Bài viết tiếp cận xây dựng mô hình tích hợp dòng vật chất và năng lượng của một nông trại quy mô nhỏ điển hình tại khu vực bị nhiễm phèn ở Long An nhằm tăng cường sinh kế và đáp ứng các yêu cầu của một hệ thống nông nghiệp bền vững.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Bài Nghiên cứu Open Access Full Text Article Xây dựng mơ hình tích hợp đáp ứng sinh kế bền vững cho hộ nông dân khu vực bị nhiễm phèn tỉnh Long An Nguyễn Thị Thu Thảo1,* , Lê Quốc Vĩ2 , Trà Văn Tung2 , Trần Trung Kiên2 , Nguyễn Thị Phương Thảo2 TÓM TẮT Long An tỉnh đồng sơng Cửu Long có diện tích đất nhiễm phèn lớn đất phèn Thạnh Hóa - Long An thuộc loại phèn hoạt động nặng Có thể nói vùng đất phèn nặng quanh năm vùng có điều kiện tự nhiên khó khăn cấp nước ngọt, nước, canh tác nơng nghiệp vấn đề vệ sinh môi trường Tác động chất độc đất phèn kìm hãm phát triển sinh kế người dân bị giới hạn Bài báo tiếp cận xây dựng mơ hình tích hợp dịng vật chất lượng nơng trại quy mơ nhỏ điển hình khu vực bị nhiễm phèn Long An nhằm tăng cường sinh kế đáp ứng yêu cầu hệ thống nơng nghiệp bền vững Do đó, mơ hình lựa chọn đáp ứng mục tiêu xử lý chất thải sở tính tốn chuyển đổi vật chất - lượng tính tốn khả kinh tế có liên quan Phương pháp phân tích lượng liên quan sử dụng để đánh giá hiệu sử dụng tài nguyên hệ thống Kết phân tích kinh tế cho thấy khả thu lời cao từ hoạt động chăn ni trồng mít Hiệu suất lượng từ hoạt động nuôi heo chiếm tỷ lệ cao (50%) hiệu suất ni cá trồng mít chưa đạt tới 10% Phân tích hiệu suất lượng cho phương án tiềm cho thấy hiệu tối ưu thuộc phương án có xử lý bùn biogas làm phân compost Ngồi ra, phương án lượng theo vịng đời ba năm hiệu so với phương án năm Tuy nhiên, vấn đề lựa chọn mơ hình lắp đặt hạng mục phù hợp tùy thuộc vào khả kinh tế hộ nông dân Từ khố: mơ hình tích hợp, nơng nghiệp bền vững, sinh kế bền vững, hiệu suất lượng, đất phèn 2 Viện Môi trường Tài nguyên – ĐHQG-HCM Nguyễn Thị Thu Thảo, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM U Email: thaontt@hcmute.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 16-7-2020 • Ngày chấp nhận: 25-11-2020 • Ngày đăng: xx-11-2020 DOI : 10 11 12 13 14 15 16 Bản quyền Vấn đề canh tác đất chua phèn gặp trở ngại thách thức Mặc dù đất phèn có hàm lượng hữu ni tơ cao hàm lượng chất độc hại cao Fe2+ , Fe3+ , Al3+, SO4 2− Long An tỉnh đồng sông Cửu Long với diện tích đất nhiễm phèn lớn đất phèn Thạnh Hóa - Long An thuộc loại phèn hoạt động nặng Có thể nói vùng đất phèn nặng quanh năm vùng có điều kiện tự nhiên khó khăn cấp nước ngọt, nước, canh tác nơng nghiệp vấn đề vệ sinh môi trường Tác động chất độc đất phèn kìm hãm phát triển sinh kế người dân bị giới hạn Để phát triển sinh kế địa phương cần đánh giá đầy đủ huy động tất nguồn tài ngun sẵn có Sự tích hợp cấu phần sinh kế quay vòng chất thải từ hệ thống góp phần khép kín dòng nguyên vật liệu, chất thải lượng gắn với hệ sinh thái vùng phèn giúp cải thiện môi trường nông trại, hợp lý kinh tế hiệu lượng Hiện chưa có nghiên cứu đánh giá đầy đủ khả tích hợp sinh kế, nói cách khác nc Liên hệ ĐẶT VẤN ĐỀ re Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM or 1 17 18 © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản 19 20 the Creative Commons Attribution 4.0 International license 21 22 23 ct io n pr oo f Use your smartphone to scan this QR code and download this article tích hợp nguồn tài nguyên chỗ nông trại thuộc vùng phèn Long An chưa có phân tích chi tiết tất phương án tiềm để khép kín dịng vật chất - lượng giúp xử lý chất thải giảm thiểu ô nhiễm môi trường phát triển sinh kế Mơ hình tích hợp cấp thiết cần triển khai cho hộ nông dân vùng phèn, giải vấn đề quan tâm thiết vùng nông thôn bị nhiễm phèn phương diện kinh tế, xã hội môi trường, đặc biệt lợi ích kinh tế mà đề tài đem lại việc nâng cao suất sản xuất canh tác, tức tạo sinh kế nhiều mặt cho nhiều đối tượng khác có liên quan Một số nghiên cứu mơ hình tích hợp vùng đất phèn nghiên cứu hệ thống nông lâm kết hợp, nhóm tác giả Tấn cộng (2010) tiến hành thí nghiệm nghiệm lúa cá, tràm địa phương (có kê líp) - cá, tràm Úc - cá, bạch đàn-cá để đánh giá tính khả thi kỹ thuật kinh tế mơ hình Các mơ hình canh tác vùng đất phèn tỉnh Kiên Giang cho thấy tính hiệu kinh tế xã hội mơ hình lúa - khóm lúa - khóm - tơm sú đem lại hiệu cao Phân tích kinh tế thơng thường cho thấy việc phân bổ nguồn lực canh Trích dẫn báo này: Thảo N T T, Vĩ L Q, Tung T V, Kiên T T, Thảo N T P Xây dựng mơ hình tích hợp đáp ứng sinh kế bền vững cho hộ nông dân khu vực bị nhiễm phèn tỉnh Long An Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 4(2):xxx-xxx 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 nc 80 81 82 U 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 f 54 oo 53 tính tốn thơng qua thị để tối ưu hóa dịng vật chất cho nông nghiệp bền vững 12,13 Năng lượng đầu vào đầu cấu phần sản xuất hệ thống (như chuồng heo ao cá) tính tốn thơng qua hệ số chuyển đổi phân tích exergy Nghiên cứu chọn số hệ số chuyển đổi lượng đầu vào đầu tài liệu nghiên cứu cho phù hợp với điều kiện nơng trại Phương pháp phân tích lượng kinh tế sử dụng nhằm tìm kiếm phương án tích hợp sinh kế qua việc quay vịng chất thải để khép kín dịng vật chất lượng nông trại đồng thời tạo hội lựa chọn phương án tối ưu với hiệu suất lượng cao Nhìn chung, phân tích theo exergy tính đến bền vững nơng nghiệp thơng qua hiệu q trình canh tác Hệ số chuyển đổi hệ thống (System transformity - STr) đại diện cho tính bền vững hệ thống, tỷ lệ tổng tài nguyên đầu vào so với sản phẩm đầu (bao gồm nông sản chất thải) Tính bền vững hệ thống cao Str thấp 12 pr 52 n 51 io 50 ct 49 tác nông nghiệp tạo vấn đề xã hội môi trường nghiêm trọng chẳng hạn mùi hôi, ô nhiễm đất, nước Khi hiệu sử dụng nguồn lực vật chất lượng nơng nghiệp ảnh hưởng đến môi trường vấn đề nghiêm trọng cần quan tâm, số xem xét cần thiết để mang lại hiệu tối ưu bao gồm: tối đa hóa sản lượng dạng lượng, tối đa hóa hiệu từ chuyển đổi dòng vật chất - lượng, chuyển đổi dòng chất thải dạng có ích Khi tất dịng vật chất chuyển đổi sang giá trị lượng giúp tính tốn cân cho tồn hệ thống dễ dàng Do đó, để đánh giá hiệu nơng trại, phân tích vật chất lượng cung cấp sở lựa chọn phương án thay cho loại hình Kết lượng đóng vai trị thước đo vật lý cho giá trị kinh tế Các nghiên cứu dòng lượng vận chuyển hệ thống nông nghiệp sử dụng số thị để đánh giá tính bền vững Tiêu chuẩn nơng nghiệp bền vững - SAN năm 2017 áp dụng toàn giới cho hệ thống sản xuất trồng gia súc Để đánh giá tính bền vững nông nghiệp, tiêu chung thiết lập dựa hiệu nhóm sau: kinh tế, xã hội môi trường Các khía cạnh nói phân tích phần thảo luận để lựa chọn nông trại tối ưu cho nông trại đặc thù vùng nhiễm phèn Long An tuân theo mục tiêu hạn chế Phân tích lượng thơng thường (energy analysis) hệ thống chuyển đổi lượng tính tốn lượng vào Đối với dạng phân tích hiệu suất hệ thống chuyển đổi lượng đánh giá cách hiệu xác Phân tích exergy bổ sung nâng cao phân tích lượng thơng thường Phân tích lượng gọi “exergy analysis” cách tiếp cận thực tế để đánh giá giá trị trình hệ thống chuyển đổi phân phối lượng, tính tốn dòng vật chất dạng lượng để đánh giá hiệu sử dụng tài nguyên từ dòng vật chất lượng đầu vào đầu hệ thống Exergy gần coi phương pháp nhiệt động lực học thực tế để đánh giá lượng hệ thống 10 Nó bao gồm việc áp dụng khái niệm, cân hiệu suất exergy để đánh giá cải thiện lượng 11 Theo Taheri cộng (2014), phân tích exergy nhấn mạnh việc sử dụng lượng khơng hiệu (sự thất lượng) quy trình thay 10 Năng lượng bị thất q trình khơng thể đảo lại ma sát, giãn nở, thủy lực Khái niệm exergy sử dụng để định lượng cho dòng vật chất đơn vị chung lượng (joules) Tổng lượng hệ thống re 48 or 47 PHƯƠNG PHÁP Trên sở phân tích dịng vật chất - lượng đầu vào đầu nông trại, cấu phần sản xuất thành phần cụ thể tham gia vào hệ thống sản xuất nông trại lựa chọn hiệu suất lượng hệ thống phân tích 14 Do chất lượng tài nguyên thấp chuyển đổi quy trình sản xuất sau đó, phân tích lượng exergy xem xét chất lượng số lượng tài nguyên thang đo lượng Tỷ lệ sản lượng (sản phẩm) đầu vào nói lên hiệu suất lượng quy trình 15 Các tính tốn hiệu suất lượng kinh tế cho hệ thống nơng trại nhằm cân đối dịng dịng vào cho giải tốn lượng mát hệ thống, đặc biệt xem xét khả tận dụng tất nguồn lượng thải bỏ từ hệ thống để quay vịng lại quy trình góp phần giảm thất tái bổ sung lượng (Hình 1) Quyết định lựa chọn mơ hình nơng trại phụ thuộc vào kết so sánh hiệu suất lượng tồn vịng đời quy trình 16 : ∫t (E tiêu thụ - E tích lũy)dt → (1.1) Trong đó, E tích lũy đại diện cho lượng tiết kiệm tồn vịng đời E tiêu thụ đại diện cho tổng giá trị lượng thâm hụt kéo dài thời gian suốt trình vận hành hệ thống Quá trình đạt tối ưu chênh lệch giá trị lượng E tích lũy E tiêu thụ đạt giá trị nhỏ Mục tiêu báo chủ yếu tập trung vào tối ưu hóa hiệu suất lượng tích hợp dịng vật chất lượng hệ thống nơng nghiệp 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 pr oo f Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 155 156 157 158 159 nc 160 ct 154 Các phương án lựa chọn hệ thống tối ưu thiết kế cách loại bỏ thêm thành phần tương tác với hệ thống, từ lựa chọn phương án đem lại hiệu suất lượng cao với chi phí hợp lý (Hình 2) Do đó, phương án tối ưu mơ hình nhằm khép kín dịng ngun vật liệu, chất thải lượng chỗ vùng phèn vừa giúp cải thiện môi trường nông trại vừa hợp lý kinh tế hiệu lượng Để lựa chọn mơ hình tích hợp cần dựa tiêu chí phù hợp Nơng trại lựa chọn để xây dựng mơ hình tích hợp đáp ứng u cầu về: vị trí thuộc nơng thơn vùng phèn Long An; hệ sinh thái tự nhiên đặc trưng sử dụng để xử lý chất thải; hoạt động sinh kế đa dạng đặc trưng cho vùng nông thôn gồm trồng trọt, chăn nuôi nuôi cá; khả áp dụng vào thực tế cao sau đề xuất phương án phù hợp Đối với giới hạn điều kiện tự nhiên vùng phèn, việc tận dụng điều kiện sẵn có góp phần tạo đa dạng sinh kế nhằm cải thiện kinh tế người dân, tiêu chí ưu tiên phân tích đánh giá theo thứ tự sau: Tiêu chí 1: Chất thải rắn thu gom, phân loại xử lý theo hướng tái chế, tái sử dụng; Tiêu chí 2: Sử dụng hệ sinh vật đặc trưng chỗ để xử lý chất thải; Tiêu chí 3: Hiệu kinh tế mơ hình; Tiêu chí 4: Ngăn ngừa xử lý nhiễm nước thải; Tiêu chí 5: Sử dụng lượng sạch, lượng tái tạo 17 re 153 or 152 io n Hình 1: Sơ đồ cách tiếp cận tổng quát báo 161 162 U 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 KẾT QUẢ 180 Nghiên cứu tính tốn cho nơng trại điển hình vùng nơng thôn nhiễm phèn Long An Nông trại gia đình chủ hộ Võ Văn Thăm ấp xã Thạnh An, huyện Thạnh Hóa, tỉnh Long An Hiện trại hoạt động chăn nuôi heo nuôi cá kết hợp với trồng ăn trái Chủ hộ nuôi heo thịt với quy mô công nghiệp 4.500 diện tích chuồng 1.800 m2 Ao cá với quy mơ tổng cộng 50.000 m2 vườn mít có diện tích 250.000 m2 Trại sử dụng máy phát điện cơng suất lít/giờ, nước sử dụng cho sinh hoạt chăn nuôi lấy từ giếng khoan khoảng 180 m3 /ngày, nước ao trước thả cá khử vơi bột (CaCO3 ) để trung hịa axit cho pH khoảng 6,5 - Nguyên liệu cung cấp cho chăn nuôi gồm thức ăn thuốc cung cấp cho chuồng heo mua từ bên Lượng điện tiêu thụ hàng tháng 12.000 kWh/tháng, sử dụng cho việc tắm rửa heo, máy quạt thơng thống chuồng, bơm nước, sinh hoạt … Tổng tiền điện sử dụng cho nông trại 30 triệu/tháng Kết phân tích dịng vật chất - lượng tất hoạt động sản xuất nông nghiệp nơng trại tính tốn thể Bảng Hình Thời gian tồn vịng đời cho cấu phần sản xuất nông trại gồm chuồng heo, ao cá vườn mít 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 n pr oo f Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx ct io Hình 2: Cách tiếp cận lựa chọn hệ thống nông nghiệp tối ưu cho nơng trại điển hình 221 THẢO LUẬN 208 209 210 nc 211 or 207 re 220 xem xét theo thực tế cho lứa heo, cá mít, cụ thể tương ứng với tháng, tháng năm Kết phân tích kinh tế dựa dịng ngun nhiên vật liệu đầu vào cho hệ thống sản xuất nông trại (Bảng 2) cho thấy khả thu lời cao từ hoạt động chăn ni trồng mít Riêng nuôi cá, khả thu lời thấp có khả lỗ vốn so với hoạt động chăn ni heo mít khối lượng thức ăn phải cung cấp lớn giá thức ăn cho cá cao bên cạnh giá đầu nhiều loại cá nuôi nước gần khơng ổn định 24 Phân tích lượng so sánh hiệu lượng sản lượng so với đầu vào cho thấy hiệu suất hoạt động nuôi heo đạt hiệu (50%) hiệu suất ni cá trồng mít chưa đạt tới 10% 206 212 213 U 214 215 216 217 218 219 222 223 224 225 226 227 228 229 Từ điều kiện hữu sẵn có chủ hộ, mơ hình kết hợp cơng nơng nghiệp không phát thải (AIZES) bao gồm bổ sung thành phần tiềm cho nông trại tối ưu đề xuất (Hình 4) 25 Các thành phần mơ hệ thống xử lý nước thải, vai trò hệ sinh thái tự nhiên hay nguồn tài nguyên sẵn có khu vực, đất trồng người hoạt động họ thêm vào hệ thống đóng vai trị quan quan trọng việc hướng đến tuần hoàn xử lý triệt để thành phần gây ô nhiễm môi trường tạo thêm nguồn thu nhập cho người nơng dân từ mơ hình Một số phương án tiềm sở bổ sung quay vòng dòng thải nhằm xem xét phù hợp tiêu chí nói thể Bảng Do chất thải cần phải xử lý trước cho quay vòng lại hệ thống sản xuất, chất thải trực tiếp từ ao chuồng phải qua trình xử lý, chẳng hạn phân heo phải qua bể chứa biogas nước ao hay bùn ao thủy sinh chứa thực vật địa phương lục bình, rau muống Một nghiên cứu xử lý chất dinh dưỡng nước thải lục bình ngổ trâu cho thấy với thời gian lưu tuần, lục bình ngổ trâu có khả xử lý NH4 + với hiệu suất lên tới 88%, PO4 3− tới 99% 26 Xử lý bể lục bình – bể tảo – bể lục bình với thới gian lưu tổng cộng 29 ngày hiệu suất xử lý BOD tới 96,9%, P 89,2%, COD 79% 27 Ao thủy sinh xem trạm xử lý chất thải Nước thải từ bể chứa biogas ao cá cho vào ao chứa lục bình Dưới tác dụng kết hợp chất hữu nước thải khả xử lý chất thải lục bình góp phần cải thiện chất lượng nước ao Nước sau qua ao thủy sinh sử dụng để tưới Với 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 pr oo f Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx ct io n Hình 3: Dịng vật chất - lượng chuyển đổi hệ thống sản xuất nông trại Cấu phần Thành phần or STT re Bảng 1: Vật chất lượng cấu phần sản xuất nông trại Vườn Cây Số lượng Đơn vị Hệ số lượng (J/đơn vị) Tổng lượng 21,88 kg 1,44E+07 15 3,15E+08 7,78E+11 Điện 216.000 kWh 3,60E+06 15,18 Máy phát điện 1.095 L 4,78E+07 15,18 5,23E+10 Vôi 7.500 kg 3,11E+06 19 2,33E+10 Phân bón 4.160 kg N: 3,28E+01, P: 7,52E+01, K: 4,56E+01 15,18 3,84E+11 Thuốc trừ sâu 9.000 mL 4,20E+05 12 3,78E+09 kg 7,98E+06 20 3,99E+10 6,41E+13 U nc Ao Cá 5.000 Thức ăn 5.100.000 kg 1,26E+07 21 Vôi 750 kg 3,11E+06 19 2,33E+09 Heo 45.000 kg 2,09E+06 22 9,41E+10 Thức ăn 504.900 kg 1,43E+07 23 7,22E+12 m3 2,00E+04 12 4,38E+08 kWh 3,60E+06 15 8,64E+10 10 11 12 13 Chuồng Nước ngầm Điện 21.900 24.000 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Bảng 2: Phân tích kinh tế từ hệ thống sản xuất nông trại Stt Nội dung Chuồng trại 60.000 Con giống 5.400.000 Thức ăn 13.068.000 Thuốc thú y 810.000 Nhân công 240.000 Điện nước 120.000 Thu từ bán heo Cá 250.000 Thức ăn 15.000.000 10 Vơi 75.000 11 Thu từ bán cá 12 Cây mít giống 13 Phân bón 14 Thuốc trừ sâu 15 Vơi 16 Thu từ bán mít Chi phí (x1,000VNĐ/lứa) n pr oo 17.150.000 f 22.050.000 15.750 124.818,75 75.000 7.500 1.050.000 Nuôi heo 2.352.000 Ni cá 1.825.000 Trồng mít 826.931,25 U nc or re ct io Lợi nhuận Thu nhập (x1,000 VNĐ/lứa) Hình 4: Các dịng trao đổi vật chất – lượng tiềm nơng trại tích hợp Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 255 256 257 U nc or re ct io n pr oo f 258 độ pH thấp đất chứa phèn, nguồn tài nguyên hệ thống cần sử dụng tối đa để cải thiện chất lượng đất nước, đồng thời giảm chi phí cho nơng trại Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Bảng 3: Các phương án khép kín dịng vật chất - lượng tiềm Các phương án tiềm Giải thích Vườn {8} - {9} Rác vườn làm phân compost bón Ao {11} - {12} Nước ao đưa vào bể thủy sinh để tưới Chuồng {1} - {5} Phân heo xử lý biogas, bùn bón {1} - {6} Phân heo xử lý biogas, thu khí gas {1} - {3} + {2} - {4} Phân heo nửa xử lý biogas, nửa làm compost bón {1} - {3}{6} + {2} - {4} Phân heo nửa xử lý biogas, thu khí gas, bùn kết hợp với phân làm compost bón {2} - {4} Phân làm compost bón {1} - {6}, {7}+ {11} {12} {1} - {5}, {6}, {7} + {11} - {12} 10 {1} - {5}, {7} + {11} {12} Phân heo xử lý biogas, thu khí gas, bùn để bón cây, nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới 11 {1} - {7} + {11} - {12} Phân heo xử lý biogas, bùn để bón cây, nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới {1}- {3} + {2}, {10} - {4} Phân heo nửa xử lý biogas, bùn ao bùn biogas kết hợp với phân làm compost bón Vườn + ao + chuồng oo pr Phân heo xử lý biogas, thu khí gas, bùn để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới 13 {1} - {3} + {2}, {10} {4} + {11} - {12} Phân heo nửa xử lý biogas, bùn ao bùn biogas kết hợp với phân làm compost bón cây, nước ao tưới 14 {1} - {6},{3} + {2}, {10} - {4} Phân heo nửa xử lý biogas, thu khí gas, bùn ao bùn biogas kết hợp với phân làm compost bón 15 {1} - {6}, {7} + {2}, {10} - {4} + {11} - {12} Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân bùn ao làm compost bùn biogas để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới 16 {1} - {6}, {7} + {2} {3}, {10} - {4} + {11} - {12} Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân, bùn ao bùn biogas làm compost để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới 17 {1} - {6} - {3} + {2}, {8} - {9} Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân, rác vườn bùn biogas làm compost để bón 18 {1} - {3} + {2}, {8} - {9} Một nửa phân heo xử lý biogas, nửa phân, rác vườn bùn biogas làm compost để bón 19 {2}, {8} - {9} Phân rác vườn làm compost để bón 20 {1} - {6}, {7} + {2} {3}, {10}, {8} - {9} + {11} {12} Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân, rác vườn, bùn ao bùn biogas làm compost để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới or nc U Vườn + chuồng Phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới n io re 12 ct Ao + chuồng f Cấu phần 10 11 12 13 14 15 16 {1} - {6} {1} - {5} {1} - {3} + {2} - {4} {1} - {3}{6} + {2} - {4} {2} - {4} {1} - {6}, {7}+ {11} {12} {1} - {5}, {6}, {7} + {11} - {12} {1} - {5}, {7} + {11} {12} {1} - {7} + {11} - {12} {1}- {3} + {2}, {10} - {4} {1} - {3} + {2}, {10} - {4} + {11} - {12} {1} - {6},{3} + {2}, {10} {4} {1} - {6}, {7} + {2}, {10} - {4} + {11} - {12} {1} - {6}, {7} + {2} {3}, {10} - {4} + {11} - {12} 5,85E+12 2,12E+11 7,11E+11 6,78E+12 1,33E+12 5,85E+12 2,02E+12 6,07E+12 1,23E+11 7,05E+10 f pr oo 1,95E+12 7,05E+10 2,37E+11 2,26E+12 4,43E+11 1,95E+12 năm 4,98E+12 4,87E+12 3,93E+11 Bể gạch or re ct io n E tiêu thụ (J) năm 1,66E+12 1,62E+12 1,31E+11 Bể gạch Túi nhựa PE 9,74E+10 1,33E+11 2,05E+12 2,08E+12 2,11E+12 2,15E+12 1,61E+11 1,97E+11 1,35E+11 9,74E+10 1,33E+11 năm 5,91E+07 2964000 1,33E+12 nc {8} - {9} {11} - {12} 19 {2}, {8} - {9} Phương án có biogas E tích lũy (J) năm 1,97E+07 9,88E+05 4,43E+11 2,92E+11 6,15E+12 6,34E+12 4,84E+11 4,04E+11 2,92E+11 4,00E+11 E toàn vòng đời (J) năm 1,66E+12 1,62E+12 -3,10E+11 Bể gạch Túi nhựa PE -1,90E+12 -1,80E+12 1,98E+12 5,93E+12 1,88E+12 1,91E+12 -2,10E+12 -2,10E+12 -3,10E+11 -1,90E+12 -1,80E+12 Túi nhựa PE 4,00E+11 6,25E+12 6,45E+12 5,92E+11 năm 4,98E+12 4,87E+12 -9,40E+11 Bể gạch Túi nhựa PE -5,60E+12 5,93E+12 5,63E+12 -6,30E+12 -9,30E+11 -5,60E+12 -5,50E+12 6,04E+12 5,74E+12 -6,20E+12 -5,50E+12 9,50E+10 3,69E+11 2,85E+11 -1,90E+12 -1,90E+12 -5,70E+12 -5,80E+12 2,12E+11 2,07E+12 2,04E+12 6,22E+12 6,12E+12 2,00E+12 1,97E+12 6,01E+12 5,91E+12 6036038 8,01E+11 8,01E+11 2,14E+12 2,02E+12 2,02E+12 2,14E+12 2,05E+12 2,05E+12 6,43E+12 6,05E+12 6,05E+12 6,43E+12 6,16E+12 6,16E+12 2,14E+12 1,75E+12 1,75E+12 2,14E+12 1,79E+12 1,79E+12 6,43E+12 5,25E+12 5,25E+12 6,43E+12 5,36E+12 5,36E+12 1,24E+12 3,73E+12 6,53E+10 1,01E+11 1,96E+11 3,04E+11 -1,20E+12 -1,10E+12 -3,50E+12 -3,40E+12 1,03E+12 3,08E+12 1,36E+11 1,72E+11 4,07E+11 5,16E+11 -8,90E+11 -8,50E+11 -2,70E+12 -2,60E+12 1,82E+12 5,45E+12 6,53E+10 1,01E+11 1,96E+11 3,04E+11 -1,80E+12 -1,70E+12 -5,30E+12 -5,10E+12 2012013 2,67E+11 2,67E+11 U Phương án khơng có biogas Continued on next page Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Bảng 4: Hiệu suất lượng phương án f pr oo 3,05E+12 1,58E+11 1,94E+11 4,74E+11 5,82E+11 -8,60E+11 -8,20E+11 -3,20E+12 -3,10E+12 1,51E+10 1,82E+12 4,54E+10 5,45E+12 2,11E+12 6,18E+10 2,15E+12 9,79E+10 6,33E+12 1,86E+11 6,44E+12 2,94E+11 2,09E+12 -1,80E+12 2,13E+12 -1,70E+12 6,28E+12 -5,30E+12 6,39E+12 -5,20E+12 U nc or re ct io n 1,02E+12 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 10 Table continued 17 {1} - {6} - {3} + {2}, {8} - {9} 18 {1} - {3} + {2}, {8} - {9} 20 {1} - {6}, {7} + {2} {3}, {10}, {8} - {9} + {11} {12} Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 nc 292 293 294 U 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 KẾT LUẬN 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 f 266 Bài báo trình bày khía cạnh cần thiết để xem xét tiềm trao đổi dòng vật chất lượng nông trại nhằm tối ưu hiệu lượng lẫn kinh tế Bài báo thảo luận số khía cạnh quan trọng cho mơ hình tích hợp hướng đến khơng chất thải dựa phân tích lượng, kinh tế nhằm lựa chọn phương án tối ưu Phân tích kinh tế hoạt động bao gồm sản xuất nông nghiệp phải xem xét đầy đủ tác động dài hạn Quan điểm dài hạn cần thiết cho hoạt động nông nghiệp với hiệu cao sử dụng vật liệu lượng tác động đến sinh thái xác định rõ mức độ chấp nhận Để đạt mục tiêu này, nghiên cứu thiết kế cấu phần sản xuất nông nghiệp hệ thống tích hợp để điều tiết dịng lượng Sự phân tích dịng lượng ảnh hưởng đến chiến lược kinh tế cho việc lập kế hoạch sản xuất nơng nghiệp oo 265 sinh kế nên việc tính tốn lựa chọn phương án tích hợp sinh kế hộ dân giúp cho việc đánh giá, so sánh hiệu mơ hình thuận lợi dễ triển khai nhân rộng sau Nhìn chung, giải pháp tận dụng chuyển hóa loại chất thải phương án tốt góp phần cho hệ thống chăn ni hướng tới không phát thải tạo sinh kế bền vững hộ nông dân 28 Các loại chất thải xung quanh tái sử dụng chuyển hóa thành sản phẩm có giá trị như: lượng cho sinh hoạt, phân bón hữu cho trồng Nước thải từ bể biogas xử lý hệ sinh thái tự nhiên khu vực Dòng chất thải từ gia súc làm chất dinh dưỡng để nuôi pr 264 n 263 io 262 ct 261 Từ kết Bảng 4, cân đối lượng tích lũy lượng tiêu thụ từ phương án phương án 6, phương án 9, phương án 16 phương án 20 mang tính khả thi cao, hiệu tối ưu thuộc phương án Tính khả thi thấp gồm phương án 5, phương án 11 phương án 18 Ngồi ra, phương án theo vịng đời năm có hiệu suất lượng tốt so với phương án năm Bảng cho thấy hiệu suất lượng tốt hệ thống tích hợp sử dụng khí bùn bể biogas làm phân compost Thời gian chung cho mơ hình tiềm năm (theo vòng đời ăn trái), vòng đời cấu phần tham gia dao động từ tháng (ni heo) đến tháng (ni cá) Do vịng đời heo cá chênh lệch vài tháng nên tác giả lựa chọn phân tích lượng cho cấu phần năm Hiệu suất lượng phương án năm thấp so với vòng đời năm Trường hợp mơ hình trồng loại khác với vịng đời ngắn mít, ví dụ chuối thay cho mít chuối sống tốt khu vực nhiễm phèn, vòng đời chuối khoảng năm sản lượng tính theo khối lượng lượng đầu tương đương với mít Bài báo cân nhắc khía cạnh kinh tế thành phần bổ sung cho mơ hình tối ưu Vì bể chứa biogas thiết kế nhiều loại vật liệu khác nhau, chủ yếu gạch nhựa PE chi phí cho bể gạch cao gấp hai lần túi nhựa PE nên vấn đề lựa chọn mô hình lắp đặt hạng mục phù hợp tùy thuộc vào khả hộ nông dân Bên cạnh đó, việc lựa chọn bể chứa biogas thiết kế gạch nhựa cần cân nhắc thêm độ bền bể túi nhựa Mặc dù bể chứa biogas thiết kế gạch có giá thành đầu tư ban đầu mắc gấp đôi bể chứa biogas thiết kế nhựa, độ bền bể cao Đặc biệt nguồn đất đai vốn có hộ đóng góp vào hiệu suất lượng mơ hình bể chứa biogas, nơi chứa chất thải làm phân compost ao thủy sinh cần diện tích phù hợp với quy mô sản xuất hộ nông dân Ngồi ra, yếu tố bền vững nơng nghiệp vấn đề kinh tế mà hệ số chuyển đổi Str đề cập đến tính bền vững hệ thống So với hệ số Str hệ thống 7, 14 phương án tốt (gồm 6, 9, 16, 20) có hệ số Str thấp (Bảng 6) Do nhu cầu canh tác đất phèn tất yếu hộ nằm vùng sinh thái vùng phèn có điều kiện tự nhiên tương tự hệ thực vật, chất lượng nguồn nước, chất lượng đất vi khí hậu nên tiềm kết hợp tất thành phần sẵn có khu vực để phát triển sinh kế cao Nhờ vào tương đồng tự nhiên hoạt động re 260 or 259 LỜI CẢM ƠN 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 Tập thể tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Đại Học Quốc Gia TP.HCM, Viện Môi Trường Tài Nguyên tài trợ tạo điều kiện thuận lợi để chúng tơi hồn thành nghiên cứu khuôn khổ đề tài KC08/2017/TT-BKHCN Xin cảm ơn hộ dân Võ Văn Thăm hỗ trợ cung cấp số liệu, tạo điều kiện khảo sát thực tế nông trại khu vực xung quanh nông trại XUNG ĐỘT LỢI ÍCH 346 347 348 349 350 351 352 353 354 Nhóm tác giả cam đoan khơng có xung đột lợi ích cơng bố báo “Xây dựng mơ hình khép kín đáp ứng nơng nghiệp bền vững cho hộ nông dân khu vực bị nhiễm phèn” 11 355 356 357 358 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Bảng 5: Xu hướng lựa chọn phương án lượng Phương án Theo vòng đời lớn hệ thống (3 năm) a b Phân heo nửa xử lý biogas, nửa làm compost bón 5,63E+12 5,74E+12 Phân heo nửa xử lý biogas, thu khí gas, bùn kết hợp với phân làm compost bón -6,3E+12 -6,2E+12 Phân heo xử lý biogas, thu khí gas, bùn để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới -5,70E+12 -5,78E+12 11 Phân heo xử lý biogas, bùn để bón cây, nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới 6,43E+12 6,43E+12 16 Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân, bùn ao bùn biogas làm compost để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới -5,26E+12 -5,15E+12 18 Một nửa phân heo xử lý biogas, nửa phân, rác vườn bùn biogas làm compost để bón 6,28E+12 6,39E+12 20 Một nửa phân heo xử lý biogas, thu khí gas, nửa phân, rác vườn, bùn ao bùn biogas làm compost để bón cây, nước từ biogas nước ao xử lý bể thủy sinh để tưới -5,27E+12 -5,16E+12 n Ghi chú: a: Phương án có bể chứa biogas bể gạch b: Phương án có bể chứa biogas túi nhựa pr oo f io Bảng 6: Tính bền vững hệ thống năm Bể gạch Túi nhựa PE 5,88 5,9 6,02 6,0 16 6,13 6,15 20 6,12 6,15 nc or re Phương án ct Hệ số Str hệ thống với phương án tiềm ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ U 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 Tác giả Nguyễn Thị Thu Thảo, Lê Quốc Vĩ, Trà Văn Tung, Trần Trung Kiên, Nguyễn Thị Phương Thảo đóng góp vào nội dung xây dựng kết nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Dang LV, Quyen NK, Vệ NB, Toàn LP, Hữu TN, Hưng NN Ảnh hưởng bón phân N, P, K lên sinh trưởng suất khoai mì trồng đất phèn Đồng sông Cửu Long Can Tho University Journal of Science 2016;4:29–37 Available from: https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2016.100 Hùng TV, Tồn LP, Dũng TV, Hưng NN Hình thái tính chất lý, hóa học đất phèn vùng Đồng Tháp Mười Can Tho University, Journal of Science 2017;Available from: https://doi.org/ 10.22144/ctu.jsi.2017.047 Thakuria D, Hazarika S, Krishnappa R Soil Acidity and Management Options Indian Journal of Fertilisers 2016;12(12):40–56 Tấn ÂQ, Sơn NN, Cần ND, Sánh NV, Thành DN, Nhân ĐK Tính khả thi kỹ thuật kinh tế hệ thống nông - lâm - ngư 12 10 kết hợp vùng đệm vườn quốc gia U Minh Thượng - Kiên Giang Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2010;14:56– 65 Bình NTS, Hằng NTT Hiệu kinh tế xã hội mơ hÌnh canh tác triển vọng vùng đất phèn Xã Vĩnh Thắng, Huyện Gõ Quao, Tỉnh Kiên Giang Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2013;26:149–154 Mackinnon JC Design and management of farms as agricultural ecosystems Agro-Ecosystems 1976;2:277–291 Available from: https://doi.org/10.1016/0304-3746(76)90143-8 Mạng lưới nông nghiệp bền vững Tiêu chuẩn nông nghiệp bền vững - Dành cho nhóm nơng trại sản xuất trồng gia súc 2017;Available from: www.san.ag Bộ Khoa học Công nghệ - Cục Thông tin khoa học Công nghệ quốc gia Tổng luận số 7/2019 - Chính sách phát triển nơng nghiệp bền vững số quốc gia số khuyến nghị cho Việt Nam bối cảnh 2019; Huysveld S Exergy-based natural resource accounting in sustainability assessment of agricultural production systems PhD Thesis Ghent University, Belgium 2016; Taheri K, Gadow R, Killinger A Exergy Analysis as a Developed Concept of Energy Efficiency Optimized Processes: The Case 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx 12 406 407 408 409 410 13 411 412 413 414 415 14 416 417 418 419 420 15 421 422 423 424 16 425 426 427 428 17 429 430 431 18 432 433 19 434 435 436 437 20 438 439 440 442 443 444 22 nc 445 21 or 441 f 405 oo 404 pr 403 n 11 28 Thanh HL, Tran QB, Tra VT, Nguyen TPT, Le TN, Schnitzer H, et al Integrated farming system producing zero emissions and sustainable livelihood for small-scale cattle farms: Case study in the Mekong Delta, Vietnam Environ Pollut 2020;265(B):114853 PMID: 32480006 Available from: https: //doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114853 io 402 of Thermal Spray Processes Procedia CIRP 2014;17:511–516 Available from: https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.01.060 Terzi R Application of Exergy Analysis to Energy Systems Application of Exergy 2018;Available from: https://doi.org/10 5772/intechopen.74433 Hoang VN, Alauddin M Analysis of agricultural sustainability: A review of exergy methodologies and their application in OECD countries International Journal of Energy Research 2011;35(6):459–476 Available from: https://doi.org/10.1002/ er.1713 Liu Z, Wang D-Y, Li G, Ning T-Y, Tian S-Z, Hu H-Y, et al Cosmic exergy-based ecological assessment for farmland-dairybiogas agroecosystems in North China Journal of Cleaner Production 2017;159:317–325 Available from: https://doi org/10.1016/j.jclepro.2017.05.056 Kriechbaum L, Scheiber G, Kienberger T Grid-based multienergy systems-modelling, assessment, open source modelling frameworks and challenges Energy, Sustainability and Society 2018;8(1) Available from: https://doi.org/10.1186/ s13705-018-0176-x Guo B, Yang X, Jin X, Zhou Y Eco-exergy-based ecological flow accounting of cropland ecosystem and utilisation efficiencies in China International Journal of Exergy 2015;17(1) Available from: https://doi.org/10.1504/IJEX.2015.069319 Sciubba E Extended exergy accounting applied to energy recovery from waste: The concept of total recycling Energy 2003;28(13):1315–1334 Available from: https://doi.org/10 1016/S0360-5442(03)00111-7 Hải LT Kỹ thuật hệ thống không phát thải sản xuất công nông nghiệp Việt Nam Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2006; Hiền PH Năng lượng nông nghiệp Nhà xuất nông nghiệp 2015; Taner TSM A lime production of the fluidized bed boiler’s energy and exergy analyse Journal of Thermal Engineering 2017;3:1271–1274 Available from: https://doi.org/10.18186/ journal-of-thermal-engineering.323393 Bud ILD, Reka ST, Negrea O Study concerning chemical composition of fish meat depending on the considered fish species Lucrări ştiinŃifice Zootehnie şi Biotehnologii 2008;41(2) Howard TO Emergy accounting Bartelmus P (eds) Unveiling Wealth Springer, Dordrecht 2002;Available from: https://doi org/10.1007/0-306-48221-5_13 Ramirez C, Patel M, Blok K How much energy to process one pound of meat? A comparison of energy use and specific energy consumption in the meat industry of four European countries Energy 2006;31(12):2047–2063 Available from: https://doi.org/10.1016/j.energy.2005.08.007 Dung NNX, Mãnh LH, Thảo HTP Ảnh hưởng mức độ protein lượng lên suất tiêu tốn thức ăn heo theo mẹ đến cai sữa Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ 2004;1:8–17 Ban đạo Bộ cơng thương Chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn Bản tin thị trường sản phẩm nông nghiệp số 15 2020; Le TH, Tran VT, Le QV, Nguyen TPT, Schnitzer H, Braunegg G An integrated ecosystem incorporating renewable energy leading to pollution reduction for sustainable development of craft villages in rural area: a case study at sedge mats village in Mekong Delta, Vietnam Energy, Sustainability and Society 2016;6(1) Available from: https://doi.org/10.1186/s13705016-0088-6 Hoàng VT, Khánh Duy TP, Khánh Minh TP, Trung LH, Trung NM, Mỹ Trâm PT Khảo sát hiệu xử lý nước thải sinh hoạt lục bình ngổ trâu Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một 2014;(14):25– 30 Tripathi BD, Shukla SC Biological treatment of wastewater by selected aquatic plants Environmental Pollution 1991;69(1):69–78 Available from: https://doi.org/10.1016/ 0269-7491(91)90164-R ct 401 re 400 446 447 448 23 U 449 450 451 452 453 24 454 455 456 25 457 458 459 460 461 462 463 26 464 465 466 467 468 469 470 27 13 471 472 473 474 475 476 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Science of The Earth & Environment, 4(2):xxx-xxx Research Article Open Access Full Text Article Design of integrated farming system for sustainable livelihoods within an acidic soil in Long An province Nguyen Thi Thu Thao1,* , Le Quoc Vi2 , Tra Van Tung2 , Tran Trung Kien2 , Nguyen Thi Phuong Thao2 TÓM TẮT ct io n pr oo f Use your smartphone to scan this QR code and download this article Long An province, located in the Mekong Delta, has a large area of acid sulfate soils, of which tremendously high acidic soil of Thanh Hoa ward Due to the toxic factors in the high acid sulfate soil, the area suffers the harsh natural conditions that leading to livelihoods limitation in terms of freshwater supply, drainage, agricultural cultivation, and environmental sanitation as well The study approach is to build an integrated farming system based on the close loop of material and energy flows for a typical small-scale farm in acidic areas in Long An province for sustainable agriculture Therefore, the potential systems meet the objectives of recycling waste by the energy efficiency analysis based on energy conversion and by the economic analysis The results show that pig production and cultivated orchard obtain high profits Energy efficiency from raising pigs accounts for a high proportion (50%) whereas the ratio of fish production and orchard has not reached 10% Energy efficiency analysis implies the potential options with optimal efficiencies tend to biogas treatment and composting In addition, the three-year lifetime system is more efficient than the one-year system However, the household financial capacity plays the most important role in selecting for the suitable farming system as well as installation of treatment systems Từ khoá: integrated farming system, sustainable agriculture, sustainable livelihood, exergy efficiency, acid soil re Ho Chi Minh City University of Technology and Education nc Liên hệ or Institute for Environment and Resources, VNU-HCM Email: thaontt@hcmute.edu.vn Lịch sử U Nguyen Thi Thu Thao, Ho Chi Minh City University of Technology and Education • Ngày nhận: 16-7-2020 • Ngày chấp nhận: 25-11-2020 • Ngày đăng: xx-11-2020 DOI : Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Trích dẫn báo này: Thao N T T, Vi L Q, Tung T V, Kien T T, Thao N T P Design of integrated farming system for sustainable livelihoods within an acidic soil in Long An province Sci Tech Dev J - Sci Earth Environ.; 4(2):xxx-xxx ... vùng phèn vừa giúp cải thiện môi trường nông trại vừa hợp lý kinh tế hiệu lượng Để lựa chọn mơ hình tích hợp cần dựa tiêu chí phù hợp Nông trại lựa chọn để xây dựng mô hình tích hợp đáp ứng u... nơng thơn nhiễm phèn Long An Nơng trại gia đình chủ hộ Võ Văn Thăm ấp xã Thạnh An, huyện Thạnh Hóa, tỉnh Long An Hiện trại hoạt động chăn nuôi heo nuôi cá kết hợp với trồng ăn trái Chủ hộ nuôi... không phát thải tạo sinh kế bền vững hộ nông dân 28 Các loại chất thải xung quanh tái sử dụng chuyển hóa thành sản phẩm có giá trị như: lượng cho sinh hoạt, phân bón hữu cho trồng Nước thải