Luận văn thạc sĩ Chất thải, Phế phụ phẩm nông nghiệp, Môi trường đất, Khoa học môi trường, Ô nhiễm môi trường

Việc sử dụng thuốc VTV, cũng như rơm rạ không được thu gom, đốt trên đồng đã gây nhiều tác động xấu như làm thoái hóa đất trồng, ô nhiễm môi trường,… Chính vì vậy, vấn đề quản lý chất th

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

-*** -

HOÀNG THỊ THANH HIẾU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐẾN TÍNH CHẤT ĐẤT LÚA

HUYỆN HOÀI ĐỨC, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN XUÂN CỰ

Hà Nội, 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực, cố gắng của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, gia đình, bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Xuân

Cự, người thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu luận văn Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô giáo trong khoa Môi trường đã tận tình truyền đạt kiến thức cho chúng tôi trong suốt hai năm học qua

Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc nhất đến các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường đất, Khoa môi trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và mở mang kiến thức chuyên ngành, cũng như các giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho việc triển khai thí nghiệm và phân tích số liệu cũng như thời gian làm việc để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Những lời cảm ơn sau cùng tôi xin dành cho gia đình, đồng nghiệp và bạn bè

đã hết lòng quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tham gia khóa học Cao học tại trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nôi

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kinh nghiệm thực tế và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè để luận văn được đầy đủ và hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

1.1.Chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN) 4

1.2 Phế phụ phẩm nông nghiệp (PPPNN) 7

1.3 Quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp trên Thế giới và ở Việt Nam 9

1.3.1 Nguồn phát sinh, thành phần, khối lượng PPPNN 9

1.3.2 Quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp trên Thế giới và ở Việt Nam 10

1.4 Các hình thức xử lý PPPNN và tác động đến môi trường 19

1.4.1 Các hình thức xử lý PPPNN ở Việt Nam 19

1.3.2 Các tác động môi trường của xử lý PPPNN 22

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng nghiên cứu 31

2.2 Phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 Phương pháp kế thừa 31

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa 31

2.2.3 Phương pháp thí nghiệm 32

2.2.4 Phương pháp xử lý thống kê toán học: 34

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội và tình hình sản xuất nông nghiệp ở huyện Hoài Đức – Hà Nội 35

3.1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Hoài Đức 35

3.1.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp 38

3.2 Thực trạng về tình hình quản lý chất thải rắn nông nghiệp 40

3.2.1 Hiện trạng phát sinh CTRNN ở huyện Hoài Đức 40

3.2.2 Tình hình sử dụng và xử lý CTRNN ở huyện Hoài Đức 44

3.3 Tác động của một số hình thức xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp đến môi trường đất trồng lúa ở huyện Hoài Đức 45

3.4 Ảnh hưởng của một số cách đốt rơm rạ trên đồng ruộng đến tính chất môi trường đất 48

3.4.1 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến nhiệt độ đất 48

3.4.2 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến khu hệ vi sinh vật đất 49

3.5 Ảnh hưởng của việc sử dụng rơm rạ đến tính chất môi trường đất 51

3.5.1 Một số tính chất hóa học đất thí nghiệm 51

3.5.2 Ảnh hưởng của lượng bón hữu cơ đến chất mùn trong đất 54

3.5.3 Ảnh hưởng của độ ẩm đến chất mùn trong đất 58

3.5.4 Hàm lượng mùn trong đất và tỷ lệ C/N 62

3.6 Đề xuất giải pháp quản lý tốt PPPNN đảm bảo môi trường sinh thái và phát triển nông nghiệp bền vững 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 Mô hình quản lý phế phẩm nông nghiệp ở các Quốc gia khác nhau 13 ảng 3 Khối lượng phế phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch năm 2010 14 Bảng 4 Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp và sản xuất hóa chất 15 Bảng 5: Hiệu lực của phụ phẩm nông nghiệp đối với cây trồng 27

Bảng 9 Tình hình sản xuất nông nghiệp năm 2010 ở Hoài Đức 39 Bảng 10 Thành phần và lượng thải bỏ (tính theo % năng suất) 41 Bảng 11 Khối lượng thải của một số cây trồng chính của huyện Hoài Đức 41 Bảng 12 Khối lượng chất thải trồng trọt (lúa) của Hoài Đức năm 2010 42 Bảng 13 Khối lượng CTR chăn nuôi (trâu, bò, lợn, gia cầm) của huyện 43 Bảng 14 Tác động của các hình thức xử lý rơm rạ đến môi trường đất lúa 46 Bảng 15.Các hình thức sử dụng và xử lý rơm rạ ở huyện Hoài Đức các

giai đoạn 1990 - 2010

47

Bảng 17 Ảnh hưởng của đốt rơm rạ đến khu hệ vi sinh vật đất (CFU/gđ) 50

Bảng 19 Hàm lượng nitơ, phot pho, kali tổng số trong đất và hàm lượng

các cation trao đổi và CEC trong đất

52

Bảng 20 Ảnh hưởng của lượng bón hữu cơ đến hàm lượng mùn trong đất 55 Bảng 21 Ảnh hưởng của lượng bón hữu cơ đến chất lượng mùn đất 57 Bảng 22 Ảnh hưởng của độ ẩm đến hàm lượng mùn trong đất 59 Bảng 23 Ảnh hưởng của độ ẩm đến chất lượng mùn trong đất 60 Bảng 24 Tỷ lệ C/N của các mẫu thí nghiệm theo thời gian 63

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Tỷ lệ phát sinh PPPNN tại các vùng nông thôn Việt Nam năm 2007 8

Hình 5 Các hình thức xử lý bao bì hóa chất bảo vệ thực vật tại huyện Hoài Đức 44 Hình 6 Các hình thức xử lý CTR chăn nuôi tại huyện Hoài Đức 45

Hình 8 Ảnh hưởng của lượng bón hữu cơ đến hàm lượng mùn trong đất 56

Hình 8 Ảnh hưởng của lượng bón hữu cơ đến hàm lượng mùn trong đất 60 Hình 11 Ảnh hưởng của độ ẩm đến chất lượng mùn trong đất 61

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CEC: Dung dịch hấp thu cation

CT: Công thức

CTR: Chất thải rắn

CTRNN: Chất thải rắn nông nghiệp

CN – XD – DV: Công nghiệp – xây dựng – dịch vụ

HClO4: axit pecloric

NaOH: kiềm natrihidroxit

KCl: muối kaliclorua

KT – XH: kinh tế - xã hội

NGTK: Niên giám thống kê

PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons): các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng SVOCs: bán các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

VOC: hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta là một nước nông nghiệp với trên 9 triệu ha đất nông nghiệp Năm

2010, giá trị sản lượng của nông nghiệp ước đạt trên 232,65 nghìn tỷ đồng (giá trị

so sánh với năm 1994), tăng 4,7 % so với năm trước, cao hơn năm 2009 (3%)

Trong các cây trồng nông nghiệp, lúa được coi là cây lương thực quan trọng và được sản xuất nhiều nhất với sản lượng hàng năm ước đạt 35 – 40 triệu tấn Thông thường, tỷ lệ sản phẩm thu hoạch từ cây lúa xấp xỉ 50%, do vậy lượng phế thải sẽ là rất lớn Đây là nguyên nhân làm cho chất thải rắn nông nghiệp hiện đang là một trong những vấn đề môi trường nông thôn bức xúc ở Việt Nam Theo báo cáo diễn biến Môi trường Việt Nam năm 2004 có khoảng 64,5 triệu tấn chất thải nông nghiệp bao gồm chất thải trồng trọt và chăn nuôi tại khu vực nông thôn Trước đây, các chất thải nông nghiệp như các loại thân, lá cây hay còn gọi là phế phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch thường được bà con nông dân tận dụng làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón cho cây trồng hoặc làm chất đốt Tuy nhiên, trong những năm gần đây, do đời sống kinh tế khá hơn nên những phế phụ phẩm này ít được sử dụng cho các mục đích dân sinh mà được vứt bỏ bừa bãi hoặc đốt ngay trên đồng ruộng Thực trạng này không những làm mất vệ sinh công cộng, cảnh quan môi trường mà còn gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và đặc biệt là gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người

Trong hơn 20 năm đổi mới, sản xuất lúa ở nước ta đã chuyển sang sản xuất lúa hàng hóa, có bước phát triển vượt bậc So với năm 1983 diện tích trồng lúa tăng

từ 5,9 triệu ha lên 7,3 triệu ha, sản lượng từ 14.500 triệu tấn tăng lên 35 triệu tấn và theo đó hàng năm có khoảng trên 30 triệu tấn rơm rạ Cùng với sự phát triển kinh tế

xã hội và mức độ cơ giới hóa cao, những nhu cầu sử dụng rơm rạ làm chất đốt, lợp nhà,…không còn nữa, đại bộ phận rơm không được thu gom sử dụng

Tại Đồng bằng sông Hồng hiện nay gần như chưa có thị trường rơm rạ Việc thu gom rơm chủ yếu ở quy mô nhỏ lẻ, hộ gia đình Một số hộ tự thu gom rơm rạ của mình, phơi khô rồi đánh đống Với tình trạng này tại Đồng bằng sông Hồng, chưa thể nghĩ đến việc xây dựng mô hình thu gom, chế biến rơm đồng bộ như các nước phát triển

Ngoài ra, ở nước ta hiện nay, cùng với sự phát triển của sản xuất lúa hàng hóa, nhằm nâng cao năng suất và sản lượng, nông dân đã chuyển sang dùng nhiều phân hóa học Hàng năm trên cả nước sử dụng hàng triệu tấn phân hóa học, chủ yếu

do thuốc bảo vệ thực vật tồn lưu và việc quản lý, sử dụng phân bón hóa học và các loại bao bì Mỗi năm, ở nước ta phát sinh khoảng 8.600 tấn các loại bao bì và thùng chứa thuốc trừ sâu và khoảng 37.000 tấn tồn lưu các loại hoá chất nông nghiệp bị thu giữ và những loại đã quá hạn sử dụng [2] Ở nước ta, thuốc VTV đã được sử dụng từ những năm 40 của thế kỷ trước để phòng trừ các loại dịch bệnh Diện tích đất canh tác sử dụng thuốc VTV cũng tăng theo thời gian từ 0,48% (năm 1960) đến nay là 100% Đến những năm gần đây, việc sử dụng thuốc VTV đã tăng lên đáng kể cả về khối lượng lẫn chủng loại, với hơn 1.000 loại hóa chất VTV đang được lưu hành trên thị trường Việc sử dụng thuốc VTV, cũng như rơm rạ không được thu gom, đốt trên đồng đã gây nhiều tác động xấu như làm thoái hóa đất trồng,

ô nhiễm môi trường,…

Chính vì vậy, vấn đề quản lý chất thải rắn nông nghiệp nói chung và quản lý các phế phụ phẩm nông nghiệp nói riêng đang là một trong những vấn đề cấp thiết ở khu vực nông thôn, nơi mà còn nhiều vướng mắc về kinh tế, về cơ chế chính sách,

về trình độ kỹ thuật, đội ngũ cán bộ chuyên môn còn thiếu và ý thức của người dân

về vấn đề vệ sinh môi trường còn thấp kém

Hoài Đức là huyện ven đô của Hà Nội, nhưng hiện vẫn còn khoảng 80% dân

số sống dựa vào nông nghiệp với diện tích đất tính tới thời điểm năm 2010 vào khoảng 6.175ha chiếm 75% tổng diện tích đất tự nhiên với tổng sản lượng lương thực thu được 22.981,5 tấn Như vậy, lượng rơm rạ thải ra trong sản xuất nông nghiệp là tương đối lớn Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có những hình thức quản lý hợp lý Việc xử lý rất tùy tiện, phụ thuộc vào thói quen, khả năng và quy mô của người dân sản xuất Trong đó một lượng không nhỏ đang được đốt trực tiếp trên đồng ruộng Những tác động của hình thức quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp đến đất hoàn toàn chưa được nghiên cứu

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp đến tính chất đất lúa huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội” có

mục đích cơ bản là đánh giá thực trạng quản lý và sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và đưa ra một số giải pháp nhằm quản lý có hiệu quả phế phụ phẩm nông nghiệp ở huyện Hoài Đức nói riêng và các khu vực nông thôn khác của cả nước nói chung nhằm góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống vùng nông thôn

2 Nội dung của đề tài bao gồm:

- Đánh giá hiện trạng quản lý chất thải rắn nông nghiệp khu vực huyện Hoài Đức, bao gồm tình hình thu gom, vận chuyển, tái chế, tái sử dụng, xử lý chất thải rắn nông nghiệp cũng như các điều kiện vệ sinh môi trường khu vực Nghiên cứu vai trò của các cấp trong công tác quản lý, vai trò và sự tham gia của người dân vào công tác quản lý và bảo vệ môi trường

- Xác định ảnh hưởng của việc đốt rơm rạ đến nhiệt độ và số lượng vi sinh vật Nghiên cứu mẫu phân tích được thực hiện đối với đất được lấy tại ruộng trồng lúa thuộc huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của việc vùi rơm rạ đến các tính chất đất, đặc biệt là biến động chất mùn đất trong điều kiện phòng thí nghiệm

- Đề xuất một số giải pháp nhằm góp phần quản lý hiệu quả phế phụ phẩm

nông nghiệp của huyện Hoài Đức nói riêng và các vùng nông thôn khác nói chung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.1.Chất thải rắn nông nghiệp (CTRNN)

1.1.1 Khái niệm chất thải rắn nông nghiệp

Theo cách hiểu thông thường, chất thải là những chất mà con người bỏ đi, không tiếp tục sử dụng nữa Khi bị thải bỏ, những chất này tồn tại trong môi trường dưới những trạng thái nhất định và có thể gây ra rất nhiều tác động bất lợi cho môi trường cũng như sức khoẻ con người Chất thải được sản sinh trong các hoạt động khác nhau của con người thì được gọi với những thuật ngữ khác nhau như: Chất thải rắn phát sinh trong sinh hoạt thì gọi là rác thải; Chất thải phát sinh sau khi sử dụng nguyên liệu trong quá trình sản xuất thì gọi là phế liệu; Chất thải phát sinh sau quá trình sử dụng nước thì gọi là nước thải, chất thải phát sinh sau quá trình sản xuất nông nghiệp được gọi là chất thải nông nghiệp…

Hay có thể hiểu chất thải rắn nông nghiệp là nguồn sinh khối hay những vật chất được thải bỏ sinh ra trong quá trình hoạt động sản xuất nông nghiệp Khối lượng của chất thải này nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tăng trưởng, phát triển kinh tế, đẩy mạnh sản xuất, gia tăng dân số, vùng địa lý, mùa vụ…

Chất thải nông nghiệp là vấn đề quan trọng trong cuộc sống nông thôn ngày nay vì vậy chúng ta cần phải nghiên cứu và tìm hiểu, có như vậy mới biết cách để quản lý, phân loại, và tận dụng, đồng thời cũng từ đó xác định rõ trách nhiệm của người nông dân khi không tuân thủ quy trình thu gom, xử lý theo quy định

Từ các phân tích trên, theo bảng thuật ngữ của Thống kê Môi trường, Liên hợp quốc, 1997 “Chất thải nông nghiệp là vật chất loại bỏ từ các hoạt động sản

xuất trong nông nghiệp Nó bao gồm chất thải sau thu hoạch trồng trọt (rơm, rạ, vỏ trấu…), phân và các chất thải trong quá trình chăn nuôi từ các trang trại, nhà ở, và các lò giết mổ hay phân bón, các bao bì thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình canh tác nông nghiệp hay chất thải trong nuôi trồng thủy hải sản”

Chất thải rắn nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào nguồn phát sinh và mang đặc tính của loại hình nông nghiệp Trong sản xuất nông nghiệp hiện nay trồng trọt là loại hình tạo ra nguồn thải rơm rạ là lớn nhất Rơm rạ là phần thân và lá, chiếm khoảng một nửa sản lượng của cây ngũ cốc, như lúa mạch, lúa mì và lúa gạo Ở nước ta, cây ngũ cốc chủ yếu là cây lúa và ngô Rơm rạ có hàm lượng tro cao (trên

22%) và lượng protein thấp Các thành phần hydrate cacbon chính của rơm rạ gồm lienoxenluloza (37,4%), hemicelluloses (44,9%), linhin (4,9%) và hàm lượng tro (9

- 14%) [9]

Đã có lúc rơm rạ được coi là một loại sản phẩm phụ hữu ích thu hoạch được, nhưng do nhu cầu về lương thực mà sản lượng lúa ngày càng gia tăng, cùng với đó

là nguồn rơm rạ không thể tận dụng hết, nên rơm rạ đã trở thành một nguồn phế thải

khó xử lý trong nông nghiệp (Bảo Châu, 2009)

1.1.2 Phân loại chất thải rắn nông nghiệp

Thực tế ở nông thôn Việt Nam, việc phân loại chất thải rắn nông nghiệp vốn được thực hiện rất tốt, vốn chủ yếu là rác thải hữu cơ Lượng rác thải hữu cơ này nguồn gốc chủ yếu từ thức ăn thừa, các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ được tận dụng làm

thức ăn cho gia súc và đun nấu, phân gia súc được tận dụng làm phân bón ruộng

Theo Võ Đình Long và cs (2008) phân loại chất thải rắn nông nghiệp bao gồm:

Chất hữu cơ dễ phân hủy: các phế phụ phẩm từ trồng trọt (như rơm rạ, thân rễ lá của các cây như ngô, đỗ, lạc, vừng); các chất thải từ chăn nuôi, giết mổ (phân gia súc

và thức ăn dư thừa của gia súc) Loại chất thải này chiếm tỷ lệ khá cao (60 - 65%)

Các chất thải khó phân hủy và độc hại: bao bì đóng gói, chai lọ đựng thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu; các bệnh phẩm của động vật nhiễm bệnh (gà rù, lợn

lở mồm long móng, gà cúm, trâu bò điên ) Hiện nay, ở nông thôn còn tồn đọng mỗi năm khoảng 8.600 tấn các loại thuốc trừ sâu, bao bì và thùng chứa thuốc trừ sâu và khoảng 37.000 tấn các loại hoá chất nông nghiệp bị cấm sử dụng hoặc đã quá hạn sử dụng

Theo khả năng phân hủy sinh học, chất thải rắn nông nghiệp còn được phân thành chất có khả năng và không có khả năng phân hủy sinh học Khả năng phân hủy sinh học của chất thải rắn nông nghiệp là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng tận dụng lại về năng lượng và nguyên liệu thông qua các quá trình phân hủy chúng

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

như: phân động vật trong chăn nuôi, cỏ dại, lá cây…, các chất có khả năng phân hủy sinh học kém như: rơm, rạ, thân cây

Chất thải không có khả năng phân hủy sinh học là các chất vô cơ như: kim loại, nhựa, thủy tinh

Ứng với mỗi loại hình sản xuất nông nghiệp thì phát sinh chất thải với đặc tính hóa học, vật lý cũng là khác nhau Trong một vùng sản xuất nông nghiệp, nếu

tỷ trọng trồng lúa chiếm đa số so với chăn nuôi thì rơm, rạ, trấu trong chất thải rắn nông nghiệp là chủ yếu Ngược lại, ở các vùng chuyên chăn nuôi động vật thì chất thải rắn nông nghiệp chủ yếu là phân chuồng Ở các vùng chuyên canh về trồng hoa thì chất thải rắn ở đây lại là các thân cây, cỏ,…chiếm lượng rất nhỏ so với rơm rạ từ trồng lúa ở những vùng chuyên canh lúa

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

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

Chất thải rắn nông nghiệp nguy hại là chất thải có chứa chất hoặc các hợp chất gây nguy hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất gây nguy hại gián tiếp với môi trường và sức khỏe con người Chúng là một trong các thành phần như: các bệnh phẩm của động vật nhiễm bệnh (gà rù, lợn lở mồm long móng, gà cúm, trâu

bò điên,…); đồ dùng thủy tinh (chai, lọ đựng hóa chất bảo vệ thực vật hoặc thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, bả chuột; chai lọ đựng thuốc thú y đã qua sử dụng, xylanh hỏng…); đồ nhựa (bình xịt hóa chất bảo vệ động,thực vật, găng tay bảo hộ…); kim loại (bơm kim tiêm, dao mổ, các vật sắc nhọn khác…); dược phẩm (thuốc thú y đã quá hạn sử dụng, thuốc còn sót trong vỏ đựng…) Nếu những chất thải này không được tiêu hủy sẽ gây nguy hại cho môi trường và sức khỏe con người

Trong thực tế, sự phân loại chất thải rắn nông nghiệp nguy hại và chất thải rắn nông nghiệp thông thường là tương đối phức tạp và khó khăn, đặc biệt đối với những nông trại mà việc phân loại và quản lý ngay tại nguồn không được chú trọng hoặc trong điều kiện có đại dịch bùng phát (như dịch cúm gà, dịch lợn lở mồm long móng…)

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

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

Chất thải rắn nông nghiệp hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong chất thải rắn nông nghiệp, bao gồm: các phế phụ phẩm trồng trọt (rơm, rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu, bã mía…), phân bón trong chăn nuôi và phụ phẩm quá trình giết mổ động vật Theo thống kê, 95% lượng chất thải rắn hữu cơ trong nông nghiệp có khả năng tận dụng làm phân bón hoặc thu hồi nhiệt lượng

Chất thải rắn nông nghiệp vô cơ bao gồm các túi đựng phân hóa học, túi đựng thuốc trừ sâu, bảo vệ thực vật, bình phun hóa chất bảo vệ mùa màng,…Tuy chúng chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng chất thải rắn nông nghiệp song vấn đề đáng quan tâm nhất đối với các loại chất thải này đó là tính nguy hại của chúng Sau quá trình sử dụng, các vật phẩm này luôn chứa một phần dư thừa của các hóa chất nguy hại còn sót lại, nên việc vứt bừa bãi các chất thải này trên đồng ruộng

đã và đang gây ô nhiễm môi trường

1.2 Phế phụ phẩm nông nghiệp (PPPNN)

Phế phụ phẩm nông nghiệp là chất thải phát sinh trong quá trình trồng trọt, phế thải dự thừa trong quá trình thu hoạch, chế biến các sản phẩm nông sản, thực phẩm (rơm, rạ, vỏ trấu,…) [9]

Phế phụ phẩm trong quá trình chế biến các loại cây công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm cũng rất đa dạng về chủng loại và phong phú về số lượng Đây cũng là nỗi lo về các bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, thân cây chuối, xơ dừa, bã mía,…[9]

Việt Nam có những lợi thế về sản xuất nông nghiệp, hằng năm lượng phế thải dư thừa trong quá trình chế biến các sản phẩm nông sản, thực phẩm rất lớn Với việc sản xuất được hơn 38,5 triệu tấn lúa trong năm 2009, chỉ riêng rơm, rạ, vỏ trấu thải ra trong quá trình thu hoạch, xay xát thành hạt gạo đã có khối lượng cả chục triệu tấn

Theo nghiên cứu tỷ lệ phát sinh PPPNN tại các vùng nông thôn Việt Nam cho thấy lượng phát thải tập trung chủ yếu ở khu vực Bắc Trung Bộ và duyên hải miền Trung, Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long, chiếm tỷ lệ cao lần lượt là 25%, 23% và 22%

Hình 1: Tỷ lệ phát sinh PPPNN tại các vùng nông thôn Việt Nam năm 2007 [9]

Tại Việt Nam, những năm gần đây, kinh tế phát triển, rơm rạ bị coi là phế thải nông nghiệp có rất ít giá trị sử dụng nên thường bị đốt ngay ở ngoài cánh đồng

Có thể nói việc đốt rơm rạ sau mỗi vụ gặt là tình trạng chung diễn ra ở hầu hết các tỉnh từ Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định đến Thái ình, Hưng Yên, Hà Nam Tỷ lệ rơm rạ bị đốt có thể đạt 20-80% tổng lượng rơm rạ, tùy từng nơi Ở các vùng nông nghiệp gần đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng tỷ lệ này có thể đạt tới 90% [34]

Trong những năm qua, đã có nhiều nhà khoa học của các trường đại học, viện nghiên cứu, trung tâm công nghệ sinh học và doanh nghiệp của nhiều bộ, ngành đã tham gia đầu tư, nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học vào việc tận thu các phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất nông sản, thực phẩm, để sản xuất phân hữu cơ vi sinh, vật liệu xây dựng, thức ăn chăn nuôi, khí đốt Do đặc thù của sản xuất nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn mang tính nhỏ lẻ, phân tán, mạnh ai nấy làm nên việc thu gom, phân loại phụ, phế thải rất khó khăn Còn các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm thì chủ yếu tập trung đầu tư cho dây chuyền sản xuất chính,

ít quan tâm tận thu, tái chế sử dụng lại phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất

1.3 Quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp (PPPNN) trên Thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Nguồn phát sinh, thành phần, khối lượng PPPNN

Phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh trong quá trình sản xuất nông nghiệp, chế biến các loại cây công nghiệp, cây lương thực, sản xuất hoa quả, thực phẩm… [32]

Nguồn gốc phát sinh, thành phần, khối lượng và tốc độ phát sinh của phế phụ phẩm là cơ sở quan trọng trong thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý và đề xuất các chương trình quản lý một cách thích hợp

Bảng 1 Thành phần chất thải trong trồng trọt

Tên nông sản

Phế phụ phẩm

(Phế phụ phẩm phát sinh để thu được 1 tấn nông sản sau thu hoạch)

Nguồn: Viện năng lượng, Tổng cục Điện lực Việt Nam (2002)

Thành phần phế phụ phẩm nông nghiệp gồm nhiều chủng loại khác nhau, phần lớn là các thành phần loại bỏ từ thu hoạch nông sản như rơm rạ, trấu, thân cây ngô, lá mía, và từ trồng trọt là các thực vật chết, lá cành, cỏ, [32]

Trong trồng lúa, ngoài sản phẩm chính là thóc gạo thì sản xuất trồng trọt còn tạo ra lượng rơm rạ khổng lồ, bằng khoảng 75% sản lượng lúa Bộ Năng lượng mới

và Năng lượng có thể tái sinh (MNRE 2009) của Ấn Độ ước tính rằng khoảng 500 triệu tấn phế phẩm nông nghiệp được tạo ra mỗi năm Đóng góp của loại cây trồng khác nhau trong phát sinh phế phẩm tại Ấn Độ theo thống kê từ báo cáo MNRE năm 2009: ngũ cốc (70%), sắn (2%), đậu (3%), cây lấy sợi (13%), hạt có dầu (6%)

và loại cây khác (6%) Ở Việt Nam, phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, trấu ) với

khoảng 4 triệu ha đất trồng lúa, lượng rơm rạ thải ra lên tới 76 triệu tấn/năm,

tỷ lệ rơm rạ chiếm 50 - 60% [38]; hay tính theo sản lượng thóc hàng năm nước ta đạt khoảng 40 triệu tấn, cứ 1 tấn thóc thu hoạch thì có 2 tấn rơm rạ, trấu (quy chất khô) Người dân thường sử dụng làm chất đốt, thức ăn cho gia súc hoặc đốt ngay tại đồng

Tại Đồng bằng sông Cửu Long, sản xuất lúa thải ra khoảng 17,4 triệu tấn phế thải, 0,7 tấn trấu/năm Trong trồng mía, ngọn lá mía phế thải khoảng 2,47 triệu tấn/năm, lượng bã mía sau chế biến đường khoảng 1,42 triệu tấn/năm và bùn thải sản

xuất mía đường khoảng 0,94 triệu tấn/năm

1.3.2 Quản lý phế phụ phẩm nông nghiệp trên Thế giới và ở Việt Nam

1.3.2.1 Thu gom, phân loại, vận chuyển PPPNN

Đối với nhiều nước trên Thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp như Tây

Âu, Bắc Mỹ, Đông Âu, Châu Úc, những nước có nền nông nghiệp hiện đại thì ngành chăn nuôi và trồng trọt có quan hệ khăng khít với nhau.Vấn đề cơ giới hóa thu hoạch cỏ và rơm khô đã đạt mức độ cao Mục tiêu chính là có thể cơ khí hóa toàn bộ khâu thu hoạch rơm, cỏ khô, bao gồm: vận chuyển, bảo quản và phân phối

cỏ khô Các liên hợp máy thu hoạch cỏ có cấu tạo khá phức tạp, kích thước cồng kềnh và chỉ sử dụng đối với đồng cỏ hoặc ruộng lớn, giá thành cao, thích hợp với mô hình sản xuất lớn, đồng bộ

Hiện nay, trong thu gom và xử lý rơm để làm nấm, trồng màu hoặc trữ cho gia súc ăn đều làm thủ công Tất cả đều để rơm ngoài trời nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chưa khai thác được hết lợi ích từ lượng rơm đã dự trữ

Tùy thuộc vào hình thức thu hoạch lúa một giai đoạn hay nhiều giai đoạn sử dụng máy gặt đập liên hợp, máy gặt rải hàng hay gặt thủ công) mà rơm, rạ thu được

sẽ khác nhau Khác nhau ở đây cả về chất lượng rơm lẫn cách thức thu gom và sử dụng chúng sau này

Ở nước ta hiện nay, tùy theo điều kiện từng vùng và tập quán sử dụng của từng địa phương mà áp dụng nhiều hình thức thu gom, xử lý rơm rạ sau thu hoạch lúa Những hình thức phổ biến sử dụng rơm rạ được thể hiện trong hình 2 Sau khi thu hoạch lúa bằng các cách thức khác nhau rơm hoặc được đánh đống hoặc phun trên bề mặt ruộng, còn rạ hoặc được vùi lấp hoặc tận thu làm phân vi sinh hoặc phơi khô ngay tại chỗ Từ đó xảy ra hai hướng xử lý đối với rơm, rạ phơi khô đó là đốt

và thu gom lại, còn với rơm tươi người dân vùi lấp hoặc để tự hoại mục

Nguồn: Đậu Thế Nhu và cs (2008) [21]

Hình 2 Thu gom và sử dụng rơm rạ

Phế phụ phẩm nông nghiệp ở nông thôn thường bị phân tán và không tập trung Hầu hết, các hộ gia đinh thường tự thu gom và vận chuyển lượng phế phụ phẩm này Họ tự xử lý tại khu vực sinh sống bằng cách chôn lấp, đốt, sử dụng vào mục đích khác hoặc chất đống trong khu vực vườn nhà/khu công cộng, đặc biệt là các vật dụng chứa HCBVTV, thuốc thú y… thường bị vứt bừa bãi trong vườn nhà, hai bên đường hoặc bờ ruộng, các khu vực công cộng như cầu, sông suối, ao hồ…

Ngoài ra, rơm được phơi khô tự nhiên, do rơm được rải đều trên khắp mặt ruộng nên việc tận thu rơm rạ để chăn nuôi hoặc làm nấm gặp nhiều trở ngại, không

có lao động để thu gom dự trữ Đặc biệt vụ Hè Thu khi lượng rơm rạ phủ lên gốc rạ

sẽ làm cho gốc rạ còn tươi lâu ngày, lượng rơm nhiều gây khó khăn cho việc tiếp nhận rơm rạ vào đất ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hữu cơ

THU HOẠCH LÚA

Rơm phun đều trên mặt đồng thành dãy

Thu gom

Phay lồng vùi lấp

Thu gom

Rơm được phơi khô

Đốt

Phay lồng vùi lấp

Phơi khô

Làm phân vi sinh

Rơm được phơi khô

Làm phân vi sinh Đốt

ơ

Thu gom

Lượng rơm rạ được thu gom, sử dụng hiện nay chưa nhiều, phần lớn đốt ngoài đồng để giải phóng mặt bằng đồng ruộng Đây là sự lãng phí rất lớn phụ phẩm trong nông nghiệp Hiện nay nhu cầu rơm làm nguyên liệu trồng nấm ngày càng nhiều, rơm từ chỗ cho không đến mua bán, đã hình thành các chợ mua bán rơm Tấp nập nhất là sau khi thu hoạch Đông Xuân

Trước yêu cầu phát triển nhanh về chăn nuôi gia súc, một phần rơm rạ được tận thu làm thức ăn cho gia súc (trâu, bò) Rơm rạ được thu gom mang về tập trung

và sử dụng dần trong năm Đây là phương pháp bảo quản rơm đơn giản và phổ biến rộng rãi nhất hiện nay

Bên cạnh đó, việc chăn thả gia súc bừa bãi, giết mổ gia súc không theo đúng quy định nên hiện tượng phân, lông gia súc, gia cầm giết mổ, xác động vật vẫn còn bắt gặp ở khá nhiều nơi, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Các loại vỏ hộp, bao

bì đựng hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu được đổ thải bừa bãi ngay trên đồng ruộng hoặc đổ cùng với rác thải sinh hoạt

1.3.2.2 Tái sử dụng, tái chế PPPNN

Việc tái sử dụng PPPNN thành phân bón hữu cơ sinh học, than sinh học, khí sinh học…không những giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện độ phì nhiêu cho đất, tăng năng suất cây trồng, tiết kiệm chi phí mà còn góp phần quan trọng vào việc giảm lượng phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng

Phế phụ phẩm nông nghiệp theo truyền thống thường được sử dụng như nguồn thức ăn trong chăn nuôi, thức ăn cho gia súc, nhiên liệu, lợp mái, đóng gói

và ủ phân; Ngoài ra còn được sử dụng như nguồn nguyên liệu trong sản xuất các sản phẩm kỹ nghệ như nón, mũ, các vật dụng khác… Rơm và trấu được sử dụng làm nhiên liệu trong nước hoặc trong nồi hơi trong tiểu bang như Tây engal - Ấn

Độ Việc sử dụng dư lượng khác nhau là khác nhau ở các khu vực khác nhau Nông dân sử dụng dư lượng cho gia đình họ hoặc bán cho các hộ gia đình không

có đất hoặc người trung gian bán lại cho những người sử dụng trong ngành công nghiệp Các phế phụ phẩm còn lại không sử dụng hoặc bị đốt cháy trên cánh đồng

Ở một số nước, nguồn phế phẩm này không được sử dụng như thức ăn gia súc, số lượng lớn rơm rạ được đốt cháy ngay tại ruộng Ngọn mía ở hầu hết các khu vực hoặc được sử dụng làm thức ăn cho động vật sữa hoặc bị đốt cháy trong ruộng trồng cây trồng Phế liệu từ quả lạc được sử dụng như chất đốt cháy nhiên liệu

trong lò gạch, lò vôi Phế phẩm từ cây bông, ớt, đậu và hạt có dầu chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho nhu cầu hộ gia đình Gáo dừa, thân cây đậu hạt cải dầu và

mù tạt, đay, và hoa hướng dương được sử dụng làm nhiên liệu trong nước Dừa tạo ra khoảng 3 triệu tấn trấu mỗi năm và khoảng 1,2 triệu tấn được sử dụng để

làm cho xơ dừa và 1 triệu tấn đốt làm nhiên liệu (Liu và cs, 2008)

Ở Trung Quốc 37% phế phụ phẩm nông nghiệp được đốt trực tiếp của nông dân, 23% được sử dụng cho thức ăn gia súc, 21% bị loại bỏ hoặc bị đốt cháy trực tiếp trong lĩnh vực này, 15% bị mất trong bộ sưu tập, 4% cho công nghiệp vật liệu

và 0,5% đối với khí sinh học Do đó, đốt cháy phế phụ phẩm nông nghiệp ngay trên

cánh đồng cũng là một vấn đề lớn ở Trung Quốc (Liu và cs, 2008)

Bảng 2 Mô hình quản lý phế phẩm nông nghiệp ở các Quốc gia khác nhau

Nguồn năng lượng Indonesia , Nepal, Thái Lan, Malaysia, Philippines,

Thụy Sỹ, Nigeria, Việt Nam

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

Quốc, Châu Mỹ, Việt Nam

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

Nguồn: Viện năng lượng Quốc gia (2012)

Tuy nhiên, việc tái sử dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam còn rất hạn chế mặc dù hiện nay nhu cầu sử dụng phân bón hữu cơ tại Việt Nam là rất lớn, ước tính khoảng 13 triệu tấn/năm trong khi công suất sản xuất của các nhà máy sản xuất phân bón hữu cơ trong nước chỉ đạt 500 nghìn tấn/năm, rất thấp so với nhu cầu Trong khi đó chỉ tính riêng một số cây trồng chính như lúa, ngô, cà phê, mía

mỗi năm có khoảng 50 triệu tấn phế phụ phẩm (Cao Việt Hưng, 2012)

Tiềm năng tái sử dụng chất thải nông nghiệp làm nguyên liệu và năng lượng: việc tái sử dụng phế phụ phẩm trồng trọt và chăn nuôi thành phân bón hữu cơ sinh học, than sinh học, khí sinh học…không những giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cải thiện độ phì nhiêu cho đất, tăng năng suất cây trồng, tiết kiệm chi phí mà còn góp phần quan trọng vào việc giảm lượng phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng động Cho thấy tiềm năng rác thải để sản xuất điện và nhiệt

của nước ta cũng rất lớn Hàng năm nước ta thải ra trong nông nghiệp khoảng 75 triệu tấn phế phụ phẩm các loại ( ảng 3) Nếu quản lý và sử dụng tốt sẽ góp phần nâng cao thu nhập cho người dân

ảng 3 Khối lƣợng phế phụ phẩm n ng nghiệp sau thu hoạch năm 2010 Chất thải sau thu hoạch Chất thải n ng nghiệp c th sử dụng

triệu tấn

Nguồn: Viện năng lượng uốc gi (2012)

Việc sử dụng lại về mặt năng lượng đối với PPPNN mang lại hiệu quả kinh

tế rõ rệt vì tiềm năng và nhiệt lượng là rất lớn Giá trị năng lượng của PPPNN có thể được thu hồi trực tiếp nhờ quá trình đốt cháy các thành phần của chất thải hoặc có thể thu hồi gián tiếp thông qua các quá trình tạo khí sinh học Một số quá trình sử dụng lại năng lượng của PPPNN: dùng cho đun nấu hộ gia đình, đốt thu hồi nhiệt lượng sản xuất hơi nước, sản xuất nhiệt điện…, phân hủy kỵ khí thu hồi khí mêtan

Theo các dữ liệu thu thập được, rơm rạ theo truyền thống chủ yếu được sử dụng làm chất đốt, làm vật liệu xây dựng, nuôi gia súc làm chất độn chuồng và trồng nấm [9] Ở một số vùng người ta dùng rơm, rạ để làm giá thể nuôi nấm rơm; làm vật liệu độn chuồng Sử dụng chúng làm phân bón, làm thức ăn chăn nuôi

Tại Anh, vài trăm năm trước, các mũ bện từ rơm rạ đã rất phổ biến Người Nhật, người Triều Tiên có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, sandal, đồ thủ

công mỹ nghệ Tại một số nơi thuộc Đức, như vùng lack Forest và Hunstruck, người ta thường đi dép rơm trong nhà hoặc tại lễ hội

Tại nhiều nơi trên Thế giới, rơm rạ cho đến nay vẫn được sử dụng để làm đệm giường nằm cho con người và làm ổ cho vật nuôi Nó thường được sử dụng để làm ổ cho các loại súc vật như trâu, bò (từ là loại động vật nhai lại) và cả ngựa Nó cũng có thể sử dụng để làm ổ cho các loài động vật nhỏ, nhưng điều này thường dẫn đến gây thương tổn cho các vật ở miệng, mũi và mắt do những sợi rơm rất sắc dễ cứa

Những thử nghiệm để xác định giá trị của rơm làm thức ăn chăn nuôi được tiến hành bởi Cục khoa học Động vật của Mỹ Những nghiên cứu này tập trung vào giá trị của rơm trong hỗn hợp thức ăn cho bò, cừu và liệu giá trị thức ăn có được cải thiện bằng cách xử lý rơm bằng ammonia (NH3) và hydroxit natri (NaOH)

Ngoài ra, rơm rạ còn có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, ví dụ như trong ngành hóa chất rơm rạ được sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất Trong lĩnh vực công nghiệp và xây dựng, rơm rạ có thể tận dụng cho một loạt các ứng dụng như làm các tấm lợp nhà, cách nhiệt, panel tường hay làm giấy,…Rơm rạ có thể được tận dụng làm các sản phẩm khác nhau trong các lĩnh vực nông nghiệp, sản xuất hóa chất, công nghiệp và xây dựng (Bảng 4)

Bảng 4 Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp và sản xuất hóa chất

Phủ đất

Phủ một lớp rơm rạ lên bề mặt đất vừa bảo vệ bề mặt đất khỏi bị xói mòn rửa trôi, giữ ẩm, chống cỏ dại và sương muối vừa từ từ cung cấp mùn cho đất

do sản phẩm phân hủy (mục) rơm rạ

đất, tăng độ phì đất Lót ổ cho gia súc, gia cầm Phổ biến trong chăn nuôi gia súc, gia cầm

Chất nền trong trồng trọt Rơm rạ có thể sử dụng trong sản xuất nhiều loại

cây trồng: dưa chuột, cà chua, cây cảnh,…

Nuôi giun (Worm farming) Sử dụng làm vật liệu nuôi giun

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

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

Thủy phân Pentaza, glucoza và linhin, các thành phần tan

trong nước Các quá trình nhiệt phân Khí tổng hợp

Hòa tan xenluloza nhớt Sợi nhân tạo tổng hợp

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

Lên men vi sinh vật Protein đơn bào (Single cell protein – SCP)

Quá trình Gulf đường hóa

song song và lên men (SSF)

Sản xuất ethanol

Metan hóa hay ủ yếm khí Metan và cacbon dioxit vùng với các khí khác

Nguồn: Đậu Thế Nhu (2008) [21]

Rơm rạ có thể được sử dụng với tiềm năng cao và có thể được xếp theo nhóm như sử dụng năng lượng, chế tạo và xây dựng, giảm ô nhiễm môi trường hay chăn nuôi gia súc Ví dụ, các sản phẩm năng lượng có thể gồm ethanol, methane, nhiệt cho sản xuất điện và sản phẩm khí gas từ quá trình khí hóa Trong lĩnh vực sản xuất gồm một loạt các loại ván ép, nhựa gia cường sợi/chất thải, bột giấy và các sản phẩm sợi/xi măng Ứng dụng trong giảm nhẹ ô nhiễm môi trường gồm sử dụng rơm

rạ để kiểm soát xói mòn trong khu vực xây dựng

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

và tái chế rơm rạ cụ thể như:

Phân hữu cơ: Chưa được áp dụng phổ biến ở khu vực nông thôn Việt Nam, tuy nhiên, đã có một số nhà máy sản xuất phân hữu cơ, thường chỉ ở khu vực đô thị, chưa có nhà máy nào được xây dựng phục vụ xử lý chất thải hữu cơ khu vực nông thôn [39]

Trung tâm ứng dụng và chuyển giao tiến bộ khoa học công nghệ Vĩnh Phúc cũng đã khuyến cáo bà con sử dụng chế phẩm Biomix trong việc ủ mục rơm rạ làm phân hữu cơ vi sinh nhằm cải tạo đất, giảm lượng phân bón hóa học trong nông nghiệp Kết quả nghiên cứu cho thấy, mỗi sào rơm sau khi xử lý bằng chế phẩm vi sinh có thể thu được 250 - 300 kg phân hữu cơ, thay thế được toàn bộ phân chuồng cần sử dụng, ngoài ra còn tiết kiệm khoảng 1,2 - 1,5 kg phân urê/sào và 1,5 kg Kali/sào Đây là một mô hình đơn giản, dễ thực hiện, đầu tư ít, mang lại hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường

Điện sinh học: PPNN có thể chuyển thành khí dễ cháy (bao gồm CO và H2) thông qua phản ứng hỏa điện, sau đó được cung cấp để sử dụng thông qua mạng ống Ở các nước phát triển, đặc biệt là ở các quốc gia Tây Âu và Mỹ, đã ứng dụng công nghiệp hóa như công nghệ tạo khí cho nhiều đồng ruộng để tạo nhiệt, phát điện và nấu ăn Riêng ở Thụy Sĩ, gần 09 triệu tấn năng lượng sinh khối than tiêu chuẩn (biến thành khí) được sử dụng như các nguồn nhiệt vào năm 2003 Các công nghệ này có giá trị nhiệt lớn phát sinh khí không độc và mang tính thương mại hóa được phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc Và ngay lập tức, hệ thống cung cấp khí

ga trung tâm đã được thành lập và mở rộng trên toàn khu vực nông thôn Trung Quốc Phương án năng lượng từ nguồn phát sinh khí bởi gỗ tạp đến PPNN, không chỉ tạo nên tính hữu dụng cho năng lượng ở nông thôn mà còn cải thiện môi trường sinh thái và chất lượng cuộc sống của nông dân [14]

Chế biến thức ăn trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản: Giải pháp tận dụng làm thức ăn chăn nuôi cũng đã được bà con nhân dân áp dụng từ lâu Để tăng giá trị dinh dưỡng cũng như tăng cường chức năng tiêu hóa cho gia súc thì rơm rạ cần được xử lý bằng phương pháp kiềm đạm hóa Đây là một phương pháp rất hữu ích, giải quyết bài toán khan hiếm thức ăn cho gia súc trong mùa đông Đồng thời, với biện pháp kiềm đạm hóa (ủ với phân urê) lượng đạm dinh dưỡng sẽ tăng gấp 5 lần

so với lượng đạm có trong rơm bình thường, loại thức ăn này còn có thể kích thích tiêu hóa do men chua tạo nên, giúp gia súc ăn nhiều hơn và tăng trọng ổn định [14]

Sản xuất nhiên liệu: Từ than trấu, củi trấu để thay thế nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là nước sản xuất nông nghiệp là chính như nước ta Ngoài ra PPPNN có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất than tổ ong (60% chất thải hữu cơ

và 40% than cám thông thường) Sau khi cháy hết có thể sử dụng làm phân bón [31]

Ngày nay, nhiên liệu lỏng từ sinh khối đang trở thành một chủ để nóng trên toàn cầu Chính phủ Trung Quốc đã tham gia phát triển cồn sinh khối (đặc biệt là nguồn không có hạt) Từ thập kỷ những năm 1980, chăn nuôi bằng cây lúa miến ngọt đã đạt được kết quả to lớn với cả hai công nghệ sản xuất nhiên liệu lỏng và xác định hiệu quả kinh tế trong một vài năm Quy mô của sản xuất ba lần đã đem lại lợi nhuận kinh tế, từ 5.000 tấn năm 2001, sau đó, thành công trong dự án nhiên liệu lỏng (hầu hết từ ngô) được thực hiện để giảm áp lực nhập khẩu dầu ăn Chẳng hạn, năm 2005, Trung Quốc đã xác nhận rằng có dự án năng lượng lỏng ở Tỉnh Jilin với công suất 600.000 tấn mỗi năm, sau đó hội đồng Quốc gia đã phê duyệt dự án 200.000 tấn ở tỉnh Henan và các dự án khác 100.000 tấn ở tỉnh Heilongjiang Có khoảng 100 triệu tấn hạt tích lũy của Trung Quốc, nếu chúng được sử dụng vào sản xuất nguyên liệu lỏng, 32 triệu tấn rượu có thể được thực hiện Và như vậy, có thể tiết kiệm được rất nhiều phần hạt (cụ thể là ngô) bị hỏng Đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu hiệu quả, đảm bảo hiệu quả kinh tế và an toàn môi trường [21]

Nguyên liệu sản xuất: Một số khu vực nông thôn Việt Nam đã sử dụng PPPNN như nguồn nguyên liệu trong sản xuất nấm và hiện sản phẩm sạch này cũng đang được người tiêu dùng Việt Nam ủng hộ và khuyến khích mở rộng Theo tính toán, với phương pháp này, lợi nhuận từ 500kg rơm rạ thu được sẽ là 700 nghìn đồng Đây là cách nhiều người dân đang làm [13]

Nguyên liệu công nghiệp: Đối với các mục đích trong công nghiệp, PPPNN cũng được sử dụng chính như nguyên liệu thô, với một lượng nhỏ cho các mục đích khác như vật liệu hóa học, vật liệu trong nghệ thuật (cuống, lá, thân… ), nghề thủ công Vì vậy, chúng được xem như khối nguyên liệu Với sự cải thiện nhanh chóng công nghệ, kiểm soát nghiêm ngặt ô nhiễm nước, các nguyên liệu thô cho sản xuất giấy, được xem là nguyên liệu chính từ quá trình tái sử dụng giấy thải, cây sợi, gỗ tạp, đặc biệt là cây sợi gai Do đó, vật liệu làm giấy từ PPPNN bao gồm một phần nhỏ thân ngô, vỏ trấu được xem là nguồn vật liệu cơ bản [13]

1.4 Các hình thức xử lý PPPNN và tác động đến m i trường

1.4.1 Các hình thức xử lý PPPNN ở Việt Nam

Sau khi đã phân loại, PPPNN được đưa đi tái chế hoặc tái sử dụng, lượng

còn lại cần phải được xử lý

Việc xử lý chất thải rắn nông nghiệp chủ yếu theo 3 nhóm phương pháp: xử

lý bằng phương pháp sinh học, xử lý bằng phương pháp đốt và xử lý bằng phương pháp chôn lấp

 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Việc xử lý PPPNN bằng phương pháp vi sinh cung cấp lượng phân bón rất lớn mang lại lợi ích kinh tế vượt trội Đối với gốc rạ trên đồng: Khi thu hoạch lúa người dân thường cắt phần ngọn chiếm 3/5 chiều dài thân lúa, phần gốc rạ còn lại trên đồng được xử lý tùy theo mùa vụ, điều kiện địa lý và kinh tế của mỗi nông hộ

Rạ trên đồng hiện nay hầu như không được sử dụng vào mục đích gì Với rạ ướt trên đồng nông dân sử dụng cày, bánh lồng hay phay kết hợp bánh lồng vùi dập xuống đất Sau khoảng 10 ngày rạ sẽ được hoai mục và có thể tiến hành làm đất bình thường Với rạ khô, nông dân sử dụng máy cắt cỏ hay các máy cắt loại tông đơ lắp trên máy kéo 2 bánh cắt rải trên đồng cho khô rồi đốt Việc này về mặt môi trường bị khuyến cáo gây ô nhiễm không khí

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

Quá trình ủ áp dụng đối với chất hữu cơ không độc hại, lúc đầu là khử nước, sau đó là xử lý cho tới khi thành xốp và ẩm Độ ẩm và nhiệt độ được kiểm tra để giữ cho vật liệu luôn luôn ở trạng thái hiếu khí trong suốt thời gian ủ Quá trình tự tạo ra nhiệt riêng nhờ quá trình oxy hóa sinh hóa các chất thối rữa Sản phẩm cuối cùng là quá trình phân hủy CO2, nước và các hợp chất hữu cơ bền vững như: lignin, xenlulo, sợi…Có hai công nghệ ủ sinh học để xử lý chất thải hữu cơ, đó là công nghệ ủ đống và công nghệ ủ theo quy mô công nghiệp

Công nghệ ủ đống thực chất là một quá trình phân giải phức tạp gluxit, lipit

và protein với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí Các điều kiện pH,

độ ẩm, thoáng khí càng tối ưu thì vi sinh vật càng hoạt động mạnh và quá trình ủ càng kết thúc sớm Tùy theo công nghệ mà vi khuẩn kỵ khí hoặc vi khuẩn hiếu khí

sẽ chiếm ưu thế Công nghệ ủ đống có thể là ủ tĩnh thoáng khí cưỡng bức, ủ luống có đảo định kỳ hoặc vừa thổi khí vừa đảo, cũng có thể là ủ dưới hố hoặc trong hầm biogas

Công nghệ ủ theo quy mô công nghiệp: chất thải hữu cơ được vận chuyển đến nhà máy, sau đó được chuyển vào bộ phận nạp rác và được phân loại thành phần của rác trên hệ thống băng tải: loại bỏ các chất vô cơ còn lân, các chất hữu cơ khó phân hủy; phần còn lại là chất hữu cơ có thể phân hủy được qua máy nghiền rồi theo băng tải đưa đến khu vực trộn phân bắc để giữ độ ẩm Máy xúc đưa các vật liệu này vào các ngăn ủ, quá trình lên men làm nâng nhiệt độ lên 65 – 700

C sẽ tiêu diệt các mầm bệnh và làm cho rác phân hủy mục Quá trình này được thúc đẩy nhờ quạt gió cưỡng bức Sau thời gian ủ khoảng 21 ngày, rác được đưa vào ủ chín trong khoảng 28 ngày Sau đó sản phẩm được qua sàng phân loại để loại bỏ các chất trơ Cuối cùng được phân hữu cơ tinh có thể bán ngay hoặc phối trộn thêm một số thành phần dinh dưỡng cần thiết rồi đóng bao

Việc đưa ra những biện pháp quản lí thích hợp đối với PPPNN không chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về mặt môi trường mà còn tận dụng được giá trị vật chất và năng lượng một cách hiệu quả

 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý PPPNN bằng phương pháp đốt không thu hồi nhiệt lượng, đây là phương pháp vốn được người nông dân Nam Bộ sử dụng từ lâu để tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồng ruộng và tro sau quá trình cháy được xem là phân bón Hiện tượng đốt rơm, rạ ngay trên đồng ruộng hiện nay đã lan ra cả những vùng thuộc đồng bằng sông Hồng Trước kia, lượng rơm rạ này được bà con sử dụng làm nhiên liệu đun nấu, nhưng hiện nay một số hộ gia đình có điều kiện đã sử dụng bếp gas nên rơm rạ được đốt bỏ gây lãng phí nguồn năng lượng dồi dào và ảnh hưởng xấu đến môi trường không khí, gây ra hiện tượng khói mù cản trở tầm nhìn của người điều khiển phương tiện giao thông Biện pháp xử lý này vừa không đem lại hiệu quả kinh tế mà còn gây lãng phí, làm ô nhiễm môi trường và trong tương lai gần có thể phải loại bỏ

Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô nhỏ, các chất thải dễ cháy được sử dụng thay thế củi để đun nấu phục vụ sinh hoạt trong gia đình như: nấu nướng, đun nước, sưởi ấm Biện pháp này tuy có tận dụng được nhiệt lượng có trong chất thải nhưng hiệu suất sử dụng năng lượng không cao vì các bếp đun còn thủ công, tổn thất nhiệt lớn Mặt khác biện pháp này cũng gây ô nhiễm cục bộ trong không gian chật hẹp của các bếp đun ở vùng nông thôn

Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô công nghiệp, như đã nói ở các phần trước, nhiệt trị của một số thành phần dễ cháy trong PPPNN tương đối cao Nếu có những biện pháp thu gom và xử lý tập trung thì sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn, mặt khác phương pháp đốt quy mô công nghiệp có xử lý khói sẽ đảm bảo xử lý triệt để chất thải không gây ô nhiễm môi trường Năng lượng nhiệt trong quá trình đốt có thể được sử dụng cho: các lò hơi, lò sưởi, các thiết bị sấy, các ngành công nghiệp cần nhiệt và đặc biệt là để sản xuất nhiệt điện

 Xử lý bằng phương pháp chôn lấp

Các thành phần PPPNN không có khả năng tận dụng nhiệt, không thể xử lý bằng các phương pháp khác thì cần được đem chôn lấp Tuy vậy vẫn cần phải có những biện pháp quản lý và xử lý phù hợp để tránh ô nhiễm môi trường

Hiện nay, tại các vùng nông thôn, người dân chưa ý thức được tính độc hại của các phế phẩm này nên chưa có ý thức thu gom xử lý Các chai lọ đựng thuốc trừ sâu, đựng các loại hóa chất BVTV hoặc đựng các loại phân bón hóa học vẫn bị thải bừa bãi ngoài bờ ruộng sau khi đã qua sử dụng Hiện tượng này không chỉ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường do các hóa chất độc hại còn sót lại trong bao bì mà còn làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người dân

Để hạn chế tới mức thấp nhất tác hại của chất thải này thì cần phải có các biện pháp thu gom triệt để, tránh tiếp xúc trực tiếp với các loại phế phẩm này Sau

đó đem xử lý tập trung như đối với các chất thải nguy hại khác Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý phế phẩm nguy hại nhưng phổ biến là phương pháp thiêu đốt trong lò đốt phế phẩm nguy hại và phương pháp trơ hóa (đổ bê tông) rồi đem chôn lấp Tuy nhiên, các biện pháp xử lý đối với loại phế phẩm này đòi hỏi

chi phí cao và quy phạm kỹ thuật nghiêm ngặt

1.3.2 Các tác động môi trường của xử lý PPPNN

Ở nước ta, theo thống kê hàng năm có trong nông nghiệp là 4,5 vạn tấn phế phụ phẩm nông nghiệp [19] Đối với số phụ phẩm này, bà con nông dân thường có tập quán đốt bỏ, hoặc xả thẳng ra kênh rạch, phơi bừa bãi ven đường lộ gây khói bụi, ô nhiễm môi trường,… Khói rơm rạ là nguồn tạo ra các khí CO, CO2, NO2,

SO2, H20, các chất nhựa bay hơi và hàng trăm hợp chất khác có hại cho sức khỏe con người Rơm rạ thối mục là nguồn sinh khí metan, làm tăng lượng khí thải vào bầu khí quyển, là một nguồn ô nhiễm đáng kể gây nên hiệu ứng nhà kính, làm tăng nhiệt độ của trái đất, biến đổi khí hậu toàn cầu Khi đốt các chất hữu cơ có trong rơm rạ và trong đất, do nhiệt độ cao sẽ biến thành chất vô cơ làm cho đồng ruộng bị khô, chai cứng Phần tro chỉ còn sót lại chút ít P, K, Ca và Si…, không giúp ích mấy cho cây trồng Cày lấp rạ sau thu hoạch rồi xạ (cấy) ngay lúa, rơm rạ thối chưa hoai mục là nguyên nhân gây ngộ độc rễ luá, gây nghẹt rễ [31]…

Những cách thông thường để quản lý rơm rạ sau khi thu hoạch bao gồm việc thu về làm nhiên liệu đun nấu, đốt, rải trên đồng, cày vùi vào đất hoặc sử dụng như

là chất che phủ cho các cây trồng v.v Mỗi cách quản lý khác nhau, về lâu dài, đều ảnh hưởng đến toàn bộ sự cân bằng và tình trạng dinh dưỡng trong đất Tuy nhiên, xét cho cùng mỗi phương thức quản lý rơm rạ khác nhau đều có những tác động tích cực và tiêu cực đến môi trường đất

a Lấy rơm rạ ra khỏi đồng ruộng: Ảnh hưởng lớn nhất của việc lấy rơm rạ

ra khỏi đồng ruộng là sự thúc đẩy quá trình nghèo hoá và cạn kiệt kali (K) và silic (Si) trong đất Nhưng bù lại nó lại cho những lợi ích khác, không kém phần quan trọng Rơm rạ có thể được sử dụng làm nhiên liệu để nấu nướng, làm thức ăn cho trâu bò, làm nệm, nuôi trồng nấm hay làm nguyên liệu cho công nghiệp (như công nghiệp giấy …) Việc làm như vậy sẽ lấy đi một số lượng lớn dinh dưỡng mỗi năm, nhất là khi phân chuồng không được dùng để bón trở lại cho đồng lúa

Bên cạnh đó, việc kết hợp phế phẩm nông nghiệp trong đất hoặc giữ lại trên

bề mặt có ảnh hưởng tích cực đến các đặc tính lý, hóa và sinh học của đất Nó làm gia tăng độ dẫn thủy lực và làm giảm tỷ trọng của đất bằng cách thay đổi cấu trúc của đất và sự cân bằng trong đất Lớp phủ với các phế phẩm nông nghiệp làm tăng

nhiệt độ đất tối thiểu trong mùa đông do giảm dòng nhiệt đi lên từ đất và làm giảm nhiệt độ đất trong mùa hè do lớp phủ đó có thể che chắn hiệu quả Giữ lại phế phẩm này trên bề mặt đất làm chậm dòng chảy bằng cách làm các con đập nhỏ đi, làm giảm hình thành lớp vỏ bề mặt và tăng cường xâm nhập Các kênh (mương) được tạo ra bởi giun đất và rễ cây cũ, khi còn nguyên vẹn do không canh tác, có thể cải thiện sự thấm để giúp giảm bớt hoặc loại bỏ dòng chảy Kết hợp với giảm sự bốc hơi nước từ vài inch lớp đầu của đất và cải thiện đặc tính của đất, cao hơn mức của

độ ẩm đất mà có thể đóng góp để nâng cao sản lượng cây trồng trong thu hoạch và các điều kiện khí hậu [35] Nếu các phế phẩm nông nghiệp (rơm rạ) được kết hợp hoặc được giữ lại, đất sẽ được làm giàu, đặc biệt là hàm lượng carbon hữu cơ và N [35]

Phế phẩm nông nghiệp hoạt động như hồ chứa cho các chất dinh dưỡng cho thực vật, ngăn chặn rò rỉ các chất dinh dưỡng, tăng khả năng trao đổi cation (CEC), cung cấp môi trường thích hợp cho cố định N sinh học, tăng sinh khối vi sinh vật và tăng cường hoạt động của các enzym như dehydrogenase và phosphatase kiềm Tăng sinh khối vi sinh vật có thể tăng cường từ chất dinh dưỡng sẵn có trong đất cũng như hoạt động ở dưới đất và nguồn các chất dinh dưỡng thực vật Để lại một lượng đáng kể phế phẩm nông nghiệp phân bố đều trên bề mặt đất làm giảm xói mòn gió và nước, tăng xâm nhập nước và duy trì độ ẩm, và làm giảm trầm tích bề mặt và lượng nước chảy tràn

Phế phẩm nông nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong việc cải tạo độ chua đất thông qua việc bổ sung hydroxyls đặc biệt là trong quá trình phân hủy các phế phẩm nông nghiệp với tỷ lệ C/N cao hơn, và độ kiềm của đất thông qua sử dụng phế phẩm này từ cây trồng với tỷ lệ C/ N thấp hơn, bao gồm các loại đậu hạt có dầu

và đậu Hà Lan Vai trò của phế phẩm nông nghiệp đối với việc hấp thụ carbon trong đất là một lợi thế trong mối tương quan đến quản lý ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Năng suất tương ứng với quản lý phế phẩm thay đổi theo đặc tính thổ nhưỡng, khí hậu, mô hình trồng trọt, và mức độ kỹ năng quản lý Sản lượng lớn hơn

do kết quả ứng dụng phế phẩm nông nghiệp từ gia tăng tính thấm và cải thiện tính chất của đất, tăng chất đất hữu cơ và hoạt động của giun đất và cải thiện cấu trúc đất trong 4-7 năm từ khi hệ thống được thiết lập

b Vùi rơm rạ vào đất: Đây là việc làm trả lại cho đất hầu hết các nguyên tố

dinh dưỡng mà cây lúa đã lấy đi từ đất, nên nó có tác dụng bảo toàn nguồn dự trữ dinh dưỡng của đất về lâu dài Mặc dù tác dụng trực tiếp lên năng suất lúa vụ kế tiếp là không lớn so với việc lấy rơm rạ ra khỏi đồng ruộng, nhưng về lâu dài thì ảnh hưởng này là thấy rõ Nếu kết hợp song song việc bón phân hàng vụ cho lúa cùng với việc vùi rơm rạ vào đất sẽ bảo toàn được dinh dưỡng N, P, K và S cho lúa,

và nhiều khi còn làm tăng được dự trữ dinh dưỡng cho đồng ruộng Việc vùi rơm rạ vào đất ướt, sẽ gây ra tình trạng cố định tạm thời của đạm (N) và làm tăng lượng metan (CH4) phóng thích trong đất, gây ra tình trạng tích luỹ khí nhà kính Khi vùi một lượng lớn rơm rạ tươi sẽ rất tốn lao động và cần có những máy móc thích hợp cho việc làm đất cũng như có thể gây ra những vấn đề về bệnh cây Việc trồng trọt chỉ nên bắt đầu sau 2 đến 3 tuần vùi rơm rạ

Phế phụ phẩm nông nghiệp được vùi trên bề mặt có thể đảm bảo sự sống còn của một số côn trùng có hại và có lợi Hệ thống canh tác giảm, đặc biệt đối với hệ thống canh tác trồng so le các loại cây trồng độc canh, có thể chứa một nồng độ dịch sâu bệnh vật gây hại tương đối cao hơn so với các hệ thống thông thường Chiều cao cắt cành của các loại cây trồng thu hoạch cũng có thể ảnh hưởng đến nồng độ dịch chứa sâu bệnh vật gây hại Hơn nữa, sự phân hủy phế phẩm nông nghiệp cùng với một số yếu tố liên quan như khí hậu, thủy lợi, cấu trúc sinh học của cây trồng và phân bón, thuốc trừ sâu và phong tục văn hóa có thể ảnh hưởng đến sự tồn tại của côn trùng trong phế phẩm nông nghiệp Sự phân hủy phế phẩm sẽ tạo nên sự thay đổi hóa học đất, có thể ảnh hưởng đến phản ứng khu vực lưu trữ các loài gây hại Sự phân hủy phế phẩm này có thể sản xuất các chất phytotoxic, đặc biệt là trong giai đoạn đầu phân hủy Các ảnh hưởng có thể là nghiêm trọng từ việc giảm các hệ thống canh tác, kết hợp số lớn các phế phẩm này vào đất và tăng cường

sử dụng N để đẩy nhanh quá trình phân hủy khối phế phẩm nông nghiệp này Sự thay đổi trong hệ sinh thái cỏ dại dự kiến, sẽ ảnh hưởng đến sự sống còn của một số của những côn trùng có xu hướng phát triển trên cỏ dại; đặc biệt là trong thời gian

bỏ hoang, không canh tác Kể từ khi hệ thống canh tác không bỏ hoang hoặc làm

ngắt quãng thời gian bỏ hoang giữa các mùa vụ với các loại cây trồng khác nhau, hoặc việc gieo hạt, cũng có thể dẫn đến tỷ lệ thay đổi của côn trùng nhất định

Các kết quả nghiên cứu hiện tại cho thấy, cày khô, nông 5-10 cm để vùi rơm

rạ và tăng cường sự thoáng khí cho đất trong thời kỳ bỏ hoá có tác dụng tốt đến độ phì đất trong hệ thống thâm canh lúa-lúa Việc cày khô, nông nên tiến hành sau 2 đến 3 tuần sau khi thu hoạch ở những cánh đồng mà thời kỳ bỏ hoá khô-ướt giữa 2

vụ lúa tối thiểu là 30 ngày Các lợi ích gồm có:

- Khối lượng Cacbon (C) quay vòng hoàn toàn sẽ đạt được nhiều hơn nhờ vào sự phân giải háo khí (khoảng 50% C trong vòng 30-40 ngày), do đó hạn chế đến mức tối thiểu ảnh hưởng xấu của các sản phẩm phân giải yếm khí trong giai đoạn sinh trưởng đầu của cây lúa

- Tăng cường sự thoáng khí cho đất, nghĩa là oxy hoá Fe2+ và những chất khử khác tích luỹ trong suốt quá trình ngập nước

- Tăng cường được sự khoáng hoá N và sự giải phóng P cho cây trồng sau, cho đến giai đoạn phân hoá đòng

- Làm giảm được sự phát sinh cỏ dại trong suốt thời kỳ bỏ hoá

- Làm cho quá trình làm đất được dễ dàng hơn (thường không cần cày đất lần 2)

- Sự phóng thích CH4 sẽ ít hơn so với việc vùi rơm rạ lúc làm đất ngay trước khi gieo trồng

Kết hợp các phần phế phẩm nông nghiệp cùng với việc làm đất thích hợp tạo

nên hàm lượng chất hữu cơ của đất (Bhagat và Verma, 1991) Ngoài ra sử dụng phần còn lại của lớp phủ đã được thay đổi chế độ thuỷ nhiệt của đất (Bhagat và

Ach ry , năm 1988) Thí nghiệm thực địa được tiến hành về quản lý rơm rạ và phân

bón trang trại trong năm năm trong điều kiện khí hậu ôn đới ẩm (Bhagat và Verma,

1991; Verm và Bh g t năm 1992), đã chỉ ra tính ưu việt của việc thêm rơm rạ kết

hợp với phân chuồng cho trồng lúa mì trong các dãy cây trồng lúa mì/ lúa nước, cải thiện cấu trúc đất và hàm lượng độ ẩm đất có sẵn

Những nghiên cứu này đã chỉ ra cụ thể rằng phế phẩm nông nghiệp kết hợp

nữa, các đặc tính làm khô của các loại đất chỉ ra rằng phế phẩm này với một lượng không đáng kể thêm vào trong quá trình xử lý đất canh tác, luôn luôn làm chậm quá trình làm khô bề mặt Trong tầng sâu của đất lúa, suất dẫn thủy lực không bão hòa cao hơn giữ ẩm bề mặt đất lâu hơn bởi sự di chuyển lên của tầng nước lên bề mặt

Bổ sung thêm PPPNN tạo nên hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất mặc dù chậm, tuy nhiên, nhiều cacbon hữu cơ được sử dụng bón vào đất thông qua việc sử dụng lượng PPPNN này, vẫn còn trong đất như là các hạt rời rạc và chỉ là một

phần của nó đã tạo nên sự liên kết chặt chẽ với các hạt đất/khối đất (Sharma et

al, 1995) Do đó, tỷ lệ phần trăm của carbon hữu cơ trong đất, tính cả lượng tồn

dư thực vật được sử dụng là cao hơn so với carbon hữu cơ trong đất ban đầu Vì vậy, nó có thể mất vài năm bổ sung thường xuyên của các tàn dư thực vật (phần tồn dư còn lại như rơm rạ, thân cây, lá, cành…) để lượng carbon hữu cơ được thêm vào và ổn định các khối/tảng nhỏ

Ở Việt Nam, việc vùi rơm rạ vào đất còn phụ thuộc khá nhiều vào cơ cấu cây trồng Bởi, đối với canh tác lúa 3 vụ/năm có thời gian đất trống giữa các vụ trong năm rất ngắn Vì vậy, sau khi thu hoạch lúa nông dân cày vùi rơm rạ tươi vào đất rồi cho nước vào trục để xuống giống ngay cho kịp thời vụ Rơm rạ tươi phân hủy trong điều kiện ngập nước, yếm khí sản sinh ra acid hữu cơ gây ra ngộ độc cho rễ lúa Rễ lúa bị ngộ độc hữu cơ bị chết đen (Vũ Tiếng Khang và ctv 2005) hay làm giảm khả năng hấp thụ dưỡng chất, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất của

lúa Trước đây, khi canh tác lúa 2 vụ Đông Xuân và Hè Thu, ngộ độc hữu cơ chỉ

xảy ra cho vụ Hè Thu ở những vùng mà người dân không có điều kiện cày ải đất

trước khi xuống giống (Nguyễn Bảo Vệ, 2000)

Việc vùi lại phụ phẩm nông nghiệp cây trồng vụ trước cho cây trồng vụ sau

ở tất cả các loại cây trồng, các thời vụ và trên các nền phân bón khác nhau đều làm tăng năng suất so với không vùi Mặc dù lượng vùi, chất lượng phụ phẩm không đồng nhất song số liệu bảng trên cho thấy: Các công thức không được bón kali nhưng vùi phụ phẩm cho bội thu cũng như hiệu suất cao nhất bởi chúng không

những được cung cấp tất cả các chất dinh dưỡng cho cây mà đặc biệt là lượng kali thiết hụt mà trong đất bạc màu không thể có đủ

Bảng 5: Hiệu lực của phụ phẩm nông nghiệp đối với cây trồng

(tạ/ha)

Hiệu suất*(tạ/ha)

Bội thu do vùi lại PPNN

(tạ/ha)

Hiệu suất*

(tạ/ha)

Bội thu do vùi lại PPNN

(tạ/ha)

Hiệu suất*(tạ/ha)

c Đốt rơm rạ: Quá trình đốt ảnh hưởng đến pH, khả năng trao đổi cation,

quá trình oxy hóa chất hữu cơ, và các hoạt động sinh vật đất trong đất

Đốt rơm rạ làm tăng hoặc giảm hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất, tùy thuộc vào cường độ và thời gian của đám cháy Hai tác dụng rõ ràng trực tiếp là sự bay hơi của một số yếu tố và biến đổi các hạt đất do nhiệt Sự bay hơi giải phóng C,

H và O vào khí quyển, cùng với hàm lượng khác nhau của S và P tùy thuộc vào thành

phần của các chất hữu cơ bị đốt cháy và mức độ của sự đốt cháy (Raison 1979)

Chất dinh dưỡng ở dạng chất khoáng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tính chất vật lý của các hạt đất do bị làm nóng và sau đó bị làm lạnh Khi các khoáng chất mica và đất sét mất nước hoặc bị đứt gãy, độ hòa tan của các yếu tố như P và K có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào các hợp chất hóa học được hình thành khi vật

liệu nguội đi (White cùng cộng sự, 1973)

Thay đổi hóa học ở bề mặt chất khoáng có thể được gây ra bởi các hợp chất đất kiềm và kiềm thổ từ việc khoáng chất và chất hữu cơ được đốt cháy Sự làm nóng và lạnh nhanh chóng có thể làm phá vỡ 1 phần khoáng chất giống như nó được nở ra hoặc co lại Bề mặt mới không bị ảnh hưởng của thời tiết có thể giải phóng P và K nhanh hơn so với bề mặt chịu ảnh hưởng của thời tiết

Lượng nhiệt từ việc đốt cháy làm tăng nhiệt độ của môi trường đất, dẫn đến quần thể các vi khuẩn và nấm bị chết.Tuy nhiên, cái chết này chỉ mang tính tạm thời, vì các vi sinh vật này có thể tái sinh trong vài ngày Nếu lặp đi lặp lại việc đốt trên cánh đồng, việc giảm vĩnh viễn số lượng quần thể vi sinh này Việc đốt cháy ngay lập tức sẽ, có thể chiết tách hàm lượng P nhưng nó không hình thành chất dinh dưỡng trong tầng đất Đốt cháy trong thời gian dài sẽ làm giảm hàm lượng N, C và khoáng chứa N tiềm tàng trong 0 – 15cm tầng đất [37]

Ngoài ra, hình thức xử lý này gây ra sự mất mát gần như hoàn toàn N Lượng

P mất đi khoảng 25%, K mất đi khoảng 20% và S mất từ 50-60% [9] Lượng dinh dưỡng mất mát tuỳ thuộc vào cách thức đốt rơm rạ Ở những vùng mà thu hoạch đã được cơ giới hoá, hầu như tất cả rơm rạ được để lại trên đồng và được đốt nhanh chóng tại chỗ, vì thế sự mất mát S, P và K là nhỏ Một số nơi khác rơm rạ được để thành đống ở chỗ tuốt lúa và được đốt sau khi thu hoạch, vì thế tro không được rải đều trên đồng, nên gây ra sự mất mát khoáng chất rất lớn Các nguyên tố K, Si, Ca,

Mg dễ bị rửa trôi từ đống tro Hơn nữa, việc làm như vậy sẽ gây nên sự chuyển dịch dinh dưỡng rất lớn từ ngoại vi vào giữa ruộng, và đôi khi là từ những thửa ruộng xung quanh vào ruộng trung tâm, làm cho hiệu quả sử dụng chúng bị giảm đi rất

nhiều, vì nơi quá thừa, nơi quá thiếu Tuy nhiên, việc đốt rơm rạ gây ra ô nhiễm không khí và mất mát dinh dưỡng, nhưng lại là biện pháp giảm giá thành và giảm thiểu sâu bệnh hại

Có một số những nghiên cứu cho rằng, thu hoạch phụ phẩm nông nghiệp thường hạn chế bởi tính hữu dụng của phân bón do giá trị dinh dưỡng bị phân hủy khá lớn khi chúng bị đốt cháy; Sau đó, để bù lại, phân bón hóa học sẽ được bổ sung vào đất, bù lại nguồn dinh dưỡng bị mất Tuy nhiên, thành phần dinh dưỡng trong phụ phẩm nông nghiệp không tương đồng với phần được bổ sung khi nó bị chuyển sang dạng khí metan trong quá trình tạo khí Khí này có thể sẽ trở lại đất nhưng với hàm

lượng thấp do bị phân hủy khỏi mặt đất (Makhijani and Poole, 1975; Anon., 1979)

Khi thực hiện phương pháp đốt rơm rạ trực tiếp ngay trên bề mặt ruộng sẽ làm tăng nhiệt độ đất gây ảnh hưởng đến nhiều loài sinh vật có ích cho đất như: giun, vi sinh vật, nhiều loài động vật không xương sống, làm cho môi trường đất bị giảm tính đa dạng sinh học và phát sinh nhiều sâu bọ phá hoại cây trồng, hạn chế mạnh quá trình phân hủy, tổng hợp các chất dinh dưỡng, làm cho đất giảm độ phì

nhiêu, đất bị chua và năng suất cây trồng giảm sút (Lê Văn Kho , 2010)

Đối với việc phát thải khí nhà kính: Đốt phế phẩm nông nghiệp góp phần

tương ứng với một nguồn đáng kể của các nguyên tố vi lượng hóa học và bức xạ quan trọng, và các sol khí như CH4, CO, N2O, NOX và hydrocarbon khác đến không khí, ảnh hưởng đến các thành phần khí quyển Nó cũng phát sinh lượng lớn các hạt được bao gồm nhiều loại của các loài hữu cơ và vô cơ Một tấn rơm đốt phát hành 3 các hạt kg, 60 kg CO, 1.460 kg CO2, 199 kg tro và 2kg SO2 Sự thay đổi trong thành phần của khí quyển có thể có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp vào sự cân bằng bức xạ Bên cạnh đó các hydrocacbon ánh sáng khác, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) và bán các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (SVOCs) bao gồm polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) và biphenyl đã polyclo hóa (PC s) và SOx, NOx cũng được phát ra Các chất khí này quan trọng đối với những tác động toàn cầu của chúng và có thể dẫn đến sự gia tăng tại từng khu vực ở các cấp độ của hạt nhân như

ở tầng bình lưu Sau đó, chúng có thể di chuyển xuyên biên giới tùy thuộc vào tốc

độ gió / hướng, phản ứng với oxy hóa như OH-lý-hóa học chuyển đổi và rửa ra bằng lượng mưa Nhiều người trong số các chất ô nhiễm được tìm thấy với số lượng lớn trong khói sinh khối được biết hoặc nghi ngờ gây ra ung thư và có thể là một nguyên nhân chính dẫn tới các bệnh về phổi [38]

Bảng 3 Chu Trình Chuy n H a Nitơ

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trên địa bàn huyện Hoài Đức, trong đó lựa chọn nghiên cứu sâu tại 3 xã điển hình về nông nghiệp thuộc huyện Hoài Đức (xã Yên

Sở, xã Tiền Yên và xã Sơn Đồng) Khái niệm phế phụ phẩm nông nghiệp được sử

dụng trong luận văn bao gồm phần rơm rạ không thu hoạch trong sản xuất lúa

Nghiên cứu về phế phụ phẩm nông nghiệp bao gồm các vấn đề về nguồn phát sinh, thành phần và khối lượng chất phế phụ phẩm nông nghiệp trên địa bàn nghiên cứu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp kế thừa

Phương pháp này sẽ tiến hành thu thập, tổng hợp, kế thừa các tài liệu đã có liên quan đến đề tài nhằm đảm bảo cập nhật, kế thừa tối đa và tổng hợp tốt nhất những kết quả đã có về lĩnh vực nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Luận văn đã thu thập các số liệu thông qua các cơ quan của huyện Hoài Đức tại Phòng tài nguyên và môi trường huyện Hoài Đức Các số liệu được sử dụng trong luận văn là những số liệu mới cập nhật Những dữ liệu được sử dụng trong luận văn bao gồm:

 Điều kiện tự nhiên

 Hiện trạng Kinh tế - Xã hội

 Quy hoạch phát triển KT-XH đến năm 2010 và định hướng đến 2020

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa

Phương pháp này nhằm thu thập các thông tin tại địa bàn nghiên cứu thông qua phiếu điều tra, phỏng vấn sâu Những nội dung chính phục vụ cho việc thu thập trong quá trình khảo sát thực địa bao gồm các thông tin liên quan đến sản xuất nông nghiệp như sự biến động về năng suất, sự thay đổi về tỷ lệ sử dụng phân chuồng, phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, thực trạng về phát sinh, thu gom, vận chuyển, cách xử lý các phế phẩm nông nghiệp, … Thực hiện tại 3 xã, với 30 hộ/xã thông qua bảng hỏi

Xác định số lượng các nhóm vi sinh vật chủ yếu (vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm) trước và sau khi đốt ở các tầng đất 0 – 2cm, 4 – 6cm, 8 – 10cm

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm trong chậu

Mục đích của thí nghiệm trong chậu là xác định ảnh hưởng của việc vùi rơm

rạ đến một số tính chất đất đặc biệt là các chất mùn đất Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Bộ môn thổ nhưỡng, khoa Môi trường, trường ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội

Đất, rơm rạ được lấy trực tiếp trên ruộng lúa thuộc xã Yên Sở Đất sau khi phơi khô được đập nhỏ và trộn đều với rơm khô đã được cắt nhỏ khoảng 1 - 2cm theo tỷ lệ khác nhau Sau đó mẫu được đưa vào chậu thí nghiệm với lượng đất là 6 kg/chậu Để thuận tiện lượng bổ sung rơm rạ được gọi chung là phụ phẩm bổ sung

Tiến hành thí nghiệm trong thời gian 150 ngày

a) Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của lượng phụ phẩm bổ sung đến chất mùn trong đất Các mẫu đất và rơm rạ sẽ được trộn theo các tỷ lệ như trình bày ở Bảng 6

b) Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng của độ ẩm đến sự phân hủy chất hữu

cơ và sự hình thành chất mùn trong đất.Thí nghiệm được thực hiện với cùng một lượng phụ phẩm bổ sung (3% so với đất tương ứng với 180g rơm) trong các điều kiện khác nhau về độ ẩm (Bảng 7)

Bảng 7 Các công thức trong thí nghiệm 2

c) Theo dõi trong thí nghiệm

Đất nghiên cứu có tính chất như sau: Chất mùn tổng số 3,25%; Nts 0,16%, P2O50,059%, K2O 1,33%, pHKCl 5,94; CEC 11,25 lđl/100g, Ca2+ 6,25 lđl/100g và Mg2+ 1,75 lđl/100g Thí nghiệm được thực hiện trong thời gian 150 ngày với 3 lần lặp lại

- Duy trì độ ẩm bằng cách tưới nước bổ sung khi cần thiết

- Lấy mẫu đất định kì sau mỗi 30 ngày để phân tích các chỉ số pHKCl, mùn tổng số, axit humic, axit fulvic, tỷ lệ C/N

- Phân tích một số tính chất hóa học đất bao gồm: dung tích trao đổi cation (CEC), nitơ, photpho, kali tổng số, Ca2+, Mg2+ trước và sau thí nghiệm

2.2.3.3 Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

Phân tích các chỉ tiêu hóa học trong đất bằng các phương pháp thông thường được áp dụng phổ biến hiện nay trong các phòng phân tích đất Cụ thể như sau: