Nghiên cứu xử lý bùn thải ao nuôi tôm thâm canh thành phân hữu cơ tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Mở đầu Nuôi tôm thâm canh ven biển đã phát triển nhanh trong những năm gần đây, sản lượng và kim ngạch xuất khẩu luôn tăng hàng năm, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Cà Mau nói riêng và cả nước nói chung. Tuy nhiên, bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh chứa hàm lượng dinh dưỡng khá cao nếu không được tái sử dụng và quản lý tốt sẽ gây ô nhiễm cho môi trường nước ao nuôi mà còn ảnh hưởng đến môi trường đất và nước lân cận khi bùn được sên vét sau mỗi vụ nuôi. Theo Thakur and Lin (2003), hàm lượng đạm và lân tích lũy ở bùn đáy ao nuôi thâm canh tôm sú lần lượt là 14-53% và 39-67% tổng lượng đầu vào. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Mạnh và Bùi Thị Nga (2011) cho thấy lượng bùn thải từ ao nuôi thâm canh tôm sú trung bình dao động khoảng 123-151 tấn/ha/vụ (khoảng 111-137m 3 /ha/vụ), chứa lượng hữu cơ từ 1,35-2,2 tấn/ha/vụ (chiếm 2,6-3,3%), tổng đạm khoảng 33-79,8 kg/ha/vụ (chiếm 0,15-0,2%) và tổng lân là 24,7-50,2 kg/ha/vụ (chiếm 0,11-0,13%). Trong ao nuôi tôm thâm canh hàm lượng dinh dưỡng trong bùn gia tăng, hàm lượng oxy giảm thấp là cơ hội cho vi khuẩn phát triển mạnh và tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí sinh ra nhiều khí độc gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến cả vùng nuôi (Green and Boyd, 1995). Mặt khác, việc thâm canh hóa nghề nuôi tôm đã tạo ra nhiều vấn đề về môi trường như sự tự ô nhiễm, mất cân đối sinh thái vùng ven biển, nhiễm bệnh là nguyên nhân gây thiệt hại nặng nề nhất cho nghề nuôi tôm (FAO, 2003). Báo cáo về bệnh nhiễm khuẩn trên tôm cho thấy tần số nhiễm bệnh tỉ lệ thuận với mức độ nuôi thâm canh và điều kiện môi trường bất lợi (Alderman and Hastings, 1998). Sự phát triển nuôi tôm thâm canh dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường do lượng lớn bùn đáy ao được thải ra môi trường sau mỗi vụ thu hoạch tôm. Nếu lượng bùn này thải trực tiếp ra sông, rạch lân cận gây phú dưỡng thủy vực và ảnh hưởng xấu đến môi trường nước vùng nuôi; kết quả là tôm bị sốc, tôm bị bệnh do vi khuẩn và vi rút (Phạm Thị Tuyết Ngân và ctv, 2011). Huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau có diện tích nuôi tôm thâm canh lớn trong tỉnh, tuy nhiên diện tích chứa bùn của các hộ nuôi tôm rất hạn chế; nên các biện pháp quản lý bùn thải nhằm bảo vệ môi trường và phát triển ổn định nghề nuôi tôm thâm canh cần được quan tâm thực hiện. Vì vậy, nghiên cứu đồng bộ về xử lí, tái sử dụng bùn thải là thiết thực cho quản lý và phát triển bền vững nghề nuôi thâm canh. Trong nông nghiệp hiện nay được khuyến cáo nên sử dụng phân hữu cơ không những cải thiện đất mà còn tạo ra các sản phẩm sạch từ cây trồng. Xu hướng tái sử dụng bùn thải trên thế giới là ủ phân compost, giúp quá trình phân hủy nhanh hơn và tăng hiệu quả xử lí. Khi tỉ lệ C/N của chất ủ thấp (C/N≤20) thì việc bổ sung vật liệu hữu cơ để cung cấp thêm nguồn cacbon và gia tăng độ xốp cho khối ủ là cần thiết, đồng thời bổ sung thêm chế phẩm sinh học nhằm đẩy mạnh tiến trình phân hủy, rút ngắn thời gian ủ phân và tăng cường chất lượng phân bón. Sử dụng bùn thải ao nuôi tôm thâm canh để ủ phân compost vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu. Vấn đề được đặt ra là sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh sau rửa mặn đạt EC dưới ngưỡng gây độc cho cây trồng (EC≤4mS/cm) phối trộn với vật liệu hữu cơ để ủ phân quy mô nông hộ, không chỉ tái sử dụng nguồn dinh dưỡng trong bùn mà còn giúp giảm ô nhiễm môi trường từ bùn thải ao nuôi tôm thâm canh và góp phần phát triển nghề nuôi tôm được bền vững. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lí bùn thải ao nuôi tôm thâm canh thành phân hữu cơ tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau” đã được thực hiện.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN VĂN MẠNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN THẢI

AO NUÔI TÔM THÂM CANH THÀNH PHÂN HỮU CƠ TẠI HUYỆN ĐẦM DƠI, TỈNH CÀ MAU

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs Ts BÙI THỊ NGA

Ts CAO VĂN PHỤNG

Cần Thơ - 2016

LỜI CẢM TẠ

Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Phòng Quản Lý Khoa Học và Khoa Sau Đại Học Trường Đại Học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ trong những năm qua

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với người hướng dẫn PGs Ts Bùi Thị Nga và Ts Cao Văn Phụng đã dìu dắt, động viên, giúp đỡ và cho tôi những lời khuyên quý báu trong suốt thời gian học tập cũng như khi thực hiện nghiên cứu

TÓM TẮT

Nghiên cứu xử lí bùn thải ao nuôi tôm thâm canh thành phân hữu cơ tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau đã được thực hiện từ tháng 10/2012 đến tháng 02/2015, với mục tiêu tái sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm làm phân bón canh tác rau màu, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường và phát triển nghề nuôi thâm canh bền vững Các nội dung nghiên cứu bao gồm (1) tình hình nuôi thâm canh

và ô nhiễm môi trường tại huyện Đầm Dơi tỉnh Cà Mau; (2) biến động dinh dưỡng của bùn đáy ao với điều kiện rửa mặn trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng; (3) biến động dinh dưỡng trước và sau khi ủ phân compost bùn thải ao nuôi tôm thâm canh; (4) đánh giá tăng trưởng của rau trồng trên phân compost theo thời gian

Kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng bùn thải do nuôi tôm thâm canh tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau là 225,89 m3/ha/năm; trong đó chứa lượng hữu

cơ, tổng đạm, tổng lân lần lượt là 2,02 tấn/ha/năm, 100,51 kg/ha/năm và 94,02 kg/ha/năm Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn thải ở mức nghèo, tổng đạm và tổng lân ở mức khá và giàu Lượng bùn đáy ao được chứa lại 83,4% và thải ra sông khoảng 16,6%

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, với thời gian rửa mặn 180 ngày bùn

có giá trị EC giảm từ 28,5 mS/cm đến 2,02 mS/cm và 3,21 mS/cm với nước rửa

có độ mặn 0ppt và 2ppt tương ứng, nhưng nước rửa có độ mặn 4ppt thì EC của bùn giảm còn 4,04mS/cm với thời gian 194 ngày Ở độ mặn nước rửa 0ppt, chất hữu cơ trong bùn là 2,62% ở mức nghèo, đạm NH4

+

là 34,66 mg/kg và lân dễ tiêu 98,44 mg/kg ở mức nghèo và rất cao Khi rửa mặn bùn ngoài đồng bằng nước mưa thì EC giảm từ 12,9 mS/cm đến 3,91 mS/cm sau 90 ngày rửa mặn, hàm lượng chất hữu cơ sau rửa mặn đạt giá trị là 2,25% ở mức nghèo, với đạm

NH4

+

là 42,5 mg/kg và lân dễ tiêu là 7,42 mg/kg ở mức trung bình và cao

Bùn đáy ao sau rửa mặn phối trộn với rơm có bổ sung chế phẩm sinh học

EcoMarine và nấm Trichoderma spp để ủ phân compost Hàm lượng dinh

dưỡng của phân compost sau 75 ngày ủ có tổng đạm là 0,435%, đạm NO3

là 32,51 mg/kg, lân dễ tiêu là 89,82 mg/kg và kali trao đổi là 7,67 meqK/100g Cải ngọt, xà lách và rau muống phát triển tốt khi trồng trên phân compost bùn đáy

ao nuôi tôm Bón kết hợp phân compost và phân NPK (16-16-8) cho năng suất

cải ngọt, xà lách và rau muống cao hơn có ý nghĩa so với bón phân NPK Ủ phân compost từ bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh để trồng rau quy mô nông hộ

sẽ giảm lượng bùn thải và góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường

ABSTRACT

The study on producing organic fertilizers from bottom-sediment of the intensive shrimp farming systems in Dam Doi, Ca Mau was carried out from October 2012 to February 2015 to reuse the bottom-sediment of the intensive shrimp farming ponds producing organic fertilizers in cultivating vegetables; as

a result, this contributes to prevent environmental pollution and to develop the farming sustainably The content includes: (1) status of the intensive shrimp farming and of the environmental pollution in Dam Doi, Ca Mau; (2) changes in nutrient contents of the bottom-sediment when desalinized in the laboratory and

in the mesocosm; (3) changes in nutrient contents of the bottom-sediment before and after being mixed with the compost; (4) assessment of the growth of vegetables grown in the composted sediment

The results showed that the bottom-sediment load in the intensive shrimp farming in Dam Doi, Ca Mau was 225.89 m3.ha-1.year-1 in which the organic matter, the total of nitrogen, and the total of phosphorus was 2.02 ton.ha-1.year-1, 100.51 kg.ha-1.year-1, and 94.02 kg.ha-1.year-1, respectively The level of organic matter was low; the levels of the total of nitrogen and of the total

of phosphorus were high About 83.4% of the bottom-sediment load was stored

in intensive shrimp ponds and about 16.6% of that was pumped into adjacent rivers

In the laboratory, EC in the sediment after 180 days of desalinization decreased from 28.5 mS.cm-1 to 2.02 mS.cm-1 and 3.21 mS.cm-1 when the salinity levels of the sediment washing water were 0ppt and 2ppt, respectively When the salinity level of the washing water was 4ppt, EC decreased to 4.04 mS.cm-1 after

194 days of desalinization With the sediment washing water of 0ppt, the organic matter in the bottom-sediment was 2.62% (low), the NH4+ concentration was 34.66 mg.Kg-1 (low), and the available phosphorus was 98.44 mg.Kg-1 (verry high) In the mesocosm, EC in the desalinization treatment of sediment by rain-water decreased from 12.9 mS.cm-1 to 3.91 mS.cm-1 after 90 days of desalinization; the organic matter content was 2.25% (low), the NH4

+

concentration was 42.5 mg.Kg-1 (medium) and the available phosphorus was 7.42 mg.Kg-1 (high)

The desalinized sediment mixed with straws, added with EcoMarine and

Trichoderma spp was composted The nutrient content of composted sediment

after 75 days was enriched with 0.435% in the total of nitrogen, 32.51 mg.Kg-1

in the NO3

concentration, 89.82 mg.Kg-1 in the available phosphorus, and 7.67 meqK per 100g in the Kali concentration The pak choy, lettuces, and water spinach have a good growth when grown in the bottom-sediment compost The pak choy, lettuces, and water spinach productivity in the combined treatment of the bottom-sediment compost mixed with NPK fertilizer (16-16-8) was considerably higher than the productivity in the NPK fertilizer treatments alone Therefore, the local shrimp-farming households should be encouraged to produce the bottom-sediment compost to grow vegetables; as a result, this helps to decrease the bottom-sediment load and to reduce the environmental pollution

MỤC LỤC

Lời cảm tạ i

Tóm tắt ii

Abstract iv

Cam kết kết quả vi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined 1.1 Mở đầu Error! Bookmark not defined 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Error! Bookmark not defined 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Error! Bookmark not defined 1.3 Giả thuyết nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.4 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.5 Giới hạn nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.6 Ý nghĩa của luận án Error! Bookmark not defined 1.7 Điểm mới của luận án Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Error! Bookmark not defined 2.1 Đặc điểm của vùng nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.2 Bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh 5

2.2.1 Một số chất dinh dưỡng trong bùn 5

2.2.2 Đất mặn và phương pháp rửa mặn 8

2.2.2.1 Nguồn gốc và nguyên nhân hình thành đất mặn 8

2.2.2.2 Phương pháp rửa mặn 9

2.3 Các nghiên cứu ủ phân Error! Bookmark not defined.

2.3.1 Một số chỉ tiêu cơ bản trong ủ phân Error! Bookmark not defined 2.3.2 Vi sinh trong ủ phân Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phương pháp và nghiên cứu về ủ phân Error! Bookmark not defined

2.3.3.1 Phương pháp ủ compost 16 2.3.3.2 Các nghiên cứu ủ phân từ bùn thải ao nuôi thủy sản 19

2.4 Một số vi sinh vật đã được sử dụng Error! Bookmark not defined 2.4.1 Chế phẩm sinh học Error! Bookmark not defined.

3.4.2 Nấm Trichoderma Error! Bookmark not defined

2.5 Sơ lược về vật liệu phối trộn Error! Bookmark not defined 2.5.1 Rơm rạ Error! Bookmark not defined 2.5.2 Vỏ trấu Error! Bookmark not defined 2.6 Sơ lược về một số rau màu Error! Bookmark not defined 2.6.1 Cải ngọt Error! Bookmark not defined 2.6.2 Cải xà lách Error! Bookmark not defined 2.6.3 Rau muống Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

3.2.1 Nội dung 1: Tình hình nuôi tôm thâm canh và ô nhiễm môi trường nuôi tại

huyện Đầm Dơi tỉnh Cà Mau Error! Bookmark not defined 3.2.1.1 Đánh giá tình hình nuôi tôm Error! Bookmark not defined.

3.2.1.2 Đánh giá ô nhiễm bùn đáy ao nuôi 29

3.2.1.3 Thống kê và phân tích số liệu Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Nội dung 2: Biến động dinh dưỡng của bùn theo thời gian rửa mặn trong

phòng thí nghiệm và ngoài đồng Error! Bookmark not defined.

3.2.2.1 Rửa mặn bùn trong phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

3.2.2.2 Rửa mặn bùn ngoài đồng Error! Bookmark not defined.

3.2.3 Nội dung 3: Biến động dinh dưỡng trước và sau khi ủ phânError! Bookmark not defined 3.2.3.1 Xác định tỷ lệ C/N và tỷ lệ phối trộn Error! Bookmark not defined.

3.2.3.2 Bố trí thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

3.2.3.3 Xử lí số liệu Error! Bookmark not defined.

3.2.4 Nội dung 4: Đánh giá tăng trưởng của rau trồng trên phân compost theo

thời gian Error! Bookmark not defined.

3.2.4.1 Bố trí thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

3.2.4.2 Chỉ tiêu theo dõi Error! Bookmark not defined.

3.2.4.3 Xử lí số liệu Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined.

4.1 Nội dung 1: Tình hình nuôi tôm thâm canh và ô nhiễm môi trường nuôi tại

huyện Đầm Dơi tỉnh Cà Mau Error! Bookmark not defined.

4.1.1 Tình hình nuôi tôm tại Đầm Dơi - Cà Mau Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Thuận lợi và khó khăn của nghề nuôi tôm Error! Bookmark not defined.

4.1.3 Thực trạng quản lý chất thải tại nông hộ Error! Bookmark not defined.

4.1.4 Lượng thải ra môi trường Error! Bookmark not defined.

4.1.4.1 Lượng bùn thải Error! Bookmark not defined.

4.1.4.2 Lượng nước thải Error! Bookmark not defined.

4.1.4.3 Lượng chất thải ra môi trường Error! Bookmark not defined.

4.2 Nội dung 2: Biến động dinh dưỡng của bùn theo thời gian rửa mặn trong

phòng thí nghiệm và ngoài đồng Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Rửa mặn ở phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

4.2.1.1 Thành phần cơ giới và CEC của bù n trước rửa mặnError! Bookmark not defined.

4.2.1.2 Biến động lượng nước và thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

4.2.1.3 Biến động hàm lượng Na+ trong bùn 59

4.2.1.4 Biến động Clorua Error! Bookmark not defined.

4.2.1.5 Biến động EC củ a bùn Error! Bookmark not defined.

4.2.1.6 Tương quan EC nướ c thoát với EC bùn và thời gian rửa mă ̣nError! Bookmark not defined 4.2.1.7 Tương quan EC bùn với thời gian và lượng nước rửa mặnError! Bookmark not defined.

4.2.1.8 Tương quan giữa Na+

nướ c thoát và thời gian rửa mă ̣n 69

4.2.1.9 Biến động pH Error! Bookmark not defined.

4.2.1.10 Biến động chất hữu cơ Error! Bookmark not defined.

4.2.1.11 Biến động hàm lượng đạm Error! Bookmark not defined.

4.2.1.12 Biến động hàm lượng lân Error! Bookmark not defined.

4.2.1.13 Biến động tổng Kali Error! Bookmark not defined.

4.2.1.14 Thảo luận một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa mặnError! Bookmark not defined

4.2.2 Rửa mặn ngoài đồng 79

4.2.2.1 Lượng nước mưa rửa mặn Error! Bookmark not defined.

4.2.2.2 Hàm lượng natri Error! Bookmark not defined.

4.2.2.3 EC bùn theo thời gian Error! Bookmark not defined.

4.2.2.4 Biến động pH Error! Bookmark not defined.

4.2.2.5 Biến động chất hữu cơ Error! Bookmark not defined.

4.2.2.6 Biến động hàm lượng đạm Error! Bookmark not defined.

4.2.2.7 Biến động hàm lượng lân Error! Bookmark not defined.

4.2.2.8 Biến động tổng Kali Error! Bookmark not defined.

4.2.2.9 Thảo luận một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa mặnError! Bookmark not defined.

4.3 Nội dung 3: Biến động dinh dưỡng trước và sau khi ủ phân compost từ bùn

thải ao nuôi tôm thâm canh Error! Bookmark not defined.

4.3.1 Một số chỉ tiêu của quá trình ủ phân Error! Bookmark not defined.

4.3.1.1 Diễn biến nhiệt độ Error! Bookmark not defined.

4.3.1.2 Ẩm độ Error! Bookmark not defined.

4.3.1.3 Chỉ tiêu pH Error! Bookmark not defined.

4.3.1.4 Sự thay đổi thể tích khối ủ Error! Bookmark not defined.

4.3.2 Biến động một số chỉ tiêu dinh dưỡng Error! Bookmark not defined.

4.3.2.1 Tỉ lệ C/N Error! Bookmark not defined.

4.3.2.2 Tổng cacbon Error! Bookmark not defined.

4.3.2.3 Hàm lượng đạm Error! Bookmark not defined.

4.3.2.4 Hàm lượng lân Error! Bookmark not defined.

4.3.2.5 Hàm lượng Kali Error! Bookmark not defined.

4.3.3 Đánh giá các thí nghiệm ủ phân Error! Bookmark not defined.

4.3.4 Hiệu quả kinh tế của ủ phân Error! Bookmark not defined.

4.3.4.1 Chi phí nguyên liệu đầu vào Error! Bookmark not defined.

4.3.4.2 Đánh giá hiệu quả ủ phân Error! Bookmark not defined.

4.4 Nội dung 4: Đánh giá tăng trưởng của rau trồng trên phân compost theo

thời gian Error! Bookmark not defined.

4.4.1 Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cải ngọt, xà lách và rau muốngError! Bookmark not defined.

4.4.1.1 Sự phát triển số lá Error! Bookmark not defined 4.4.1.2 Sự phát triển chiều dài lá Error! Bookmark not defined 4.4.1.3 Sự phát triển chiều rộng lá Error! Bookmark not defined 4.4.1.4 Sự phát triển chiều cao thân Error! Bookmark not defined 4.4.1.5 Mật độ Error! Bookmark not defined.

4.4.1.6 Năng suất (kg/m2

) Error! Bookmark not defined 4.4.2 Đánh giá sự sinh trưởng của rau Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Error! Bookmark not defined 5.1 Kết luận Error! Bookmark not defined 5.2 Đề xuất Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

PHỤ LỤC 1 140

PHỤ LỤC 2 144

PHỤ LỤC 3 146

PHỤ LỤC 4 159

PHỤ LỤC 5 186

PHỤ LỤC 6 202

PHỤ LỤC 7 276

PHỤ LỤC 8 308

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Dinh dưỡng tích tụ trong ao nuôi và thải ra môi trường trong vụ nuôi 5

Bảng 2.2: Lượng bùn, chất hữu cơ thải ra môi trường 6

Bảng 3.1: Chỉ tiêu và phương pháp phân tích Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Phương pháp phân tích nước trước và sau rửa mă ̣nError! Bookmark not defined Bảng 3.3: Thành phần hóa -lý trong nguyên liệu trước khi ủError! Bookmark not defined Bảng 3.4: Tỉ lệ thành phần nguyên liệu ủ của các nghiệm thức.Error! Bookmark not defined Bảng 4.1: Mật độ và năng suất của tôm nuôi thâm canhError! Bookmark not defined Bảng 4.2: Những thuận lợi trong nuôi tôm Error! Bookmark not defined Bảng 4.3: Những khó khăn trong nuôi tôm Error! Bookmark not defined. Bảng 4.4: Diện tích nuôi tôm và diện tích chứa bùn các xã 48

Bảng 4.5: Lượng bùn và nước thải cuối vụ nuôi tôm thâm canhError! Bookmark not defined. Bảng 4.6: Lượng bùn thải các xã 51

Bảng 4.7: Lượng bùn thải ra môi trường 52

Bảng 4.8: Lượng nước thải của các xã 53

Bảng 4.9: Lượng nước thải ra môi trường 54

Bảng 4.10: Hàm lượng (%) chất dinh dưỡng trong bùn 55

Bảng 4.11: Lượng chất dinh dưỡng trong bùn Error! Bookmark not defined. Bảng 4.12: Lượng chất dinh dưỡng thải ra môi trường 56

Bảng 4.13: Thành phần cấp hạt của bùn đáy ao nuôi tôm thâm canhError! Bookmark not defined.

Bảng 4.14: Lượng nước và thời gian rửa mặn bùn Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.15: Biến động hàm lượng tổng Na+(meq/100g) của bùn sau rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.16: Biến động hàm lượng Cl- (%) của bùn sau rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.17: Sự thay đổi EC (mS/cm) của bùn sau rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.18: EC (mS/cm) nước thoát của lần rửa mă ̣n cuối bằng nước 0pptError! Bookmark not defined.

Bảng 4.19: Chỉ số pH của bùn sau rửa mặn phòng thí nghiệm 72

Bảng 4.20: Sự thay đổi hàm lượng chất hữu cơ (%) sau rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.21: Sự thay đổi hàm lượng đa ̣m tổng (%) sau rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.22: Sự thay đổi hàm lượng đạm NH4+

(mg/kg) sau rử a mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.23: Sự thay đổi hàm lượng đạm NO3-

(mg/kg) sau rử a mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.24: Sự thay hàm lượng tổng lân (%P2O5) sau rử a mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.25: Sự thay đổi lân dễ tiêu (mgP/kg) sau rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.26: Sự thay đổi Kali tổng (%K2O) sau rử a mă ̣nError! Bookmark not defined.

Bảng 4.27: Diễn biến lượng mưa trong 90 ngày rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.28: Nồng độ Na+ tổng (meq/100g) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.29: Biến động EC (mS/cm) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined

Bảng 4.30: Biến động pH theo thời gian rửa mặn ngoài đồng 82

Bảng 4.31: Biến động chất hữu cơ (%) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.32: Biến động tổng đạm (%) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.33: Biến động hàm lượng NH4

+

(mg/kg) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.34: Biến động hàm lượng NO3- (mg/kg) theo thời gian rửa mặn 86

Bảng 4.35: Biến động tổng lân (%P2O5) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.36: Biến động lân dễ tiêu (mgP/kg) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.37: Biến động tổng Kali (%K2O) theo thời gian rửa mặnError! Bookmark not defined.

Bảng 4.38: Diễn biến ẩm độ (%) của các nghiệm thức theo thời gianError! Bookmark not defined

Bảng 4.39: Chỉ tiêu pH của phân sau 75 ngày ủ 94

Bảng 4.40: Diễn biến % thể tích giữa các nghiệm thức theo thời gianError! Bookmark not defined Bảng 4.41: Diễn biến tỉ lệ C/N các nghiệm thức theo thời gianError! Bookmark not defined.

Bảng 4.42: Diễn biến tổng cacbon (%) giữa các nghiệm thức theo

thời gian Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.43: Diễn biến tổng đạm (%) giữa các nghiệm thức theo thời gianError! Bookmark not defined.

Bảng 4.44: Hàm lượng đạm NH4+ (mg/kg) của các nghiệm thứcError! Bookmark not defined.

Bảng 4.45: Hàm lượng đạm NO3

(mg/kg) của các nghiệm thứcError! Bookmark not defined.

Bảng 4.46: Diễn biến tổng lân (%) giữa các nghiệm thức theo thời gian 111

Bảng 4.47: Diễn biến lân dễ tiêu (mgP/kg) giữa các nghiệm thức theo

thời gian Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.48: Diễn biến tổng Kali (%) của các nghiệm thức theo thời gianError! Bookmark not defined Bảng 4.49: Hàm lượng dinh dưỡng của phân sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined.

Bảng 4.50: Thành phần trong 1m3 ủ của các nghiệm thứcError! Bookmark not defined.

Bảng 4.51: Chi phí 1m3 ủ của các nghiệm thức Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.52: Sự phát triển số lá rau qua 2 vụ Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.53: Sự phát triển chiều dài lá rau qua 2 vụ Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.54: Sự phát triển chiều rộng lá rau qua 2 vụError! Bookmark not defined.

Bảng 4.55: Sự phát triển chiều cao thân rau qua 2 vụError! Bookmark not defined.

Bảng 4.56: Mật độ cây lúc thu hoạch (cây/m2) Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.57: Năng suất rau lúc thu hoạch (kg/m2) Error! Bookmark not defined.

Bảng 4.58: Sự tăng trưởng của rau sau 5 tuần trong 2 vụ canh tácError! Bookmark not defined.

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Quan hệ giữa nhiệt độ và tăng trưởng của vi sinh vậtError! Bookmark not defined.

Hình 2.2: Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ 20

Hình 3.1: Xác định thể tích hình chóp cụt 32

Hình 3.2: Các nghiệm thức bố trí rửa mặn trong phòng thí nghiệmError! Bookmark not defined Hình 3.3: Các nghiê ̣m thức bố trí rửa mặn ngoài đồngError! Bookmark not defined.

Hình 3.4: Các nghiê ̣m thức bố trí ủ với nấm Trichoderma 39

Hình 3.5: Các nghiê ̣m thức bố trí ủ với Ecomarine và Trichoderma 40

Hình 4.1: Diện tích nuôi tôm các xã Error! Bookmark not defined.

Hình 4.2: Quản lý bùn thải sau thu hoạch tôm Error! Bookmark not defined.

Hình 4.3: Tỷ lệ hộ có và không có khu chứa bùn thảiError! Bookmark not defined.

Hình 4.4: Quản lý nước thải sau thu hoạch tôm Error! Bookmark not defined.

Hình 4.5: Biểu đồ tương quan giữa EC nước thoát và EC bùnError! Bookmark not defined.

Hình 4.6: Tương quan giữa EC nước thoát với thời gian rửa mă ̣nError! Bookmark not defined Hình 4.7: Tương quan giữa EC bùn với thời gian rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Hình 4.8: Tương quan giữa EC bùn với lượng nước rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Hình 4.9: Tương quan giữa Na+

nước thoát vớ i thời gian rửa mă ̣nError! Bookmark not defined.

Hình 4.10: Diễn biến nhiệt độ (oC) giữa các nghiệm thức theo thời gian 91

Hình 4.11: Thể tích của các nghiệm thức theo thời gian ủError! Bookmark not defined.

Hình 4.12: Tỷ lệ C/N giữa nghiệm thức sau 75 ngày ủ 99

Hình 4.13: Tổng cacbon (%) của các nghiệm thức sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined Hình 4.14: Hàm lượng tổng đạm (%) giữa nghiệm thức sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined.

Hình 4.15: Hàm lượng đạm NH4+

sau 75 ngày ủ Error! Bookmark not defined.

Hình 4.16: Hàm lượng NO3- (mg/kg) của các nghiệm thức sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined Hình 4.17: Hàm lượng tổng lân (%) giữa nghiệm thức sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined.

Hình 4.18: Hàm lượng lân dễ tiêu (mgP/kg) các nghiệm thức sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined Hình 4.19: Hàm lượng tổng Kali (%) sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined.

Hình 4.20: Hàm lượng Kali trao đổi (meqK/100g) sau 75 ngày ủError! Bookmark not defined.

Nitrogen

Phosphorus

Độ C (nhiệt độ) Lân dễ tiêu (hữu dụng) Cacbon

Khả năng trao đổi cation

Tế bào (vi sinh vật) Chất hữu cơ

Đồng bằng sông Cửu Long

Độ dẫn điện Phần trăm Natri trao đổi

Kali trao đổi Đạm

Ngọc Chánh Nguyễn Huân Lân

Quách Phẩm Bắc Quách Phẩm

Tạ An Khương Đông

Tạ An Khương Tổng Cacbon

Tạ An Khương Nam Tân Dân

Tân Đức Tân Duyệt

Trần Phán Tân Thuận Tân Tiến Thị Trấn Đầm Dơi Tân Trung

Thanh Tùng

Ủy ban nhân dân

Vi sinh vật

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Mở đầu

Nuôi tôm thâm canh ven biển đã phát triển nhanh trong những năm gần đây, sản lượng và kim ngạch xuất khẩu luôn tăng hàng năm, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Cà Mau nói riêng và cả nước nói chung Tuy nhiên, bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh chứa hàm lượng dinh dưỡng khá cao nếu không được tái sử dụng và quản lý tốt sẽ gây ô nhiễm cho môi trường nước ao nuôi mà còn ảnh hưởng đến môi trường đất và nước lân cận khi bùn được sên vét sau mỗi vụ nuôi Theo Thakur and Lin (2003), hàm lượng đạm và lân tích lũy ở bùn đáy ao nuôi thâm canh tôm sú lần lượt là 14-53% và 39-67% tổng lượng đầu vào Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Mạnh và Bùi Thị Nga (2011) cho thấy lượng bùn thải từ ao nuôi thâm canh tôm sú trung bình dao động khoảng 123-151 tấn/ha/vụ (khoảng 111-137m3/ha/vụ), chứa lượng hữu cơ

từ 1,35-2,2 tấn/ha/vụ (chiếm 2,6-3,3%), tổng đạm khoảng 33-79,8 kg/ha/vụ (chiếm 0,15-0,2%) và tổng lân là 24,7-50,2 kg/ha/vụ (chiếm 0,11-0,13%)

Trong ao nuôi tôm thâm canh hàm lượng dinh dưỡng trong bùn gia tăng, hàm lượng oxy giảm thấp là cơ hội cho vi khuẩn phát triển mạnh và tham gia vào quá trình phân hủy yếm khí sinh ra nhiều khí độc gây ô nhiễm và ảnh hưởng nghiêm trọng đến cả vùng nuôi (Green and Boyd, 1995) Mặt khác, việc thâm canh hóa nghề nuôi tôm đã tạo ra nhiều vấn đề về môi trường như sự tự ô nhiễm, mất cân đối sinh thái vùng ven biển, nhiễm bệnh là nguyên nhân gây thiệt hại nặng nề nhất cho nghề nuôi tôm (FAO, 2003) Báo cáo về bệnh nhiễm khuẩn trên tôm cho thấy tần số nhiễm bệnh tỉ lệ thuận với mức độ nuôi thâm canh và điều kiện môi trường bất lợi (Alderman and Hastings, 1998) Sự phát triển nuôi tôm thâm canh dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường do lượng lớn bùn đáy ao được thải ra môi trường sau mỗi vụ thu hoạch tôm Nếu lượng bùn này thải trực tiếp ra sông, rạch lân cận gây phú dưỡng thủy vực và ảnh hưởng xấu đến môi trường nước vùng nuôi; kết quả là tôm bị sốc, tôm bị bệnh do vi

khuẩn và vi rút (Phạm Thị Tuyết Ngân và ctv, 2011)

Huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau có diện tích nuôi tôm thâm canh lớn trong tỉnh, tuy nhiên diện tích chứa bùn của các hộ nuôi tôm rất hạn chế; nên các biện pháp quản lý bùn thải nhằm bảo vệ môi trường và phát triển ổn định nghề nuôi tôm thâm canh cần được quan tâm thực hiện Vì vậy, nghiên cứu đồng bộ về xử

lí, tái sử dụng bùn thải là thiết thực cho quản lý và phát triển bền vững nghề nuôi thâm canh Trong nông nghiệp hiện nay được khuyến cáo nên sử dụng phân hữu cơ không những cải thiện đất mà còn tạo ra các sản phẩm sạch từ cây trồng Xu hướng tái sử dụng bùn thải trên thế giới là ủ phân compost, giúp quá trình phân hủy nhanh hơn và tăng hiệu quả xử lí Khi tỉ lệ C/N của chất ủ thấp (C/N≤20) thì việc bổ sung vật liệu hữu cơ để cung cấp thêm nguồn cacbon và gia tăng độ xốp cho khối ủ là cần thiết, đồng thời bổ sung thêm chế phẩm sinh học nhằm đẩy mạnh tiến trình phân hủy, rút ngắn thời gian ủ phân và tăng cường chất lượng phân bón

Sử dụng bùn thải ao nuôi tôm thâm canh để ủ phân compost vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu Vấn đề được đặt ra là sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh sau rửa mặn đạt EC dưới ngưỡng gây độc cho cây trồng (EC≤4mS/cm) phối trộn với vật liệu hữu cơ để ủ phân quy mô nông hộ, không chỉ tái sử dụng nguồn dinh dưỡng trong bùn mà còn giúp giảm ô nhiễm môi trường từ bùn thải ao nuôi tôm thâm canh và góp phần phát triển nghề nuôi tôm

được bền vững Do vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lí bùn thải ao nuôi tôm thâm

canh thành phân hữu cơ tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau” đã được thực hiện

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu tái sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh làm phân bón canh tác cây rau nhằm hạn chế lượng bùn thải ra môi trường, góp phần phát triển nghề nuôi tôm thâm canh quy mô nông hộ bền vững

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Đánh giá lượng bùn và chất dinh dưỡng trong bùn thải từ hoạt động nuôi tôm thâm canh tại huyện Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau

Nghiên cứu biện pháp rửa mặn bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh đạt giá trị

EC dưới ngưỡng gây độc cho cây trồng (EC≤4mS/cm) làm vật liệu chính để ủ phân compost

Nghiên cứu phối trộn vật liệu hữu cơ có bổ sung chế phẩm sinh học nhằm tạo ra phân compost sử dụng trồng rau quy mô hộ gia đình

1.3 Giả thuyết nghiên cứu

Bùn thải ao nuôi tôm thâm canh sau rửa mặn có EC dưới ngưỡng gây độc cây trồng và hàm lượng dinh dưỡng ở mức khá giàu để ủ phân?

Phân compost được tạo ra từ bùn thải ao nuôi tôm thâm canh được sử dụng trồng rau quy mô hộ gia đình?

1.4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Tình hình nuôi tôm thâm canh và ô nhiễm môi trường nuôi tại huyện Đầm Dơi tỉnh Cà Mau

Nội dung 2: Biến động dinh dưỡng của bùn theo thời gian rửa mặn trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng

Nội dung 3: Biến động dinh dưỡng trước và sau khi ủ phân compost từ bùn thải ao nuôi tôm thâm canh

Nội dung 4: Đánh giá tăng trưởng của rau trồng trên phân compost theo thời gian

1.5 Giới hạn nghiên cứu

Nghiên cứu rửa mặn và ủ phân compost từ bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh và cung cấp phân bón cho trồng rau ăn lá quy mô hộ gia đình

1.6 Ý nghĩa của luận án

Kết quả nghiên cứu góp phần tận dụng nguồn dinh dưỡng trong bùn thải

để ủ phân compost phục vụ trồng rau tại địa phương; giảm thải bùn đáy ao ra môi trường, giúp hộ nuôi tôm phát triển ổn định nghề nuôi tôm Ngoài ra kết quả của đề tài còn được cập nhật vào bài giảng, là luận cứ cho các nghiên cứu tiếp theo về tái sử dụng bùn thải ao nuôi tôm thâm canh nước mặn

1.7 Điểm mới của luận án

Phương pháp rửa mặn bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh (EC≤4mS/cm) dưới ngưỡng gây độc cho cây trồng và đánh giá biến động dinh dưỡng trong quá trình rửa mặn

Bùn thải ao nuôi tôm thâm canh ven biển tạo được phân compost và được

sử dụng trồng cho cây rau quy mô nông hộ

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Đặc điểm của vùng nghiên cứu

Theo Niên giám thống kê Cà Mau (2014), huyện Đầm Dơi là một trong 9 đơn vị hành chính của tỉnh Cà Mau, diện tích đất tự nhiên của toàn huyện là 82.606,86 ha chiếm khoảng 15,7% diện tích toàn tỉnh Vị trí nằm ở phía Đông Nam tỉnh Cà Mau, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều biển Đông là chế độ bán nhật triều không đều và có biên độ triều lớn Độ mặn nước sông ở cửa sông tương đương độ mặn nước biển trong khoảng 28-34ppt, sâu trong nội địa độ mặn đạt 25-30ppt vào mùa khô và giảm dần vào mùa mưa dao động trong khoảng 10-15ppt Địa hình bị chia cắt bởi hệ thống kênh rạch chằng chịt, có các sông lớn như: Gành Hào, Đầm Chim, Kênh Đội Cường Sông Gành Hào là một trong những sông có hàm lượng phù sa rất lớn do chịu ảnh hưởng của vùng biển Đông nên lượng bùn đáy ao nuôi tôm của vùng này sẽ lớn hơn vùng khác trên cùng diện tích nuôi Diện tích nuôi trồng thủy sản toàn huyện Đầm Dơi là 62.059 ha Trong đó, diện tích nuôi tôm thâm canh là 1.923 ha, diện tích còn lại

là nuôi tôm sinh thái, tôm - rừng, quảng canh cải tiến và quảng canh cải tiến năng suất cao Đối tượng nuôi chủ yếu là tôm sú và tôm thẻ chân trắng, năng suất tôm sú trung bình 5,08 tấn/ha/vụ, tôm thẻ 8,8 tấn/ha/vụ Tỉ lệ thả nuôi tôm

sú khoảng 21,7% với chu kỳ nuôi trung bình khoảng 1,54 vụ/năm, tôm thẻ khoảng 78,3% với chu kỳ khoảng 2,57 vụ/năm; thức ăn tôm được sử dụng chủ yếu là CP, TomBoy, Hi-Aqua, UP, TomWei… Mô hình nuôi thâm canh là nuôi quanh năm, thả giống nuôi theo từng vụ (1 vụ khoảng từ 3 - 5 tháng) tiến hành thu hoạch tôm và cải tạo, xử lý ao để thả giống nuôi vụ tiếp theo Trong suốt thời gian nuôi không thay nước và hút bùn đáy đến lúc thu hoạch, nước thải và bùn đáy ao được thải ra môi trường vào thời điểm cải tạo ao sau mỗi vụ nuôi

Mô hình nuôi tôm thâm canh thường phát sinh nhiều bùn thải, chất dinh dưỡng trong bùn phụ thuộc chủ yếu vào chế độ quản lý ao nuôi và các nguồn dinh dưỡng đầu vào, bao gồm mật độ tôm nuôi, tần suất sử dụng chế phẩm sinh học, lượng thức ăn thừa và chất thải của tôm Ngoài ra, trong quá trình nuôi thường sử dụng các loại hóa chất và chế phẩm sinh học để lắng đọng, chuyển hóa các dạng chất dinh dưỡng trong ao nuôi nhằm tạo môi trường thuận lợi cho

sự sinh trưởng và phát triển của tôm nuôi Tóm lại, nuôi tôm thâm canh đã phát sinh nhiều chất thải chứa hàm lượng dinh dưỡng khá cao, nếu thải trực tiếp ra sông không qua xử lí sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nuôi tôm Vì vậy

cần có nghiên cứu về tái sử dụng bùn ao nuôi tôm để phục vụ trong nông nghiệp nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường, tác động xấu đến nghề nuôi tôm ven biển Từ các luận điểm vừa mới đề cập cho thấy cần thực hiện nghiên cứu tái sử dụng bùn thải phục vụ cho nông nghiệp, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường tại khu vực nuôi tôm và vùng lân cận, đồng thời góp phần thúc đẩy phát triển bền vững nghề nuôi tôm ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long

2.2 Bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh

2.2.1 Một số chất dinh dƣỡng trong bùn

Chất dinh dưỡng trong bùn phụ thuộc chủ yếu vào chế độ quản lý ao nuôi

và các nguồn dinh dưỡng đầu vào, bao gồm: mật độ tôm nuôi, tần suất sử dụng chế phẩm sinh học, chất hóa học, liều lượng vôi và Zeolite bón vào ao nuôi,

lượng thức ăn sử dụng (Smith, 1993; Hopkins et al., 1994; Smith, 1996; Latt,

27%

118-120 kg/tấn tôm

Nguyễn Thanh Long và Võ Thanh Toàn,

2008

TP 2% tổng đầu

vào

40% tổng đầu vào

30-57kg/tấn tôm

Nguyễn Văn Mạnh và Bùi Thị Nga, 2011

0,11- 0,13%

trong bùn 24,7-73,7 kg/ha

13-27 kg/tấn tôm

2,6-3,3%

trong bùn 1,35-2,2 tấn/ha

-

Ngoài ra, trong quá trình nuôi tôm thường sử dụng các loại hóa chất và chế phẩm sinh học để làm thay đổi, lắng đọng, chuyển hóa các dạng chất dinh dưỡng khác nhau trong ao nuôi nhằm tạo môi trường thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của tôm nuôi (Bảng 2.1)

Lớp bùn đáy ao luôn ở trong tình trạng ngập nước, yếm khí nên các vi sinh vật yếm khí phát triển mạnh, phân hủy các hợp chất từ bùn đáy tạo thành các sản phẩm là hydrosulphua (H2S), Amonia (NH3), khí metan (CH4)…, rất có hại cho thủy sinh vật Thành phần trong bùn đáy chủ yếu là các chất hữu cơ như protein, lipid, axít béo với công thức chung (CH3CH2)nCOOH, photpholipid, Sterol-vitamin D3, các hoocmon, carbohydrate, chất khoáng và vitamin, vỏ tôm lột xác Khi nồng độ H2S là 1,3 mg/L có thể gây sốc, tê liệt và thậm chí gây chết tôm, khí amonia (NH3) cũng được sinh ra từ quá trình phân hủy yếm khí thức ăn tồn dư gây độc trực tiếp cho tôm, làm ảnh hưởng đến pH của nước và kìm hãm sự phát triển của thực vật phù du (Hassanai Kongkeo, 1990)

Bảng 2.2: Lượng bùn, chất hữu cơ thải ra môi trường

Nội dung

Thải ra môi trường

Tác giả

Trọng lượng tấn/ha/vụ

Khối lượng

m3/ha/vụ Lượng bùn cuối vụ 185-199 - Briggs and Funge-

Smith, 1994

Lượng bùn cuối vụ 291 - Martin et al., 1998

Lượng bùn cuối vụ 10,1 9,2 Nguyễn Thanh Long

Lượng chất hữu cơ

Trong ao nuôi tôm thâm canh có lượng thức ăn dư thừa và vật chất hữu

cơ chôn vùi nhiều vào trong đất sẽ tạo điều kiện yếm khí cho vi khuẩn phát triển

và gây độc cho nguồn nước ao nuôi (Peterson, 1999) Nguồn nước thải trong

nuôi tôm chứa các chất phospho, ammonia, nitrat và chất hữu cơ với hàm lượng

cao (Tilley et al., 2002) Theo nghiên cứu của Latt (2002) về chất thải của ao

nuôi thâm canh tôm sú cho thấy lượng bùn sau một vụ nuôi ước lượng khoảng

90 m3/ha với độ ẩm là 73,8%, độ khô là 26,2%, mỗi ha tôm nuôi thải ra khoảng

99 tấn bùn (khoảng 26 tấn bùn khô) trong một vụ nuôi Tuy nhiên theo Martin

et al (1998) thì lượng bùn đáy tích tụ sẽ còn cao hơn, khoảng 291 tấn/ha/vụ

(Bảng 2.2)

Theo Thakur and Lin (2003) nghiên cứu về dinh dưỡng ao nuôi thâm canh tôm sú, hàm lượng đạm và lân mà tôm hấp thu vào cơ thể chỉ chiếm lần lượt là 23-31% và 10-13% Lượng đạm và lân tích lũy trong ao từ thức ăn chiếm 76-92% N và 70-91% TP lượng đầu vào Lượng tích lũy ở bùn đáy ao chiếm 14-53% N và 39-67% TP lượng đầu vào Nhưng theo Nguyễn Thanh Long và Võ Thanh Toàn (2008), lượng đạm tích lũy trong nước và trong bùn đáy lần lượt là 29% và 28%, tương tự đối với lân là 2% và 40%, đạm được tích lũy nhiều trong nước và lân được tích lũy nhiều trong đất Lượng bùn thải ra môi trường của mỗi hecta nuôi tôm thâm canh khoảng 18,4 m3/năm, khi sản xuất ra 1 tấn tôm sú thì thải ra môi trường khoảng 118÷120 kg N và 30÷33 kg

P Trong bùn đáy ao nuôi tôm có khoảng 2,6-3,3% CHC và chứa khoảng 58%

C, tổng đạm khoảng 0,15-0,20%; tỉ lệ C/N của bùn đáy ao nuôi tôm sú thâm canh trung bình khoảng 9,8 (Nguyễn Văn Mạnh và Bùi Thị Nga, 2011); với tỉ lệ C/N thấp thì việc bổ sung vật liệu hữu cơ là cần thiết nhằm cung cấp nguồn cacbon và tạo độ xốp cho vật liệu để vi sinh vật phân hủy được thuận lợi

Ngoài ra một số chất dinh dưỡng trong bùn ao nuôi cá đã được nghiên cứu, kết quả cho thấy dinh dưỡng trong môi trường vượt quá giới hạn cho phép, lượng dinh dưỡng mất đi khoảng 78% cacbon (55% bị phân hủy), 72% đạm (51% bị phân hủy), 78-82% lân (27-34% bị phân hủy) từ thức ăn được cung cấp

(Hall et al., 1990; Hall et al., 1992; Holby and Hall, 1991) Kết quả nghiên cứu

về bùn đáy ao nuôi cá tra và cá trê vàng lai cho thấy, bùn đáy ao nuôi cá tra có hàm lượng cacbon hữu cơ chiếm 8,6%, tổng đạm 0,49%, tổng lân 0,47%, tổng Kali 0,34%, nhưng đạm dễ tiêu chiếm 285 mg/kg, lân dễ tiêu 199 mg/kg, pH khoảng 6,8 và EC là 0,54 mS/cm(Cao Văn Phụng và ctv, 2009)

Tóm lại, các nghiên cứu nêu trên đánh giá về thành phần dinh dưỡng trong bùn chủ yếu như chất hữu cơ, đạm, lân phân hủy yếm khí tạo ra những bất lợi ảnh hưởng đến tôm nuôi Đánh giá dòng năng lượng ra - vào trong hệ thống nuôi tôm và sự biến động chất dinh dưỡng trong nước và bùn đáy ao trong quá trình nuôi và kết thúc vụ nuôi… Nhưng chưa có nghiên cứu đề cập đến tái sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh sau thu hoạch nhằm hạn chế ô nhiễm môi

trường do bùn đáy ao gây ra cho người nuôi tôm ở ĐBSCL nói chung và ở Cà Mau nói riêng Các kết quả nghiên cứu nêu trên cho thấy, nuôi tôm thâm canh

đã phát sinh nhiều chất thải chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, đặc biệt là tích tụ trong bùn thải Vì vậy thực tế yêu cầu cần phải có các nghiên cứu về phương pháp quản lý, xử lí hoặc tái sử dụng bùn thải vào các mục đích khác để giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường Từ kết quả nghiên cứu và các luận điểm nêu trên dẫn đến hướng tiếp cận nghiên cứu bổ sung như: (1) nghiên phương pháp giảm thiểu và quản lý bùn đáy ao trong quá trình nuôi; (2) đánh giá sự biến động một số chất dinh dưỡng trong bùn khi thải ra môi trường tự nhiên; (3) nghiên cứu xử lí và tái sử dụng bùn đáy ao khi kết thúc vụ nuôi là rất cần thiết

2.2.2 Đất mặn và phương pháp rửa mặn

2.2.2.1 Nguồn gốc và nguyên nhân hình thành đất mặn

Một điểm quan trọng liên quan đến mối quan hệ giữa nước tưới và độ mặn của đất được chấp nhận rộng rãi rằng độ mặn của nước trong đất là xấp xỉ

ba lần so với độ mặn của nước tưới, giả định đất thoát nước (lọc) thấp Trong điều kiện đất thoát nước tương đối cao, dung dịch nước trong đất sẽ có độ mặn lớn hơn một chút so với nước tưới (Ayers and Westcot, 1976) Nguyên nhân cơ bản của đất nhiễm mặn phụ thuộc vào loại đất, khí hậu, chế độ sử dụng nước và

các yếu tố thủy lợi (Nikos et al., 2002) Ở các vùng khô hạn và bán khô hạn,

hầu hết các muối có trong nước tưới và nước ngầm chủ yếu là clorua, sunfat, cacbonat hoặc bicacbonat canxi, magiê, natri và kali Mỗi loại muối này có khả năng hòa tan trong nước, khi các muối được hòa tan trong dung dịch nó thường

ở dạng ion hóa là cation và anion (Buckman and Brady, 1967) Mặt khác anion cũng ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của đất bằng cách tăng độ mặn và gián tiếp ảnh hưởng đến tỉ lệ trao đổi natri, canxi và magiê của đất Trong khi kali và natri bicacbonat có thể tồn tại dưới dạng muối rắn, nhưng canxi và magiê bicacbonat chỉ được tìm thấy trong dung dịch đất Khi độ ẩm của đất giảm, canxi bicacbonat Ca(HCO3)2 nhiều hơn magiê bicacbonat, canxi bicacbonat phân hủy thành canxi cacbonat (CaCO3) kết tủa rắn cùng với sản phẩm khí CO2

và nước, thông qua quá trình này canxi được tách ra từ các hạt đất sét (Western Fertilizer Handbook, 1995) Độ mặn của dung dịch đất ở mức cao đã tác động tiêu cực và có khả năng gây chết cây trồng (USDA, 2002) Khi EC của nước trong đất cao có thể làm tăng chất keo tụ, nhưng natri hấp thụ thì có xu hướng

gây tách các hạt đất Do đó, phân tán đất là quá trình vật lý cơ bản liên quan đến nồng độ natri cao (Bauder and Brock, 2001; Falstad, 2000; Van and Paterson, 2001)

2.2.2.2 Phương pháp rửa mặn

Độ mặn sẽ có tác động cụ thể trên tính chất vật lý và hóa học đất, đồng thời nồng độ natri trong đất và natri hấp thụ trên phức hệ trao đổi của đất có thể

có tác dụng khác nhau trên tính chất vật lý và hóa học đất Các mối quan hệ này thường không tính lượng muối di chuyển xuống đáy và do lượng nước mưa rửa trôi để làm giảm EC của nước trong đất Muối có trong dung dịch đất cùng với nước trong đất chảy qua các lớp đất và thường có hướng di chuyển đi xuống

(Hanson et al., 1999; Van and Patterson, 2001) Một nghiên cứu rửa mă ̣n đối với đất mă ̣n - sodic ở đô ̣ sâu đất đến 100 cm (0-25 cm, 25-50 cm, 50-75 cm, 75-

100 cm) vớ i đô ̣ mă ̣n t rung bình của đất lớn hơn 4 mS/cm và ESP lớn hơn 15% (ở các lớp đất có độ sâu kh ác nhau EC dao độ ng từ 17,01-56,67 mS/cm) và EC nước rửa là 1,221 mS/cm Kết quả c ho thấy đối với đô ̣ sâu 0-25cm đất , cung cấp 50cm nước rửa mă ̣n không có sự k hác biệt đáng kể so với 25cm nước rửa

mă ̣n trong viê ̣c giảm đô ̣ mă ̣n của đất (Kaveh et al., 2011) Theo nghiên cứu của Mostafazadeh-Fard et al (2008) thực hiê ̣n để xác đi ̣nh ảnh hưởng của lượng nước và chất lượng nước rửa mă ̣n đến đô ̣ mă ̣n của nước thoát trong giai đoa ̣n sinh trưởng của cây lúa mì Thí nghiệm được thực hiện trên đất nhiễm mặn với các nghiệm thức của ba cấp độ nước tưới (4 mS/cm, 9 mS/cm và 12 mS/cm) và bốn mức đô ̣ rửa mă ̣n (3%, 20%, 29% và 37%) Kết quả cho thấy vào đầu mùa sinh trưởng, độ mặn của nước thoát cao nhất ở tất cả các nghiê ̣m thức Sau đó bắt đầu giảm và tùy thuộc vào chất lượng và lượng nước rử a mă ̣n Độ mặn của nước thoát tiếp tục giảm cho đến cuối mùa sinh trưởng Sự rửa mă ̣n đất hiê ̣u quả hơn trong vài lần rửa đầu tiên và sau đó trở nên ít hiê ̣u quả hơn Khi tăng lượng nước rửa mă ̣n có ảnh hưởng đáng kể đến sự giảm đô ̣ muối của nước thoát Khi

so sánh các số liệu natri và clorua cho thấy, nước tưới ở đô ̣ mă ̣n 4 mS/cm với mức đô ̣ rửa mă ̣n 37% là nghiê ̣m thức tốt nhất trong việc tách muối của đất Nghiê ̣m thức v ới nước tưới có độ mặn cao 9 mS/cm và với mức độ rửa mă ̣n 37% vẫn có thể ngăn s ự tích tụ muối trong đất Sự khác biệt giữa nồng độ clorua thực tế và tính toán của nước thoát ở mức độ rửa mă ̣n cao (29% và 37%) chỉ có khoảng 2-3% Do đó, tỉ lệ đơn giản Cliw/Cldw (iw là lượng nước tưới, dw

là lượng nước thoát) có thể được sử dụng để ước tính tỉ số rửa mă ̣n thực tế với

đô ̣ chính xác tương đối cao

Theo Jamali et al (2012) đã tiến hành nghiên cứu trên đồng ruô ̣ng dùng nước tưới từ kênh để đánh giá hiê ̣u quả rửa mă ̣n đất Các nghiệm thức bao gồm

3 mứ c đô ̣ cung cấp nước tưới (7,62cm; 10,16cm và 12,70cm) và 3 khoảng thời gian (7, 14 và 21 ngày) Sau thí nghiê ̣m mẫu đất được phâ n tích ở cá c tầng đất 0-30cm, 30-60cm, 60-90cm Ba mứ c đô ̣ nước tưới đều cho kết quả gần giống nhau, lớ p đất từ 0-90cm có hiê ̣u quả rửa mă ̣n hơn 44% đối với khoảng thời gian

7 ngày Đối với thời gian 14 ngày, hiệu quả hơn 56% đối với lớp đất 0-30cm và tiêu thu ̣ lượng nước 45,71cm; lớp đất 30-60cm và 60-90cm tiêu thu ̣ lượng nước 60cm và 76cm Trong khi đó , với 21 ngày, 3 mức đô ̣ nước tưới không có hiê ̣u quả đáng kể do thời gian rửa dài và khí hậu ấm áp làm cho muối đã thấm xuống sâu và di chuyển trở la ̣i bề mă ̣t do lực mao dẫn Kết luâ ̣n được đưa ra là kỹ thuâ ̣t rửa mặn trong đất nhiều sét với thời gian 14 ngày và bề dầy lớp nướ c là 10,16cm có thể áp dụng để giảm thấp muối trong đất tự nhiên

Các kết quả nghiên cứu nêu trên được thực hiện đối với đất tự nhiên về mối quan hệ giữa nước tưới và độ mặn của đất; nguyên nhân dẫn đến đất nhiễm mặn và các yếu tố thời tiết ảnh hưởng đến rửa mặn đất; xác định các muối tồn tại trong dung dịch đất; nghiên cứu tính chất vật lý đất và ảnh hưởng của độ mặn đất đến cây trồng Ngoài ra còn nghiên cứu phương pháp rửa mặn đất tự nhiên theo độ sâu lớp đất, chiều cao lượng nước và thời gian rửa mặn hiệu quả Tuy nhiên các nghiên cứu chỉ thực hiện trên nền đất tự nhiên, chưa thực hiện đối với đất bùn ao nuôi tôm nhiễm mặn, chưa đánh giá sự biến động một số hàm lượng dinh dưỡng của bùn theo thời gian rửa mặn

Nghiên cứu của Tất Anh Thư và Võ Thi ̣ Gương (2010b) đánh giá sự giảm mặn và biến động hàm lượng chất dinh dưỡng theo thời gian rửa mặn bùn thải

ao nuôi tôm nhằm sử dụng trong canh tác cây trồng Mười hai mẫu đất bùn đáy

ao nuôi tôm của mô hình canh tác thâm canh, bán thâm canh và quảng canh cải tiến được sử dụng cho sự đánh giá giảm độ mặn và thành phần dinh dưỡng trong bùn đáy ao theo thời gian rửa mặn tự nhiên trong mùa mưa , bùn trải thành luống với diện tích 5x5m2

với độ dầy khoảng 10cm Kết quả cho thấy độ mặn của các mẫu bùn giảm xuống dưới ngưỡng mặn (EC trong đất dưới 4 mS/cm) sau ba tháng rửa mặn vào mùa mưa đối với mô hình tôm thâm canh và 1-2 tháng đối với mô hình tôm bán thâm canh và quảng canh cải tiến Hàm lượng

các chất dinh dưỡng ở dạng hữu dụng trong các mẫu bùn đáy ao như lân dễ tiêu, đạm hữu dụng, đạm hữu cơ dễ phân hủy giảm sau 3 tháng đầu mùa mưa Tuy nhiên, hàm lượng dinh dưỡng trong bùn ao nuôi tôm thâm canh vẫn còn ở khoảng khá giàu, cao hơn so với bùn thải ao nuôi tôm của hai mô hình còn lại (lân hữu dụng lớn hơn 20mg/kg, đạm hữu dụng trên 30mg/kg) Bùn thải ao nuôi tôm có thể sử dụng cho sản xuất nông nghiệp qua rửa mặn tự nhiên trong mùa mưa khoảng 1-3 tháng Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa xác đi ̣nh được lượng nước rửa mă ̣n cần thiết để EC bùn đa ̣t đến giá tri ̣ dưới ngưỡng gây đô ̣c cho cây trồng, chưa nghiên cứu trên các bề dầy khác nhau của lớp bùn rửa mă ̣n Nghiên cứu chưa xác định được mối quan hệ tuyến tính giữa EC nước thoát với EC của bùn; mối quan hệ EC của bùn với thời gian và lượng nước rửa mặn để làm cơ sở cho các nghiên cứu rửa mặn bùn ao nuôi tôm sau này

Tóm lại, muối có tác động trực tiếp và gián tiếp trên tính chất vật lý và hóa học đất, gây nên đất phân tán khi nồng độ natri cao và dẫn đến làm giảm tính thấm nước của đất do chiếm khích chỗ các khoảng không trong cấu trúc đất Mặt khác khi đất nhiễm mặn muối natri các ion natri tự do sẽ nhanh chóng bị rửa trôi và di chuyển xuống lớp đáy theo lượng nước thoát Các nghiên cứu trên cho thấy khi sử du ̣ng nước tưới có nồng đô ̣ muối thấp để rửa đất mă ̣n ngoài đồng có sự giảm muối đáng kể qua các lớp đất Đề tài sẽ tiếp tu ̣c nghiên cứu trong phòng thí nghiê ̣m nhằm đánh giá hiệu quả rửa mă ̣n của nước có nồng đô ̣ muối thấp (2ppt, 4ppt) đối với bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh Để tái sử dụng bùn thải từ ao nuôi tôm phục vụ trong nông nghiệp thì nhất thiết cần làm giảm

độ mặn trong bùn để không tác động tiêu cực đến cây trồng Bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh sau 3 tháng rửa mặn tự nhiên trong mùa mưa có thể sử dụng cho cây trồng, có thể sử dụng bùn này phối trộn với vật liệu hữu cơ để ủ phân phục

vụ cho sản xuất rau màu Vì vậy hướng tiếp cận nghiên cứu bổ sung đối với bùn thải nuôi tôm nhiễm mặn như: Nghiên cứu rửa mặn để EC đạt ngưỡng không gây độc cho cây trồng và đánh giá biến động hàm lượng dinh dưỡng của bùn trong thời gian rửa mặn Đồng thời kế thừa kết quả nghiên cứu của

Mostafazadeh-Fard et al (2008), sử dụng nước có độ mặn thấp (0ppt, 2ppt,

4ppt) để rửa mặn bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh đạt EC≤4mS/cm

2.3 Các nghiên cứu ủ phân

2.3.1 Một số chỉ tiêu cơ bản trong ủ phân

Quá trình ủ phân compost là một hoạt động tái sử dụng chất thải hữu cơ,

là quá trình phân hủy và cố định các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật Nhiệt độ được sản sinh ra trong quá trình phân hủy sinh học này làm cho nhiệt độ trong khối ủ tăng lên đến mức thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật ưa nhiệt, tạo

ra sản phẩm ổn định, không còn mầm bệnh và cỏ dại, có thể dùng để bón cho cây trồng (Haug, 1980) Một định nghĩa khác gần đây được chấp nhận rộng rãi

ở Châu Âu, quá trình ủ phân compost là một quá trình phân hủy hiếu khí có kiểm soát, được thực hiện bởi nhiều vi sinh vật khác nhau thuộc hai nhóm ưa

ẩm và ưa nhiệt, cho ra sản phẩm là CO2, nước, khoáng và các chất hữu cơ ổn định Quá trình ủ phân compost là quá trình hiếu khí nhưng thực tế có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hay yếm khí Ủ phân compost hiếu khí là quá trình phân giải các chất thải hữu cơ có sự hiện diện của oxy cho ra CO2, H2O, NH3 và năng lượng Ủ phân compost yếm khí là sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy cho ra CH4, CO2, NH4

+, một số gas khác và axít hữu cơ phân

tử thấp, NH4

+ sau đó được oxy hóa thành NO3

bởi vi khuẩn Nitrosomonas và

Nitrobacter (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013)

Có 5 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ phân là tỉ lệ C/N, độ ẩm, nhiệt độ, kích cỡ nguyên liệu, nhu cầu thông thoáng không khí và điều kiện môi trường Theo Alexander (1977) trích dẫn của Võ Thị Gương (2010), nhu cầu cacbon và nitơ của vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm khác nhau Trong quần thể hỗn hợp khoảng 3-10% cacbon của chất liệu ủ bị tiêu thụ bởi vi khuẩn, 15-30% bởi xạ khuẩn, 30-40% bởi nấm Vi khuẩn cần 1-2% nitơ để tạo một đơn vị cacbon trong tế bào, xạ khuẩn cần 3-6%, còn nấm cần 3-4% Do đó sự phát triển của vi khuẩn ở giai đoạn ủ ban đầu sẽ phân hủy chất hữu cơ tạo ra đạm dễ tiêu cho nấm và xạ khuẩn phát triển ở giai đoạn tiếp sau Điều kiện cần thiết để ủ phân hữu cơ là cân bằng nguyên liệu với tỉ lệ C/N thích hợp từ 25/1 đến 35/1; tạo ẩm độ khối ủ đạt 50-60% (cân bằng nước và O2); xếp chất hữu cơ thành khối hay thành dãy; giữ nhiệt độ khối ủ đạt ≥ 550C; đảo trộn khối ủ trong thời gian ủ để tạo thoáng khí; nếu hỗn hợp ủ có tỉ lệ C/N >30 thì cần bổ sung phân urê lượng 50-200g/m3

, tưới lên nguyên liệu hữu cơ (Mark Van Horn, 2006 trích dẫn của Võ Thị Gương, 2010)

Nghiên cứu của Konstanczak (1999) cho thấy các nguyên tố cacbon và nitơ là thức ăn chủ yếu của vi khuẩn, tốc độ tiêu thụ cacbon nhanh hơn nitơ khoảng 30 lần, do đó tỉ số C/N từ 20/1 đến 35/1 trong vật liệu thô thì thuận lợi cho việc ủ phân Tỉ số C/N quá lớn (>40/1) hoặc quá nhỏ (<20/1) sẽ làm xáo trộn quá trình phân hủy sinh học Trong suốt quá trình phân hủy, tỉ số C/N giảm dần đến 12/1 khi phân ủ đã hoai

Việc ủ phân compost thường thành công khi hổn hợp có tỉ lệ C/N đạt từ

20 đến 40 Tỉ lệ C/N quá thấp đạm sẽ bị mất thông qua mất NH3 và sản phẩm compost có chất lượng thấp Nếu tỉ lệ C/N quá lớn phân ủ sẽ chậm hoai (Mathur, 1991) Theo Alexander (1991) cho rằng 20-40% cacbon trong các chất thải hữu cơ được vi sinh vật đồng hóa để tạo nên các tế bào mới, phần còn lại được biến đổi thành CO2 và quá trình sinh năng lượng Các tế bào vi khuẩn chứa 50% cacbon và 5% nitơ Do đó lượng đạm cần thiết trong khối ủ phải chiếm từ 2-4% lượng cacbon Vì vậy, tỉ số C/N bằng 25/1 là thích hợp cho quá trình ủ compost Tuy nhiên, ở tỉ lệ C/N >30 tốc độ ủ sẽ giảm, khi tỉ lệ C/N <25 lượng thừa nitrogen sẽ bị chuyển đổi thành amoniac bay vào khí quyển gây ra

mùi khó chịu (Rudat et al., 1999)

Ẩm độ là yếu tố quan trọng trong ủ phân, nghiên cứu của Robert et al

(1992) chỉ ra rằng nên giữ ẩm độ khoảng 60% sau khi chất thải hữu cơ đã được phối trộn Dựa vào hỗn hợp phối trộn, ẩm độ ban đầu có thể trong khoảng 55-70% Tuy nhiên, nếu ẩm độ trên 60% độ bền và cấu trúc của phân compost sẽ bị giảm, sự di chuyển của oxy sẽ bị ức chế và quy trình trở nên yếm khí Nếu ẩm

độ dưới 50% tốc độ phân hủy sẽ bị giảm một cách nhanh chóng Dấu hiệu để nhận biết hỗn hợp chất thải chứa 50% ẩm độ là khi chạm vào cảm thấy ướt nhưng không bị đẫm nước Theo Lê Văn Căn (1982) cho rằng ẩm độ của nguyên liệu đầu vào tốt nhất từ 60-70% và đầu ra từ 30-40% là tối ưu Nếu ẩm

độ quá cao sẽ làm cho nhiệt độ tăng chậm, đồng thời các chất dinh dưỡng sẽ bị rửa trôi Nếu ẩm độ thấp sẽ làm chết vi sinh vật, do đó sẽ làm cho phân không hoai được

Trong điều kiện có đủ không khí, ẩm độ, chất dinh dưỡng, việc phân hủy chất hữu cơ do vi sinh vật điều khiển tiến hành ồ ạt làm cho nhiệt độ tăng lên 50-600C có khi lên đến 700C Với nhiệt độ cao như vậy các mầm bệnh, hạt cỏ dại sẽ bị tiêu diệt Cũng có tác giả cho rằng ẩm độ của nguyên liệu ủ từ 50-70%

là thích hợp, tốt nhất là 60% và nên giữ ẩm độ này trong suốt quá trình ủ, các

vật liệu ủ có kích thước phù hợp từ 25-75mm (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013) Khi ủ phân hữu cơ thì ẩm độ tốt nhất từ 40-65%, việc điều chỉnh nhiệt độ của khối ủ là rất cần thiết để đảm bảo tối ưu hóa tốc độ phân hủy chất

hữu cơ và vô hiệu hóa các mầm bệnh (Rudat et al., 1999)

Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật ưa nhiệt là 60-65oC, nếu nhiệt độ của khối ủ ở mức 55oC tối ưu cho quá trình phân hủy chất hữu cơ và vô hiệu hóa các mầm bệnh Nhiệt độ của khối ủ nên được điều chỉnh trong khoảng 55-700C, nếu trên khoảng nhiệt độ này thì bản thân vi sinh vật ưa nhiệt cũng không thể thực hiện quá trình phân hủy hoặc quá trình phân hủy trở lên kém

hiệu quả (Robert et al., 1992)

Theo Rudat et al (1999), nhiệt độ tối ưu cho quá trình ủ compost là

55-600C sau 3 ngày ủ Theo Chongrak (1989) pH tốt nhất để vi sinh vật hoạt động

từ 6-9, trong giai đoạn đầu của khối ủ có thể giảm xuống (ủ yếm khí) do tạo axít béo Sau đó, pH trở lại trung tính khi các axít béo được biến đổi thành CH4 và

CO2 Cần giữ pH khối ủ trong khoảng từ 7-7,5 quá trình phân hủy của vi sinh vật sẽ thuận lợi hơn Giá trị pH của môi trường có liên quan trực tiếp đến kết quả ủ phân hữu cơ Môi trường chua pH thấp giới hạn sự phát triển của vi khuẩn và xạ khuẩn Môi trường yếm khí cũng làm giảm pH vì tạo ra nhiều axit hữu cơ và có hại cho cây trồng Theo Wiley and Pearce (1957) cho thấy rằng tốc độ phân hủy chất hữu cơ tăng và trong điều kiện thoáng khí thì pH sẽ tăng dần, có thể đạt 8,5 vì tạo ra nhiều NH4

+

(quá trình amon hóa) có vai trò tiêu thụ

H+ Khi quá trình amon hóa giảm xuống thì pH cũng tụt xuống còn khoảng

7,5-8 Một số tác giả lại cho rằng không cần điều chỉnh pH chất liệu ủ vì môi trường

ủ có khả năng tự điều chỉnh pH cho phù hợp (Blain Metting, 1995)

Ngoài ra oxy phải được cung cấp đủ cho nhu cầu của vi sinh vật để đảm bảo sự phân hủy hiếu khí và giảm mùi Do đó nguyên liệu ủ phân compost phải được lựa chọn kích cỡ và số lượng thích hợp để tạo ra những khoảng trống cho không khí lưu thông trong khối ủ, những khoảng trống này chiếm khoảng 35-50% thể tích của hỗn hợp ủ là thích hợp cho quá trình phân hủy hiếu khí Không khí có thể cung cấp bằng các thiết bị phụ trợ như quạt hút, ống thông khí để làm tăng vận tốc phân hủy của vi sinh vật Các nguyên liệu có kích cỡ nhỏ sẽ làm tăng hiệu suất quá trình thông khí và dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật Do đó, các chế phẩm nông nghiệp, rơm, thủy sinh vật nên được băm nhỏ trước khi ủ Phân người, phân gia súc, bùn chứa các chất rắn có kích cỡ nhỏ thích hợp cho việc

phân hủy của vi sinh vật nhưng chúng phải được trộn thêm các vật liệu hữu cơ

để tạo khoảng không thích hợp cho quá trình thông khí khối ủ (Lê Hoàng Việt

và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013) Vật liệu có kích thước nhỏ tương đối đồng đều thì làm tăng hiệu suất của quá trình xử lí (Chongrak, 1989) Nếu ủ phân từ rác thì nên cắt nghiền nhỏ để đạt kích thước từ khoảng 13-50 mm trước khi ủ nhằm tạo độ thông thoáng trong khối ủ hiếu khí là việc làm cần thiết để cung cấp lượng oxy cho vi sinh vật cố định chất thải hoạt động Có nhiều cách làm thông thoáng cho khối ủ như đảo trộn, đặt ống thông khí, sử dụng bơm nén để đưa không khí vào, trường hợp ủ nhiều tầng có thể cho nguyên liệu rơi dần từ trên xuống dưới (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013)

2.3.2 Vi sinh trong ủ phân

Trong quá trình ủ phân còn có sự tham gia của vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm

là những cơ thể đơn bào, phân bố rất rộng rãi trong thiên nhiên Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong mọi quá trình chuyển hóa vật chất trong thiên nhiên (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Theo Lê Hoàng Việt

và Nguyễn Hữu Chiếm (2013) chất thải được phân hủy và ổn định chủ yếu bởi hoạt động của các loài vi khuẩn Vi khuẩn ưa ấm xuất hiện trước tiên trong khối

ủ, sau đó đến vi khuẩn ưa nhiệt Theo Nguyễn Lân Dũng và ctv (2002) cho rằng

xạ khuẩn (Actinobacteria) thuộc nhóm nhân thật (Eubacteria) Phần lớn xạ

khuẩn là tế bào Gram dương, hiếu khí, hoại sinh có cấu tạo dạng sợi phân nhánh (khuẩn ti), xạ khuẩn được phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên như trong đất, trong nước, rác, phân chuồng, bùn và cả trong cơ chất mà vi khuẩn và nấm mốc không phát triển được Sự phân bố của xạ khuẩn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thành phần đất, điều kiện canh tác và loại thảm thực vật Nấm là nhóm vi sinh vật hết sức đa dạng, khác với vi khuẩn là vi nấm có nhân tế bào hoàn chỉnh, có thể đơn bào hay đa bào, tất cả các nấm giống nhau ở chỗ, chúng là những vi sinh vật dị dưỡng bắt buộc và hiếu khí (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003) Nấm thường phát triển trong giai đoạn sau của quá trình ủ phân hữu cơ khi chất liệu ủ còn chủ yếu là cellulose và lignin là

những thành phần khô khó phân hủy (De Bertoldi et al., 1988)

Kết quả các nghiên cứu nêu trên cho thấy, tỉ lệ C/N, độ ẩm, nhiệt độ, pH, kích cỡ nguyên liệu, nhu cầu thông thoáng không khí và sự tham gia của vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm là những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình ủ phân

Tỉ lệ C/N thích hợp từ 20-40; ẩm độ dao động trong khoảng 50-60%; nhiệt độ

khối ủ thích hợp nhất là 550C nhưng không cao hơn 650C; pH trong khoảng 6-9; nguyên liệu ủ có khoảng trống từ 35-50% thể tích của hỗn hợp ủ để tạo sự thông thoáng và cung cấp oxy Vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa vật chất trong thiên nhiên Sự phát triển ban đầu của

vi khuẩn sẽ tạo sẽ tạo ra đạm dễ tiêu cho nấm và xạ khuẩn phát triển ở giai đoạn tiếp theo, nấm thường phát triển khi chất liệu ủ còn chủ yếu là cellulose và lignin là những thành phần khô khó phân hủy Mặt khác chế phẩm sinh học

gồm hỗn hợp nấm Trichoderma và các nhóm vi khuẩn phân hủy cellulose, tinh

bột, protein có khả năng phân hủy nhiều chất thải hữu cơ khác nhau trong quá trình ủ phân và đã được nhiều tác giả thực hiện thành công trong các nghiên cứu khác nhau Vì vậy trong nghiên cứu này sẽ kế thừa các kết quả nghiên cứu

trước, đồng thời ưu tiên chọn nấm Trichoderma làm tác nhân phân hủy trong

quá trình ủ bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh sau rửa mặn

2.3.3 Phương pháp và nghiên cứu về ủ phân

2.3.3.1 Phương pháp ủ compost

a Định nghĩa

Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm (2013) định nghĩa: “Quá trình ủ compost là sự phân hủy sinh học có kiểm soát của các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy để tạo thành mùn Các biện pháp kiểm soát quá trình ủ phân compost bao gồm xới trộn, thông khí cho hỗn hợp ủ” Một định nghĩa khác của Nguyễn Văn Phước (2009) quá trình ủ hiếu khí là một quá trình biến đổi sinh học được sử dụng rất rộng rãi, mục đích là biến đổi các chất thải rắn hữu cơ thành vô cơ (quá trình khoáng hóa) dưới tác dụng của vi sinh vật Sản phẩm tạo thành ở dạng mùn gọi là phân compost

Theo Haug (1980), quá trình ủ compost là quá trình phân hủy và ổn định các chất hữu cơ trong điều kiện nhiệt độ cao (40-600C), do nhiệt được sản sinh

ra trong các quá trình sinh học Theo Diaz et al (1996), ủ compost là biện pháp

xử lí các loại rác thải có hàm lượng hữu cơ cao và dễ phân hủy sinh học trong điều kiện nhiệt độ cao từ 40-600C (nhiệt độ sản sinh trong quá trình sinh học)

b Phương pháp ủ

Theo Đỗ Thị Thanh Ren (1999), có nhiều phương pháp ủ phân:

- Ủ nóng là để nhiệt độ lên rất cao, quá trình phân giải thật mạnh Muốn vậy phải làm cho khối ủ xốp, thoáng khí Tưới nước cho khối ủ đủ ẩm độ (60-70%), nếu để khối ủ quá khô hoặc quá ướt thì quá trình phân huỷ sẽ bị kiềm hãm Nếu ủ nóng thì sau 4-6 ngày nhiệt độ trong khối ủ có thể lên đến 60o

C Phương pháp ủ nóng có thể diệt được hạt cỏ dại, mầm bệnh nhưng mất nhiều đạm

- Ủ nguội là phương pháp nén chặt khối ủ để nhiệt độ không lên quá cao, hỗn hợp ủ được xếp thành khối rộng 2-3m, cao 1,5-2m Sau đó phủ lên trên một lớp rơm rạ, trát bùn, tránh mưa làm trôi mất nước phân Với cách ủ này nhiệt độ trong khối ủ thay đổi từ 15-35oC trong điều kiện yếm khí, khí CO2 trong khối ủ tăng, vi sinh vật hoạt động chậm lại, (NH4)2CO3 khó phân huỷ thành NH3

c Mục đích, lợi ích và hạn chế của quá trình chế biến compost

Theo Trần Thị Mỹ Diệu (2010), ủ compost có những lợi ích và hạn chế:

- Mục đích và lợi ích chính của quá trình làm compost:

+ Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm compost sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ thành vô cơ (khoáng hóa) Sản phẩm cuối cùng ở dạng mùn không gây ô nhiễm môi trường đất, nước

+ Làm mất hoạt tính của vi sinh vật gây bệnh: nhiệt của chất thải sinh ra

từ quá trình phân hủy sinh học có thể đạt khoảng 60oC, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh, virus và trứng giun sán nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 1 ngày Do đó, các sản phẩm của quá trình chế biến compost có thể thải bỏ an toàn trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung dinh dưỡng cho đất

+ Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất thải thường ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ Sau quá trình chế biến compost, các chất này được chuyển hóa thành các chất vô cơ như

+ Làm khô bùn trong quá trình ủ phân compost: là phương pháp lợi dụng nhiệt sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ để làm bay hơi nước

+ Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới chứng minh sự tăng khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất bón compost Cho đến nay, ở Việt Nam compost chưa được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp Tuy nhiên các nghiên cứu ứng dụng compost vào nông nghiệp đã cho những kết quả khả quan Với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ và chủng loại vi sinh vật đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu bệnh trên cây trồng So với các loại phân hóa học khác cây trồng chỉ hấp thụ được một phần nhưng đối với compost cây trồng

có khả năng hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng, đồng thời cây trồng phát triển tốt và có khả năng kháng bệnh cao

- Những hạn chế của quá trình làm compost: Hàm lượng chất dinh dưỡng trong compost không thỏa mãn yêu cầu Do đặc tính của chất thải hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều theo thời gian, khí hậu và phương pháp thực hiện, nên tính chất của sản phẩm cũng khác nhau Quá trình chế biến compost tạo mùi hôi, gây mất mỹ quan Hầu hết các nhà nông vẫn thích sử dụng phân hóa học vì không quá đắt tiền, dễ vận chuyển, sử dụng đơn giản và tăng năng suất cây trồng nhanh chóng

d Cơ chế của quá trình ủ compost

Theo Trần Thị Mỹ Diệu (2010), có 4 giai đoạn phát triển của vi sinh vật trong quá trình ủ phân compost (Hình 2.1)

Nguồn: Trần Thị Mỹ Diệu, 2010

Hình 2.1: Quan hệ giữa nhiệt độ và tăng trưởng của vi sinh vật

Theo Chongrak (1989) ủ compost chia làm bốn giai đoạn:

- Giai đoạn chậm: là thời gian cần thiết để vi sinh vật thích nghi và tạo khuẩn lạc trong mẻ ủ

- Giai đoạn tăng trưởng: nhiệt độ tăng lên do nhiệt của các quá trình sinh học và đạt đến giới hạn của vi sinh vật ưa ấm 30-40o

C

- Giai đoạn ưa nhiệt: nhiệt độ tăng lên đến mức cao nhất thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật ưa nhiệt Giai đoạn này thích hợp cho việc cố định chất thải và vô hiệu hóa các vi sinh vật gây bệnh

- Giai đoạn thuần thục: nhiệt độ giảm xuống đến mức ưa ấm rồi cân bằng với nhiệt độ môi trường Quá trình lên men thứ cấp diễn ra chuyển các chất thải thành mùn hữu cơ Đồng thời, quá trình nitrat hóa diễn ra chuyển NH4

+

thành

NO3

do tác động của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter Quá trình này

diễn ra chậm do đó cần một thời gian đủ dài để đạt được sản phẩm có chất lượng cao Sự biến đổi NH4

2.3.3.2 Các nghiên cứu ủ phân từ bùn thải ao nuôi thủy sản

Nghiên cứu của Nemati et al (2010), phân compost làm từ bùn ao nuôi

tôm đồng ủ với các vật liệu hữu cơ (than bùn, vỏ cây nghiền và phân bón) được

sử dụng như một phương tiện phát triển hữu cơ cho cây trồng Theo Karak et al

(2013) compost với năm tỉ lệ khác nhau của các chất thải nông nghiệp, tức là rơm rạ, rơm lúa mì, cây khoai tây và rơm mù tạt đã được chuẩn bị có hoặc không có bùn đáy ao cá để điều tra sự chín hoai của phân compost Quá trình ủ được theo dõi thông qua những thay đổi thông số lý hoá ở tất cả các khoảng thời gian 7 ngày của quá trình phân huỷ Tất cả các phân compost có màu nâu sẫm

và có mùi như đất rừng trong vòng 56 ngày ủ, phản ánh tình trạng thuần thục của mẻ ủ Trên cơ sở các thông số lý hóa có thể kết luận rằng rơm rạ/rơm lúa mì/cây khoai tây/rơm mù tạt, tỉ lệ 1: 1: 2: 1 với bùn đáy ao cá sản xuất phân hữu

cơ có chất lượng tốt hơn

Chế phẩm vi sinh được dùng trong nghiên cứu sử dụng bùn đáy ao nuôi tôm (bùn không lẫn phù sa, đất sét) để ủ phân hữu cơ ở quy mô thí nghiệm Tỉ

lệ phối trộn: 400 kg bùn (khô); 600 kg than bùn (khô); 4 kg rỉ đường; 1 kg vi sinh vật; 50 kg quặng nghèo lân Dùng vôi tôi đưa pH của bùn về từ 6,5-8, trộn

vi sinh vật, rỉ đường, than bùn, quặng nghèo lân và sau cùng là bùn thải, hỗn hợp có ẩm độ khoảng 50-55%, ủ thành khối 6-8 m3

trong thời gian 3 tuần, sản phẩm phân ủ có chất lượng tương đối tốt (Đặng Đình Kim, 2004) Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, tỉ lệ phối trộn của than bùn quá cao (600 kg) trong khi sử dụng lượng bùn thải thấp (400 kg), vì vậy việc áp dụng ở thực tế còn hạn chế về hiệu quả kinh tế và môi trường Mặt khác nghiên cứu chưa sử dụng các vật liệu hữu cơ phối trộn với bùn để ủ phân hữu cơ nhằm làm tăng độ xốp và một số hàm lượng dinh dưỡng của phân bón, chưa kết hợp sử dụng các chế phẩm sinh học trong quá trình ủ phân nhằm thúc đẩy tiến trình phân hủy các hợp chất hữu

cơ và tăng chất lượng phân bón

Bùn thải được thu gom tập

 Vi sinh: 1 lít pha tỷ lệ 1/20 lít nước

Hình 7: Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ

Nguồn: Lê Ngọc Hùng, 2008

Hình 2.2: Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ Một nghiên cứu khác về ủ phân hữu cơ từ bùn thải của ao nuôi tôm thâm canh trên nền cát (bùn đáy không lẫn phù sa, đất sét), với tỉ lệ phối trộn như sau: (Bùn thải 80% + Lân supper 1% + Phân SA 1% + mụn dừa 18%) bổ sung thêm chế phẩm vi sinh (Hình 2.2), theo tỉ lệ phối trộn này thì độ mặn bùn ao cát giảm

từ 3,8% xuống còn 1,1%, ao đất giảm từ 1,4% xuống còn 1,1% Phân đã ủ được

trồng thử nghiệm hành lá và cho kết quả khá tốt (Lê Ngọc Hùng và ctv, 2008)

Kết quả cho thấy, nghiên cứu chưa thực hiện khảo sát về tỉ lệ và vật liệu khác

nhau để phối trộn với bùn thải trong ủ phân; chưa đánh giá sự phân hủy của vi sinh so với các tác nhân sinh học khác; chưa thực hiện bổ sung kết hợp các chế phẩm sinh học trong quá trình ủ phân nhằm tìm ra phương pháp ủ phân tối ưu; chưa đánh giá hàm lượng một số chất dinh dưỡng của phân và chất lượng phân bón Như vậy chế phẩm sinh học là tác nhân phân hủy hữu hiệu trong quá trình

ủ phân từ bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh, đã được nhiều tác giả thực hiện ở các nghiên cứu trước Do vậy trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài này sẽ kế thừa

sử dụng chế phẩm sinh học làm tác nhân phân hủy các hợp chất hữu cơ trong quá trình ủ phân từ bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh

Ngoài ra, trùn Quế (Perionyx excavatus) được dùng để phân hủy nhiều

thành phần của bùn đáy ao, rơm rạ và lục bình Dường như trùn gia tăng theo tỉ

lệ bùn đáy ao được sử dụng (>80%), tuy nhiên việc phối trộn bùn ở tỉ lệ thấp hơn (60%) tạo ra phân trùn có hàm lượng đạm, lân và kali cao hơn Tác giả khuyến cáo tỉ lệ phối trộn của bùn phải từ 60-80% tính theo trọng lượng khô, thì sau nuôi trùn cho tỉ lệ tổng đạm, đạm dễ tiêu và tổng lân, lân dễ tiêu cao nhất

(Cao Văn Phụng và ctv, 2010)

Bùn đáy ao cá tra có thể sử dụng theo một số phương pháp như ủ phân compost phối trộn với rơm rạ để làm phân hữu cơ, cây lục bình cũng là nguồn nguyên liệu tốt phối trộn với bùn đáy ao nhưng loại cây này có hàm lượng tổng lân và lân dễ tiêu cao hơn so với rơm rạ Phân hữu cơ phối trộn bùn đáy ao với rơm rạ đã minh chứng cho thí nghiệm có thể thay thế 1/3, 2/3 lượng phân vô cơ

(Cao Văn Phụng và ctv, 2009)

Mặt khác theo Dương Minh Viễn và ctv (2011) cho rằng phối trộn của bã

bùn, xác mía, phân heo, kết quả cho thấy không có sự khác biệt giữa các tỉ lệ

C/N là 20, 25 và 30 sau 45 ngày ủ có sử dụng nấm Trichoderma 25g/1.000kg

chất ủ Tác giả khuyến cáo khi ủ phân không xếp lớp nên xới trộn và thêm nước

để giữ độ ẩm 1 lần/tuần trong 5 tuần ủ đầu tiên thì phân hoai mục nhanh nhất, khi ủ phân xếp lớp thì sau 21 ngày ủ mỗi tuần định kỳ xới trộn 1 lần cho đến khi kết thúc thời gian ủ Tỉ lệ C/N của phân sau khi ủ theo xếp lớp có đặt ống thông khí và xới trộn đều thì không khác biệt, nhưng tổng đạm của ủ phân theo xới trộn thì khác biệt và cao hơn xếp lớp có đặt ống thông khí Khi sử dụng rễ lục bình kết hợp với các nguồn chất thải hữu cơ như xác mía, bã bùn mía, phân heo,

cặn hầm ủ biogas, rơm và chủng thêm nấm Trichoderma có thể sản xuất phân

hữu cơ vi sinh có chất lượng Các nguyên liệu cần được phối trộn theo tỉ lệ