Nghiên cứu tận dụng bùn thải ao nuôi cá tra làm phân hữu cơ và đánh giá hiệu quả của nó trong nông nghiệp

Mục đích của nghiên cứu này là tái sử dụng bùn đáy ao nuôi cá tra sản xuất phân bón hữu cơ cung cấp cho cây bắp. Bùn đáy ao được phối trộn với vỏ trấu và ủ theo mô hình luống hở có đảo trộn, thoáng khí tự nhiên. Chất lượng của phân hữu cơ được sản xuất từ bùn đáy ao nuôi cá được đánh giá thông qua các nghiên cứu bón kết hợp hoặc không kết hợp với phân vô cơ với những liều lượng bón khác nhau.

Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 4(1):128-139 Bài Nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu tận dụng bùn thải ao nuôi cá tra làm phân hữu đánh giá hiệu nơng nghiệp Nguyễn Khôn Huyền1,* , Lê Thanh Hải1 , Trà Văn Tung1 , Trần Thị Hiệu1 , Nguyễn Việt Thắng1 , Nguyễn Hồng Anh Thư1 , Đồng Thị Thu Huyền2 , Nguyễn Thị Phương Thảo1 TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Mục đích nghiên cứu tái sử dụng bùn đáy ao ni cá tra sản xuất phân bón hữu cung cấp cho bắp Bùn đáy ao phối trộn với vỏ trấu ủ theo mơ hình luống hở có đảo trộn, thống khí tự nhiên Chất lượng phân hữu sản xuất từ bùn đáy ao nuôi cá đánh giá thông qua nghiên cứu bón kết hợp khơng kết hợp với phân vơ với liều lượng bón khác Lượng phân bón hữu sử dụng 10 20 tấn/ha kết hợp bón chung với phân vơ theo khuyến cáo, giảm 50 giảm 100% phân bón vô Các tiêu chiều cao bắp, đặc điểm trái bắp, độ phì đất dung trọng, độ bền đồn lạp, độ ẩm thể tích độ ẩm hữu dụng đất đo đạt đánh giá Kết nghiên cứu cho thấy rằng, chất lượng phân bón hữu sản xuất từ bùn thải đạt tất tiêu chuẩn để sử dụng làm nguồn phân bón hữu phục vụ trồng, thành phần dinh dưỡng đa lượng N, P, K cao, kim loại vi lượng (Cu, Mn, Zn) đạt giá trị thích hợp cho chất lượng phân bón hữu cơ, tiêu kim loại nặng (As, Pb, Cd) vi sinh có hại (E Coli, Coliforms, Salmonella), tiêu chuẩn cho phép phân bón hữu theo Tiêu chuẩn Việt Nam Bón kết hợp phân bón hữu với liều lượng 20 tấn/ha kết hợp với liều lượng phân vô theo khuyến cáo giúp bắp sinh trưởng phát triển tốt cho suất cao Tuy nhiên, việc giảm phân bón vơ theo tỷ lệ 50 100% kết hợp bón với phân hữu giúp sinh trưởng phát triển tốt cho suất cao đối chứng (chỉ bón phân vơ theo khuyến cáo) Bón lượng phân hữu 20 tấn/ha cho suất cao so với lượng phân hữu 10 tấn/ha Việc sử dụng phân hữu sản xuất từ bùn đáy ao nuôi cá, cải tạo đất tốt, giảm dung trọng đất, tăng độ bền đồn lạp thể tích ẩm độ thể tích hữu dụng Từ khố: bùn thải ao nuôi, cá tra, phân hữu cơ, nông nghiệp Viện Môi Trường Tài Nguyên - Đại học Quốc gia TP.HCM Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai Liên hệ Nguyễn Khôn Huyền, Viện Môi Trường Tài Nguyên - Đại học Quốc gia TP.HCM Email: nguyenkhonhuyen7@gmail.com Lịch sử • Ngày nhận: 21-7-2019 • Ngày chấp nhận: 18-11-2019 • Ngày đăng: 05-4-2020 DOI : 10.32508/stdjsee.v4i1.502 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license MỞ ĐẦU Nuôi cá tra ngành kinh tế mũi nhọn khu vực Đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, đôi với lợi ích kinh tế mà đem lại tiềm ẩn bất lợi cho môi trường Đặc biệt lượng thức ăn thừa phân cá lắng xuống tích lũy đáy ao rât lớn biết đến bùn đáy ao Theo tác giả Cao Văn Thích, 2008, lượng bùn đáy ao sau vụ ni cá tra đạt 300 tấn/ha/vụ tạo lượng bùn đáy ao khoảng 2.677 bùn ướt (937 bùn khô) Hiện nay, sau vụ nuôi cá tra lượng bùn đáy ao không thu gom xử lý mà bơm thải trực tiếp môi trường với nước thải ao nuôi, gây ô nhiễm môi trường đặt biệt kênh địa bàn khu vực Đồng sông Cửu Long Việc thải bỏ trực tiếp bùn đáy ao nuôi trồng thủy sản gây suy thối mơi trường, tích lũy nitrat tầng nước ngầm phú dưỡng hóa nguồn nước mặt vấn đề quan tâm hàng đầu vấn đề quản lý bùn đáy ao nuôi trồng thủy sản Bùn đáy ao có chứa hàm lượng hữu từ 10,5 -11,7% , tổng nitơ khoảng 0,5%, tổng phốt khoảng 0,22% Vì hàm lượng dinh dưỡng bùn đáy ao cao, có số hộ dân bơm bùn thải vào vườn để bón cho trồng Bùn đáy ao nuôi cá tra bơm trực tiếp lên liếp sau 45 trồng rau muống kết cho thấy trồng rau muống bùn đáy ao cho suất co đất khơng có bùn đất có bón phân vô cho rau muống Tuy nhiên, giải pháp khơng phù hợp lượng bùn đáy ao lớn, gây ngộ độc hữu nhiễm nguồn nước ngầm Do cần có giải pháp quản lý bùn đáy ao cách hợp lý mang lại hiệu kinh tế hạn chế tác nhân gây ô nhiễm môi trường Thu gom bùn thải đáy ao để sản xuất phân Compost phục vụ cho trồng nguồn cung cấp hữu đem lại lợi ích lớn mặt kinh tế môi trường Đã có nhiều nghiên cứu ngồi nước nghiên cứu thành phần tính chất bùn thải đáy ao nuôi cá, tôm sử dụng bùn để sản xuất phân bón hữu Trích dẫn báo này: Khôn Huyền N, Thanh Hải L, Văn Tung T, Thị Hiệu T, Việt Thắng N, Anh Thư N H, Thu Huyền D T, Phương Thảo N T Nghiên cứu tận dụng bùn thải ao nuôi cá tra làm phân hữu đánh giá hiệu nơng nghiệp Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 4(1):128-139 128 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 4(1):128-139 phục vụ cho trồng cải tạo đất trồng Bùn đáy ao ni cá tra có hàm lượng dinh dưỡng đa lượng (N P) cao, hàm lượng vi lượng trung bình, hàm lượng kim loại nặng thấp nên sử dụng làm phân bón hữu phục vụ trồng Bùn thải ao nuôi tôm phối trộn với mùn cưa phân hủy chế phẩm EM (effective microorganisms), sau ủ thơng khí tự nhiên có đảo trộn cho kết chất lượng Compost đạt tiêu chuẩn Việt Nam phân bón hữu cho trồng (Tiêu chuẩn chất lượng phân hữu khoáng (TT 41/2014 BNNPTNT) Sử dụng phân Compost từ bùn thải làm tăng suất bắp lên đến 23,5% so với đối chứng Nguồn hữu bùn đáy ao sử dụng bón để cải tạo đất trồng, cải thiện tính chất vật lý hóa học đất dung trọng, độ bền đoàn lạp, tốc độ thấm, độ ẩm thể tích độ ẩm hữu dụng, giúp tăng sản lượng trồng Việc sử dụng phân Compost sản xuất từ bùn thải bón vào đất giúp cải thiện tính chất vật lý đất rõ rệt làm cho đất tơi xốp, tăng khả giữ nước, tăng khả trao đổi khí đất Ngồi góp phần hạn chế sử dụng phân hóa học mang lại hiệu kinh tế cho người nông dân Dựa nhu cầu dinh dưỡng ngơ q trình sinh trưởng, ngô hút nhiều đạm, kali lân Lượng dinh dưỡng lấy tùy thuộc vào suất Để tạo hạt ngô lượng dinh dưỡng ngô lấy từ đất: 22,3 kg N; 8,2 kg P2 O5 12,2 K2 O, hay để đạt suất ngơ tấn/ cần bón khoảng 150 kg N + 60 kg P2 O5 + 100 kg K2 O Do đó, lựa chọn lượng phân bón cho 1ha sau: Phân chuồng 10 tấn, NPK (30-9-9) 300-480 kg, Supe Lân: 300 - 400 kg, KCl 150-250 kg, CanNiBo 120-150 kg tùy thuộc vào mục đích sử dụng giống điều kiện chất lượng đất trồng trọt nơi triển khai nghiên cứu Trong nghiên cứu này, sử dụng bùn đáy ao nuôi cá tra để sản xuất phân Compost thử nghiệm hiệu lực phân Compost lên bắp Các tiêu chiều cao cây, đặc điểm trái bắp, tính chất đất trồng sau bón phân hữu kết hợp với phân vô theo khuyến cáo không kết hợp với phân vô theo dõi, phân tích đánh giá VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu Bùn thu từ đáy từ ao nuôi cá tra nuôi thâm canh sau xả nước ao xã Bình Mỹ huyện Châu Phú, tỉnh An Giang Vỏ trấu khô đươc thu gom nhà máy xay xác gạo khu vực Bùn vỏ trấu thu gom, phối trộn ủ chỗ đồng ruộng Chế 129 phẩm EM gốc (Effective Microorganisms) có chứa 80 -120 loại vi sinh vật có ích thuộc – nhóm vi sinh vật khác dịch rỉ đường cung cấp Cơng ty cổ phần Sài Gịn Hạt bắp giống lai đơn QT55 cung cấp Công ty Trang Nơng Phân hóa học (ure, super lân kali) cung cấp Cơng ty phân bón Bình Điền, Thành phố Hồ Chí Minh Quy trình ủ phân hữu từ bùn đáy ao nuôi Sau thu hoạch cá, nước bơm khỏi ao, để thu phần bùn theo ao, chúng tơi sử dụng túi lưới có độ rộng mắt lưới 0,25 mm Bùn tích lũy túi lưới thu hồi đem ủ Phần bùn khơng theo nước cịn lại đáy ao nuôi cào gom tập trung lại thu lên bờ Bùn sau thu thập từ đáy ao nuôi cá tra trộn với trấu theo tỷ lệ 7:3 (7 bùn: trấu) Hỗn hợp ủ theo mơ hình luống hở thống khí tự nhiên có đảo trộn (Window Composting) Cơng thức pha EM gốc thành EM thứ cấp để ủ phân hữu cơ, lít chế phẩm EM gốc pha 20 lít nước thêm 1,2 kg dịch rỉ đường, khuấy Hỗn hợp bùn trấu trải bạt nylon theo lớp chế phẩm EM thứ cấp đổ lên theo lớp Quá trình đảo trộn đống ủ thực tuần lần Nghiên cứu đánh giá hiệu phân hữu lên suất bắp Chuẩn bị đất Đất cày sâu 15-20 cm lên luống, luống trồng hàng Hạt bắp giống ngâm thuốc sát khuẩn Captan, Dithane với nồng độ 2-3 ‰ để diệt ngừa nấm bệnh Sau hạt bắp ủ cho nẩy mầm Khi bắp cao khoảng 10 cm đem trồng ngồi đồng Mật độ trồng, hàng cách hàng 70 cm cách 30 cm Tổng diện tích đất sử dụng cho mơ hình thí nghiệm 12.000 m2 , nghiệm thức 1.000 m2 cho lần lập lại Thí nghiệm bố trí theo mơ hình sơ đồ khối ngẫu nhiên với nghiệm thức, với lần lập lại cho nghiệm thức Nghiệm thức đối chứng, NT1 bón theo khuyến cáo theo liều lượng sử dụng tồn phân vơ (Ure 250 kg/ha, Super Lân 450 kg/ha, Kali 100 kg/ha) Bón lót: tồn lượng phân hữu phân lân bón lần đầu trước xuống giống Bón thúc: Phân bón làm lần theo giai đạon sinh trưởng phát triển bắp Lần 1, bón vào thời điểm tuần sau trồng, bón 1/3 lượng phân ure Lần 2, bón vào thời điểm tuần sau trồng, bón 1/3 lương phân ure + 1/2 lượng phân Kali Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 4(1):128-139 Bón lần vào thời điểm trổ cờ (khoảng 45 ngày sau trồng), bón 1/3 ure 1/2 Kali Cách bón phân cho nghiệm thức khác nhau: • NT1: Bón lần 1: Bón 85 kg Ure + 450 kg Super lân Bón lần 2: 85 kg Ure + 50 kg K Bón lần 3: 80 kg Ure + 50 kg K • NT2: Bón lần 1: 10 hữu + 40 kg Ure + 225 kg Super lân Bón lần 2: 40 kg Ure + 25 kg K Bón lần 3: 40 kg Ure + 25 kg K • NT3: Bón lần 1: 20 hữu + 40 kg Ure + 225 kg Super lân Bón lần 2: 40 kg Ure + 25 kg K Bón lần 3: 40 kg Ure + 25 kg K • NT4: Bón lần 1: Bón 10 phân hữu + 85 kg Ure + 450 kg Super lân Bón lần 2: 85 kg Ure + 50 kg K Bón lần 3: 80 kg Ure + 50 kg K • NT5: Bón lần 1: Bón 20 phân hữu + 85 kg Ure + 450 kg Super lân Bón lần 2: 85 kg Ure + 50 kg K Bón lần 3: 80 kg Ure + 50 kg K • NT6: Bón 20 phân hữu lần trình làm đất Các tiêu theo dõi phương pháp phân tích mẫu đất bắp Phân tích tiêu bùn trước sau ủ Compost: Độ hoai sản phẩm đống ủ, pH, EC, tổng hữu carbon, tổng N, P K, tỷ lệ C/N, tổng E Coli, Coliform Salmonella Đo đạc, theo dõi thông số ảnh hưởng đến trình phân hũy đống ủ bao gồm: pH, nhiệt độ, EC Ảnh hưởng phân hữu lên sinh trưởng phát triển theo dõi phát triển chiều cao (đo chu kỳ 10 ngày/lần) Ảnh hưởng đến chất lượng suất trái Chỉ tiêu theo dõi chất lượng trái bao gồm: chiều dài; đường kính; khối lượng; số hàng trái; số hạt trái Năng suất nông học cách cân khối lượng bắp thu nghiệm thức sau thu hoạch Ảnh hưởng phân bón hữu lên chất lượng đất pH đất, tổng hữu cơ, tổng N, P, K, dung trọng, độ bền đồn lạp, độ ẩm thể tích, độ ẩm hữu dụng Cách lấy mẫu đất: Mẫu đất lấy cách phẩu diện từ xuống tầng đất – 10 cm Mẫu đất lấy điểm khác theo quy tắc đường chéo, đại diện tồn cho khu vực thí nghiệm Mẫu đất trộn điểm lấy mẫu khác nhau, sau mẫu bỏ vào túi nylon gói kín, chuyển phịng lưu xử lý mẫu Sau mẫu đất phơi khơ, dã nhuyễn rây qua rây có kích thước lỗ 0,25 cm Phương pháp cách thức thu thập liệu để đánh giá bắp: Chiều cao đo đạc thước dây Vuốt thẳng thân bắp thẳng đứng, sử dụng thước dây đo từ đỉnh dài mặt đất Sau thu hoạch trái Lột vỏ cân khối lượng trái (10 trái) cùi hạt Sau lấy giá trị trung bình Trọng lượng hạt tươi/trái, lặt tồn hạt trái (tách hạt khỏi trái cân tổng khối lượng hạt trái, lấy giá trị trung bình Hạt khơ/trái, sau hạt sấy khô nhiệt độ 70◦ C đến khối lượng không đổi, cân khối lượng tổng khối lượng hạt khô trái lấy giá trị trung bình, thể tích Từ kết khối lượng khô khối lượng tươi hạt tính độ ẩm hạt Lấy đại diện 10 trái Cây đo đại diện 10 theo hình ziczac mơ hình trồng Phương pháp phân tích Chỉ tiêu phương pháp phân tích thể Bảng Xử lý số liệu Số liệu tổng hợp tính tốn phần mềm Microsoft Excel 2013 Phân tích phương sai nhân tố (One-way ANOVA) so sánh kết trung bình nghiệm thức phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XVI (StatPoint, Inc., USA) dựa kiểm định LSD (Fishers Least Significant Difference) mức ý nghĩa 5% KẾT QUẢ Thành phần tính chất bùn đáy ao ni cá tra trước sau ủ Thành phần hỗn hợp bùn đáy ao trộn có bổ sung trấu làm giảm độ ẩm đóng ủ ban đầu xuống khoảng 65-60% giảm tỷ lệ C/N xuống khoảng 20-25 Như vậy, hỗn hợp ủ đạt giá thích hợp cho việc phân hũy sinh học hiếu khí Sau ủ 28 ngày thành phần vật lý hóa học đóng ủ có chuyển hóa (Bảng 2) Độ ẩm giảm từ 65% xuống 53,46% sau 28 ngày ủ Tuy nhiên để đạt tiêu chuẩn độ ẩm phân bón, cần ủ thêm theo thời gian để làm giảm độ ẩm đóng ủ theo tiêu chuẩn yêu cầu Tổng lượng hữu tăng lên sau ủ so với tổng hữu bùn đáy ao ban đầu phối trộn bùn đáy ao với vỏ trấu (>80% hữu cơ), kết lượng hữu đóng ủ bùn đáy ao nuôi cá tăng lên Lượng Nito tổng bùn đáy ao ủ sau 28 ngày giảm 32,3% lượng Nito giải phóng dạng 130 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 4(1):128-139 Bảng 1: Chỉ tiêu phương pháp phân tích Chi tiêu Đơn vị Phương pháp xác định Độ hoai sản phẩm - (10 TCN 525-2002) Được xác định phương pháp đo nhiệt độ túi (bao) phân bón Đo ngày liên tiếp, ngày đo lần (vào 9-10 giờ) pHH2O - Máy đo pH, tỉ lệ vật liệu: nước cất 1:5 mS/cm Máy đo EC, tỉ lệ vật liệu: nước cất 1:5 EC Tổng hữu Carbon %OC (10TCN 366-99) Oxy hố hồn toàn bon hữu K2 Cr2 O7 dư H2 SO4 nhiệt độ ổn định 145-155◦ C thời gian xác 30 phút Chuẩn độ lượng dư K2 Cr2 O7 dung dịch FeSO4 N tổng số %N (10TCN 304 - 2004) Vơ hóa H2 SO4 đậm đặc + H2 O2 xác định theo phương pháp Kjeldahl P tổng số %P2 O5 (10TCN 306 - 2004) Vơ hóa H2 SO4 đậm đặc + H2 O2 so màu máy quang phổ bước sóng 420 nm K tổng số %K2 O (10TCN 308 – 2004) Vơ hóa H2 SO4 đậm đặc + HClO4 đo máy quang kế lửa (Flamphotometer) bước sóng 768 nm N hữu hiệu mg/kg (10TCN: 361-99) Phương pháp trích H2 SO4 0,5 N, xác định theo phương pháp Kjeldahl P hữu hiệu %P2 O5 (10TCN 307 – 2004) Chiết p Hữu hiệu acid citric 2% với tỉ lệ trích g mẫu: 100 mL dd acid citric so màu máy quang phổ bước sóng 420 nm K hữu hiệu %K2 O (10 TCN 360 - 99) Chiết HCl 0,05N, xác định kali hòa tan dung dịch mẫu quang kế lửa (Flamphotometer) bước song 768 nm Mn mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) Cu mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) Zn mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) As mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) Cd mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) Pb mg/kg Phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) E Coli E Coli Phương pháp nuôi cấy đếm khuẩn lạc Coliform Phương pháp nuôi cấy đếm khuẩn lạc CFU/g Phương pháp nuôi cấy đếm khuẩn lạc Coliform Salmonella phân tử Nito tự hay oxit Nito bay Lượng Phot Kali đóng ủ tăng lên thường q trình khống hóa hợp chất mang P K bùn đáy ao Sau trình ủ, lượng Nito, Photpho Kali hữu dụng tăng lên rõ rệt N, P, K hữu dụng dễ dàng di chuyển đất trồng dễ hấp thu Các kim loại vi lượng Cu, Mn, Zn có thành phần bùn đáy ao sau ủ điều cao so với QCVN 2018/BNNPTNT Chúng đóng vai trị quan trọng q trình sinh trưởng phát triển chất lượng suất trồng Đồng (Cu) tham gia vào trình tổng hợp diệp lục làm chất xúc tác cho số phản ứng sinh hóa Mangan (Mn) đóng vai trị nhân enzym 131 Mn tham gia hoạt hóa số phản ứng trao đổi chất quan trọng cây, hổ trợ tổng hợp diệp lục Kẽm (Zn) tham gia hoạt hóa nhiều enzym liên quan đến hoạt động sinh lý sinh hóa trồng, kết Zn ảnh hưởng lớn đến suất trồng Ngồi ra, Zn cịn tham gia vào q trình tổng hợp diệp lục cà hydrocacbon Hàm lượng kim loại nặng (Cd Pb) vi sinh vật bất lợi (E.Coli, Salmonella) ngưỡng cho phép chất lượng phân bón hữu theo Quy chuẩn Việt Nam (QCVN:2018/BNNPTNT) 10 Bùn đáy ao sau ủ dùng làm phân bón có đảm bảo yêu tố dinh dưỡng nguyên tố hóa học cần thiết cho sinh trưởng phát triền Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Trái đất Môi trường, 4(1):128-139 Bảng 2: Thành phần tính chất bùn ao nuối cá tra trước sau ủ Compost Chỉ tiêu Đơn vị Bùn đáy ao Sản phẩm Compost QCVN: 2018/BNNPTNT pH - 6,7 7,0 6-8 Độ ẩm % 77,94 53,46