số hộ chăn nuôi không xử lý chất thải vật nuôi và chỉ có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ môi trường Số trang trại chăn nuôi có hệ thống xử lý chất thải bằng biogas khoảng 67% [8]

Đồng thời, việc chăn thả gia súc bừa bãi, giết mổ gia súc không theo đúng quy định nên hiện tượng phân, lông gia súc, gia cầm giết mổ, xác động vật vẫn còn bắt gặp ở khá nhiều nơi, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Các loại vỏ hộp, bao bì đựng hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu được thải bỏ bừa bãi

ngay trên đồng ruộng hoặc bỏ lẫn cùng với rác thải sinh hoạt Hiện chưa có các hình thức thu gom hữu hiệu trong quản lý cũng như tiêu hủy bao bì một cách an toàn và hiệu quả

1.3.2.2 Một số hình thức xử lý chất thải rắn nông nghiệp ở Việt Nam

- Sản xuất phân hữu cơ:

Sản xuất phân bón hữu cơ chủ yếu từ việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp đặc biệt là rơm rạ với nhiều hình thức xử lý khác nhau Nguyên tắc chung của hình thức này là thông qua quá trình phân huỷ sinh học có điều kiện, các thành phần hữu cơ của chất thải rắn nông nghiệp được chuyển hoá thành sản phẩm có thể cải thiện độ phì của đất Đã có nhiều công trình trên thế giới nghiên cứu về quá trình phân huỷ hiếu khí của chất thải hữu cơ dạng rắn, trong đó đã xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ và một số yếu tố hoá, sinh học trong quá trình chuyển hoá chất hữu cơ Hình thức phổ biến sản xuất phân hữu cơ từ phụ phẩm nông nghiệp ở nước ta là làm chất độn chuồng để tạo ra phân chuồng, vùi tại chỗ trong những điều kiện nhất định hoặc ủ phân compost (thường có bổ sung các chế phẩm vi sinh vật để tăng tốc độ phân hủy hữu cơ) Tuy nhiên, các hình thức này được áp dụng phổ biến

ở khu vực nông thôn Việt Nam nhưng thường ở quy mô nhỏ, hộ gia đình, chưa có nhà máy nào được xây dựng phục vụ xử lý chất thải hữu cơ khu vực nông thôn

Quá trình ủ sinh học tạo phân compost là một phương pháp truyền thống, được áp dụng phổ biến và có hiệu quả ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam Các phụ phẩm trong quá trình trồng trọt hoặc thu hoạch, phân chuồng trong chăn nuôi… chứa các thành phần hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học tốt Quá trình ủ áp dụng đối với chất hữu cơ không độc hại, lúc đầu là khử nước, sau đó là xử

lý cho tới khi thành xốp và ẩm Độ ẩm và nhiệt độ được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hóa sinh hóa các chất thối rữa Sản phẩm cuối cùng là quá trình phân hủy CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như: linhin, xenlulo, sợi… Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp các hyđrat các bon, gluxit, lipit và protein với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí Các

điều kiện pH, độ ẩm, thoáng khí càng tối ưu thì vi sinh vật càng hoạt động mạnh và quá trình ủ càng kết thúc sớm Tùy theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi khuẩn hiếu khí sẽ chiếm ưu thế Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo, cũng có thể là ủ dưới hố [28]

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm sinh học để

xử lý rơm rạ rất được quan tâm, khi bổ sung vi sinh vật vào rơm rạ như Arpergillus, Trichoderma, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus và Azotobacter, Pleurotus sojarcaju và Trichoderma viride thì rơm rạ phân hủy nhanh hơn Một trong những thành tựu gần đây của Viện Lúa ĐBSCL là nghiên cứu, tuyển chọn và sản xuất thành công chế phẩm Trichoderma có khả năng xử lý rơm rạ trực tiếp ngoài đồng, với quy

mô lớn, giảm chi phí thu gom rơm, vận chuyển và đánh đống ủ Kết quả bước đầu đã tận dụng được nguồn rơm rạ tại chỗ phục vụ cho sản xuất lúa, góp phần ổn định sự bền vững cho đất lúa thâm canh và năng suất, giảm chi phí phân bón hóa học và góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế trồng lúa, đáp ứng chiến lược sản xuất nông nghiệp bền vững và bảo vệ tốt môi trường [48]

Trong khuôn khổ các nghiên cứu về phân bón vi sinh, Viện Môi trường Nông nghiệp đã nghiên cứu và sản xuất thành công chế phẩm vi sinh vật sản xuất phân hữu cơ nhằm xử lý chất thải hữu cơ thành cơ chất trồng cây Một số sản phẩm vi sinh vật có khả năng phân giải chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt, nước thải nuôi trồng thuỷ sản và nước thải chế biến cũng đã được Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Công nghiệp Thực phẩm và một số công ty nghiên cứu, ứng dụng tương đối thành công trong sản xuất (trích theo [53])

- Sản xuất khí sinh học:

Việc xử lý chất thải nông nghiệp cũng được thực hiện bởi quá trình ủ sinh học thu hồi biogas Đây là phương pháp đem lại hiệu quả kinh tế cao và cải thiện đáng kể điều kiện môi trường khu vực dân cư nông thôn trong việc xử lý chất thải chăn nuôi để tạo ra khí đốt cho gia đình, nguồn phân hữu cơ an toàn bón ruộng, nước thải của túi ủ