Ứng Dụng Chế Phẩm EM Và Chế Phẩm EMIC Trong Xử Lý Phụ Phẩm Nông Nghiệp Thành Phân Bón Hữu Cơ Tại Xã Vũ Tiến, Vũ Thư, Thái Bình

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
-------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM EM VÀ CHẾ PHẨM EMIC
TRONG XỬ LÝ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP
THÀNH PHÂN BÓN HỮU CƠ TẠI XÃ VŨ TIẾN VŨ THƯ - THÁI BÌNH

Người thực hiện

: LÊ XUÂN GIANG

Lớp

: MTC – K57

Khóa

: 57

Chuyên ngành

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn

: THS. DƯƠNG THỊ HUYỀN

Hà Nội - 2016

2


HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
---------------------------------------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM EM VÀ CHẾ PHẨM EMIC
TRONG XỬ LÝ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP
THÀNH PHÂN BÓN HỮU CƠ TẠI XÃ VŨ TIẾN VŨ THƯ - THÁI BÌNH

Người thực hiện

: LÊ XUÂN GIANG

Lớp

: MTC – K57

Khóa

: 57

Chuyên ngành

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn

: THS. DƯƠNG THỊ HUYỀN

Địa điểm thực tập

: VŨ TIẾN - VŨ THƯ – THÁI BÌNH


Hà Nội - 2016

4


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân,
em nhận được nhiều sự giúp đỡ của các tập thể, cá nhân trong và ngoài Học
viện Nông nghiệp Việt Nam. Xuất phát từ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc,
em xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó.
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo ThS. Dương
Thị Huyền, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô giáo và cán bộ của
khoa Môi trường cùng toàn thể các thầy cô trong Học viện Nông nghiệp Việt
Nam, những người đã dạy dỗ dìu dắt em trong suốt thời gian học tập và làm
việc tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã dành thời gian quan tâm,

động viên và giúp đỡ em trong suốt qua trình học tập và thực hiện khóa luận
tốt nhiệp.
Với quỹ thời gian có hạn và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá
trình thực hiện đề không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự đóng
góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin cam đoan những kết quả trong báo cáo này là đều
đúng sự thật.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Bình, ngày 20 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Lê Xuân Giang


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................................................................5
MỤC LỤC.................................................................................................................................................................6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................................................................8
DANH MỤC BẢNG................................................................................................................................................9
DANH MỤC HÌNH...............................................................................................................................................10
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI........................................................................................................................1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI............................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...............................................................................................................4
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG...................................................................................................................................4
1.1.1. Phụ phẩm nông nghiệp....................................................................................................................4
1.1.2 Chế phẩm sinh học...........................................................................................................................8
1.1.3 Phân bón hữ cơ...............................................................................................................................13
1.2 CAC

́ PHƯƠNG THƯC
́ XỬ LÝ PHỤ PHÂM
̉ NÔNG NGHIÊP̣ .............................................................................14
1.3 THỰC TRẠNG PHỤ PHÂM
̉ NÔNG NGHIỆP VÀ AN
̉ H HƯƠN
̉ G CUA
̉ CHUN
́ G ĐÊN
́ MÔI TRƯƠN
̀ G TRÊN THẾ GIƠÍ
VÀ VIÊT
̣ NAM ...............................................................................................................................................17
1.3.1 Trên thế giới....................................................................................................................................17
1.3.2 Ở Việt Nam......................................................................................................................................18
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP..............................................................................................22
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.........................................................................................................................22
2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................................................................................22
2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU...........................................................................................................................22
2.3.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội tại xã Vũ Tiến, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình.........................22
2.3.2 Quá trình xử lý phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón hữu cơ bằng chế phẩm EM và chế phẩm
EMIC.......................................................................................................................................................22
2.3.3 Hiệu quả xử lý cây phân xanh và rơm rạ của các chế phẩm EM và chế phẩm EMIC...................22
2.3.4 Giải pháp nâng cao hiệu quả xử cây phân xanh và rơm rạ thành phân hữu cơ bằng chế phẩm EM
và chế phẩm EMIC..................................................................................................................................22
2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................................................................................22
2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp............................................................................................22
2.4.2Phương pháp khảo sát thực địa.......................................................................................................23
2.4.3 Phương pháp phân tích so sánh.....................................................................................................23
2.4.4Phương pháp thống kê và xử lý số liệu............................................................................................23

2.4.5 Phương pháp lấy mẫu phụ phẩm hữu cơ.......................................................................................23
2.4.6 Phương pháp đo nhiệt độ đống ủ....................................................................................................23
2.4.7Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đống ủ....................................................................................23
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................................................................24
3.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ XÃ HỘI TẠI XÃ VŨ TIẾN – VŨ THƯ – THÁI BÌNH..........24
3.1.1 Điều kiện tự nhiên...........................................................................................................................24
3.1.2 Điều kiện kinh tế – xã hội...............................................................................................................25
3.1.3 Thực trạng phụ phẩm nông nghiệp hữu cơ tại xã Vũ Tiến..............................................................30
3.2 ĐĂC
̣ ĐIÊM
̉ CHẾ PHÂM
̉ EM VÀ CHẾ PHÂM
̉ EMIC VÀ QUY TRIN
̀ H XÂY DƯN
̣ G THIÊT́ KẾ ĐÔN
́ G U.̉ ............30
3.2.1 Chế phẩm EM.................................................................................................................................31

6


3.2.2 Chế phẩm EMIC.............................................................................................................................32
3.2.3 Quy trình xây dựng thiết kế đống ủ................................................................................................32
3.3 HIỆU QUẢ XỬ LÝ PHỤ PHÂM
̉ NÔNG NGHIÊP̣ BẰNG CHẾ PHẨM EM VÀ CHẾ PHÂM
̉ EMIC........................33
3.3.1 Diễn biến nhiệt độ đống ủ...............................................................................................................33
3.3.2 pH...................................................................................................................................................34
.................................................................................................................................................................35
3.3.3 OC%...............................................................................................................................................35

.................................................................................................................................................................35
3.3.4 OM%...............................................................................................................................................36
.................................................................................................................................................................36
3.3.5 N%..................................................................................................................................................37
.................................................................................................................................................................37
3.3.6 P2O5%............................................................................................................................................37
.................................................................................................................................................................37
3.3.7 K2O%.............................................................................................................................................38
3.4 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ PHỤ PHÂM
̉ NÔNG NGHIÊP̣ THAN
̀ H PHÂN HƯU
̃ CƠ BĂN
̀ G CHẾ
PHÂM
̉ EM VÀ CHẾ PHÂM
̉ EMIC....................................................................................................................40
3.4.1 Giải pháp quản lý...........................................................................................................................40
3.4.2 Giải pháp tuyên truyền và giáo dục cộng đồng..............................................................................41
3.4.3 Giải pháp về mặt thời gian.............................................................................................................42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................................................................43
1. KẾT LUẬN..................................................................................................................................................43
2. KIẾN NGHI.̣ ................................................................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................44
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH........................................................................................................................................47

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BNN

: Bộ Nông nghiệp

Cs

: Cộng sự

CTĐC

: Công thức đối chứng

CTTN

: Công thức thí nghiệm

ĐBSCL

: Đồng bằng sông Cửu Long

ĐBSH

: Đồng bằng sông Hồng

KHCN

: Khoa học công nhệ

NN&PTNT

: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

NXB

: Nhà xuất bản

TBVTV

: Thuốc bảo vệ thực vật

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TG

: Thế giới

VAC

: Vườn ao chuồng

VSV

: Vi sinh vật

SX

: Sản xuất

SXNN

: Sản xuất nông nghiệp

8


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần phụ phẩm nông nghiệp....................................................................................................5
Bảng 1.2: Hàm lượng xenluloza trong một số loại phụ phẩm nông nghiệp ......................................................7
Bảng 1.3: Tổng lượng rơm rạ thải ra tại một số quốc gia năm 2010................................................................18
Bảng 1.4: Ước tính khối lượng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp chính
ở Việt Nam..........................................................................................................................................................19
Bảng 3.1: Cơ cấu lao động xã Vũ Tiến năm 2015.............................................................................................30
Bảng 3.2: Công thức ủ phụ phẩm nông nghiệp thành phân hữ cơ....................................................................32
Bảng 3.3: Diễn biến nhiệt độ đống ủ ở các công thức.......................................................................................33
Bảng 3.4: Chi phí nguyên liệu và lãi thu được sau khi tiến hành xử lý phụ phẩm nông nghiệp ......................39

9


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Diện tích gieo trồng của xã Vũ Tiến năm 2015..........................................................................................25
Hình 3.2: Cơ cấu vật nuôi trong xã Vũ Tiến năm 2015..............................................................................................26
Hình 3.3: Cơ cấu diện tích đất trên toàn xã Vũ Tiến năm 2015.................................................................................28
Hình 3.4: Biểu đồ nhiệt đọ trung bình của các công thức.........................................................................................34
Hình 3.5: Biểu đồ nồng độ pH của các công thức......................................................................................................35
Hình 3.6: Biểu đồ hàm lượng OC% của các công thức..............................................................................................35
Hình 3.7: Biểu đồ biểu diễn độ mùn của các công thức.............................................................................................36
Hình 3.8: Biểu đồ hàm lượng N% trong các công thức............................................................................................37

Hình 3.9: Biểu đồ hàm lượng P2O5% trong các công thức.......................................................................................37
Hình 3.10: Biểu đồ hàm lượng K2O% trong các công thức......................................................................................38

10


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta là một nước nông nghiệp với gần 80% dân số làm nông và các
công việc liên quan đến nông nghiệp .Với diện tích lúa nước khoảng 7,89
triệu ha, chiếm 87,06% tổng diện tích lương thực có hạt, sản lượng lúa đạt
mức 44,076 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2013). Như vậy, khối lượng phụ
phẩm nông nghiệp sau thu hoạch là rất lớn thích hợp cho việc ủ thành phân
hữu cơ để bón cho cây trồng, nhưng nếu không được xử lý một cách thích
hợp sẽ ảnh hưởng đến môi trường. Ví dụ như thói quen tại các vùng nông
thôn từ trước đến nay vẫn thường đốt phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, …) sau
khi thu hoạch nên nguồn phụ phẩm vẫn chủ yếu bị bỏ phí. Trước đây, bà con
nông dân thường dùng phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch (rơm rạ, …) để
đun nấu, làm thức ăn cho trâu, bò…. Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây,
kinh tế - xã hội phát triển, đời sống người dân được cải thiện, người dân cũng
không dùng đến phụ phẩm nông nghiệp nhiều như trước thay vào đó người
dân lựa chọn giải pháp đốt rơm, rạ trên đồng. Việc xử lý rơm rạ không đúng
như vậy đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt đối với những khu
vực gần trung tâm nơi có phương tiện tham gia giao thông lớn và nhiều dân
cư. Việc đốt rơm rạ làm che khuất tầm nhìn gây nguy hiểm cho người tham
gia giao thông và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Ngoài ra một vấn
đề không kém phần quan trọng đó là việc xử lý rơm rạ không đúng phương
pháp sẽ làm mất đi nhiều nguyên tố quan trọng mà cây trồng đã lấy đi từ đất.
Cùng với đó, trong những năm qua, việc sử dụng phân hóa học trong
nông nghiệp đã trở nên phổ biến do hiệu quả rõ rệt của phân hóa học đem lại

đối với sản xuất nông nghiệp, cùng với cách sử dụng phân hóa học đơn giản,
dễ dàng nên trong sản xuất nông nghiệp hiện nay sử dụng phân hóa học rất
nhiều, cùng với đó có một thực tế là hiện nay việc sử dụng phân hữu cơ trong

1


sản xuất nông nghiệp hiện nay rất hạn chế. Nhưng song song với những lợi
ích mà phân hóa học mang lại phải kể đến hậu quả không nhỏ của việc sử dụng
phân hóa học mang lại đó là diện tích và tốc độ đất canh tác bị thoái hóa ngày
càng tăng. Ở nước ta, TBVTV 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 TBVTV
cũng tăng theo thời gian từ 0,48% (năm 1960) đến nay là 100%. Đến những
năm gần đây, việc sử dụng TBVTV đã tăng lên đáng kể cả về khối lượng lẫn
chủng loại, với hơn 1.000 loại TBVTV đang được lưu hành trên thị trường.
Ngoài ra việc sử dụng phổ biến các loại phân hóa học trong sản xuất
nông nghiệp, cũng như các điều kiện sản xuất không bảo đảm đã làm ảnh
hưởng nghiêm trọng đến chất lượng các loại nông sản sau thu hoạch, đó chính
là một trong những nguyên nhân gây mất an toàn vệ sinh thực phẩm đối với
các sản phẩm rau quả và đang là mối hiểm họa thường trực đối với cuộc sống
của chúng ta.
Thái Bình là một tỉnh ven biển thuộc Đồng bằng sông Hồng với diện
tích tự nhiên là 1.647.700 ha trong đó đất nông, lâm, ngư nghiệp chiếm
106.811 ha, tổng diện tích trồng lúa toàn tỉnh : 86.542 ha 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 việc đốt
rơm rạ sau mỗi vụ gặt là tình trạng chung của hầu hết vùng trồng lúa chính
trên địa bàn toàn tỉnh. Tình trạng đốt rơm rạ diễn ra ngày càng phổ biến, ảnh
hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.

Xuất phát từ thực tiễn trên, em tiến hành thực hiện đề tài : “Ứng dụng
chế phẩm EM và chế phẩm EMIC trong xử lý phụ phẩm nông nghiệp
thành phân bón hữu tại xã Vũ Tiến - Vũ Thư - Thái Bình” với mục đích cơ
bản là ứng dụng thành công chế EM và chế phẩm EMIC xử lý phụ phẩm nông
nghiệp tạo phân bón hữu cơ.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội tại xã Vũ Tiến, huyện Vũ
Thư, tỉnh Thái Bình.
- Sử dụng các chế phẩm EM và chế phẩm EMIC trong xử lý phụ phẩm
nông nghiệp thành phân bón hữu cơ
- Đánh giả hiệu quả xử lý phụ phẩm nông nghiệp của các chế phẩm EM
và chế phẩm EMIC
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý phụ phẩm nông nghiệp
thành phân hữu cơ bằng chế phẩm EM và chế phẩm EMIC

3


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm chung
1.1.1. Phụ phẩm nông nghiệp
1.1.1.1 Khái niệm
Phụ phẩm nông nghiệp là các vật loại bỏ từ hoạt động trồng trọt của sản
xuất nông nghiệp mà phần lớn là tàn dư thực vật hay chất thải sau khi thu
hoạch.
Phụ phẩm nông nghiệp là những vật và chất mà người dùng không còn

muốn sử dụng và thải ra. Trong cuộc sống, phụ phẩm được hình dung là những
chất không còn được sử dụng cùng với những chất độc được xuất ra từ chúng.
Phụ phẩm nông nghiệp là vật liệu không sử dụng được, chất lỏng
hoặc rắn, là kết quả của hoạt động nông nghiệp như phân bón, thuốc trừ sâu,
dư lượng cây trồng (như vườn cắt tỉa) và phân gia súc. Những người
khác xem chất thải nông nghiệp bao gồm những thứ như chất thải thuốc trừ
sâu, thùng chứa thuốc trừ sâu bị loại bỏ, nhựa như bọc thức ăn ủ chua, túi
xách và lá, chất thải bao bì, máy móc cũ, dầu, thuốc thú y thải. Nghiên cứu
này tập trung chủ yếu vào chất thải nông nghiệp là các phụ phẩm từ sản xuất
nông nghiệp.
Phụ phẩm nông nghiệp là những chất hữu cơ, có thể còn non, xanh; có
thể đã xơ cứng vì silic hoá như trấu hay lignin hoá như gỗ. Chúng còn có thể
được xem như là một dạng tích trữ năng lượng từ mặt trời nhờ quá trình
quang tổng hợp và các quá trình sinh học khác trong sản xuất nông nghiệp
Phụ phẩm nông nghiệp là những sản phẩm phụ thu được từ cây trồng như:
rơm lúa, thân ngô, thân lạc, ngọn mía, bã mía, cỏ khô, bã sắn.
Phụ phẩm nông nghiệp phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau: trồng trọt,
chăn nuôi, thu hoạch nông sản, bảo vệ động thực vật, …
Ngoài ra phụ phẩm nông nghiệp còn được tạo ra trong quá trình bón

4


phân sử dụng thuốc bảo vệ thực vật như chai lọ, túi ni lông… mà phần lớn
lượng phụ phẩm nông nghiệp này chưa có cách xử lý hiệu quả
1.1.1.2 Thành phần và phân loại
Về thành phần phụ phẩm nông nghiệp hữu cơ ngoài đồng ruộng là loại
chiếm số lượng lớn nhất với thành phần phong phú và đa dạng trong đó phụ
phẩm từ lúa gạo và các nông sản chiếm tỉ lệ cao nhất: gồm có rơm, rạ,lõi ngô
vỏ trấu… với thành phần chủ yếu là nhóm hợp chất cacbon khó phân giải

(xenluloza, hemixenluloza, lignin, pectin).
Bảng 1.1: Thành phần phụ phẩm nông nghiệp
Nhóm hợp chất hữu cơ không chứa Nito Nhóm hợp chất hữu cơ chứa Nito
- Xenluloza
- Protein
- Hemixenluloza

- Kitin

- Lignin
- Tinh bột
Nguồn: Nguyễn Xuân Thành và cs.
Việt Nam là quốc gia đứng thứ hai về sản xuất lúa gạo sau Thái Lan.
Do đó, hàng năm lượng rơm, rạ và vỏ trấu thải ra ngoài tương đối lớn.
Trong đó một phần nhỏ rơm rạ được sử dụng làm phân bón sinh học, còn lại
chủ yếu là đốt bỏ ngay trên đồng ruộng gây ra lãng phí và ảnh hưởng tới môi
trường. Nếu biết tận dụng nguồn rơm rạ thải ra sẽ có ý nghĩa nhiều về kinh tế
và môi trường.
Theo thống kê của SNV (Tổ chức phát triển Hà Lan), mỗi năm Việt
Nam sản xuất ra xấp xỉ 40 triệu tấn sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo, bao gồm
32 triệu tấn rơm rạ và 8 triệu tấn trấu. Tổng năng lượng lý thuyết tiềm năng từ
phụ phẩm lúa gạo tương đương 13,34 Mtoe (trong đó Mtoe là đơn vị tính
năng lượng lý quy đổi tương đương với 1 tấn dầu). So với tổng tiêu thụ năng
lượng sơ cấp của Việt Nam năm 2010 là 47 Mtoe, thì riêng rơm rạ và trấu có
thể đáp ứng được 28% nhu cầu. Tuy có nguồn sinh khối dồi dào nhưng thiếu

5


sự quan tâm trong những năm gần đây, sau mỗi vụ thu hoạch lúa, tại các đô

thị lớn lại chứng kiến cảnh khói bay mịt mù từ những cánh đồng ven đô căn
nguyên từ việc người nông dân đốt rơm rạ. Hiện tượng này càng ngày càng
phổ biến.
Người dân cho rằng việc đốt rơm rạ lấy tro bón ruộng sẽ bổ sung dinh
dưỡng cho đất. Nhưng thực tế, việc đó cải thiện tình trạng đất không đáng kể
thậm chí ảnh hưởng tới môi trường và tài nguyên đất tại nơi đốt. Nó khiến
cho đất tại vị trí đốt bị nóng, ảnh hưởng tới sinh vật trong đất, một số thành
phần cơ giới của đất bị thay đổi khiến cho đất bị chai lì. Nguồn dinh dưỡng bị
mất dần, năng suất cây trồng giảm. Ngoài ra khói tỏa ra từ những nơi đốt ảnh
hưởng tới sức khỏe người dân trong khu vực và những vùng lân cận. Không
khí ngột ngạt, gây ra hiện tượng khó thở. Không chỉ có như vậy, việc đốt rơm
rạ còn ảnh hưởng tới con người và phương tiện tham gia giao thông trên
đường. Trên một số tuyến đường quốc lộ, đường liên huyện, liên xã…bà con
nông dân chất rơm rạ thành đống để đốt tạo ra khói mù mịt, giảm tầm nhìn
của người tham gia giao thông.
Trong thành phần của rơm, rạ bao gồm xenlulozo và hemixenluloza và
một số hợp chất hữu cơ khác, khi bị đốt, những chất này bị phân hủy tạo
thành CO2 một trong những chất khí cơ bản gây ra hiệu ứng nhà kính, nguyên
nhân của việc làm cho Trái Đất nóng lên.
Vỏ trấu trước kia thường hay được sử dụng làm chất đốt hay trộn với
đất sét làm vật liệu xây dựng…. Không những trấu được sử dụng làm chất đốt
trong sinh hoạt mà còn được sử dụng như một nguồn nguyên liệu thay thế
cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ.
Cũng như rơm và rạ, vỏ trấu có nhiều nhất ở đồng bằng sông Hồng và
đồng bằng sông Cửu Long, hai vựa lúa lớn nhất cả nước. Chúng thường
không được sử dụng hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu
hủy. Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy chế biến lúa gạo thường đặt

6

ngay ven sông, do đó vỏ trấu thường đổ xuống sông, rạch. Trấu trôi lềnh bềnh
khắp nơi, chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng tới đời
sống sinh hoạt người dân dọc hai bên sông.
Bảng 1.2: Hàm lượng xenluloza trong một số loại phụ phẩm nông nghiệp
(đơn vị %)
Loại tàn dư thực vật
- Bông

Xenluloza

Loại tàn dư thực vật
- Lúa nước

Xenluloza
43

+ Vỏ

60

- Vỏ đậu tương

51

+ Sợi

91

- Mía

42

- Gỗ thông

45

+ Cây

56,5

- Rơm

30,5

+ Bã – Thân ngô

36

- Lúa mì

48,34

- Cỏ

28

Lúa mạch

42,8

Nguồn: Nguyễn Xuân Thành và cs.

Về phân loại: Dựa vào nhiều cách khác nhau ta có thể phân loại được
phụ phẩm nông nghiệp.
Theo nguồn gốc phát sinh: Phụ phẩm có nguồn gốc từ hoạt động trồng
trọt, hoạt động bón phân, bảo vệ thực vật, thu hoạch nông sản, …
Theo thành phần hóa học: Phụ phẩm nông nghiệp hữu cơ: gồm nhóm
hợp chất hữu cơ không chứa nito và hợp chất hữu cơ chứa nito.
Phụ phẩm nông nghiệp phi hữu cơ: chai lọ bao bì nilon.
Theo khả năng phân hủy sinh học: Phụ phẩm nông nghiệp có khả năng
phân hủy sinh học: tàn dư thực vật.
Phụ phẩm nông nghiệp không có khả năng phân hủy sinh học: bao bì,
chai lọ, …

7


1.1.2 Chế phẩm sinh học
1.1.2.1 Khái niệm
Chế phẩm sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật gồm: Vi khuẩn quang
hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn, nấm mốc sống cộng sinh trong cùng
môi trường, chúng là các chủng vi sinh vật có ích nhằm mục đích cải thiện
môi trường, sức khỏe con người và cây trồng vật nuôi, không gây hại và tác
dụng phụ xấu sau khi sử dụng (Trần Thanh Loan và cộng sự, 2012).
1.1.2.2 Cơ sở khoa học xử lý phụ phẩm nông nghiệp bằng chế phẩm sinh học
Trong xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng người ta thường tập trung
nghiên cứu các phương pháp để quá trình phân giải, chuyển hóa các hợp chất
cacbon khó phân giải: xenluloza, hemixenluloza, lignin, ... diễn ra thuận lợi.
Về Xenlulo
Cấu tạo và tính chất xenlulo

Xenlulo là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các gốc β – D
Glucosse bằng liên kết β – 1,4 glucozit tạo thành chuỗi, có công thức cấu tạo
là [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000- 14.000. Mỗi
phân tử xenlulo thường chứa 1.400- 10.000 gốc gluco (Coughlan, 1979).
Xenlulo là một hợp chất tương đối phức tạp và chỉ bị thủy phân khi đun
nóng với axit và kiềm nhưng lại bị thủy phân ở điều kiện bình thường nhờ
phức hệ xenluloza của VSV.
Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy xenlulo
. Sinh tổng hợp xenluloza của vi sinh vật
Phân giải tự nhiên là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự tham gia phối
hợp cửa phức hệ enzim xenlulaza. Sinh tổng hợp xenlulaza được thực hiện
nhờ cơ chế cám ứng, kìm hãm xenlulo tự nhiên và dẫn xuất của chúng là
những tác nhân cảm ứng đặc hiệu với các thành phần trong phức hệ
xenlulaza. Quá trình này chịu sự điều khiền của bộ máy di truyền và các quá
trình sinh hóa do các chat cảm ứng, sự kiềm chế của các chất trao đổi và các

8


sản phẩm cuối cùng.
Theo Whitaker, xenlulo không phải là chất cảm ứng trực tiếp mà khi ở
ngoài môi trường chúng bị thủy phân bởi một lượng nhỏ enzim cấu trúc thành
xenlobioza, chất này có thể thấm qua màng tế bào vào trong và được coi là chắt
cảm ứng sinh lý, nhưng nếu nồng độ xenlobioza cao sẽ sinh tổng hợp xenlulaza.
Vỉ vậy, đê thu nguồn enzim cao người ta thường sử dụng các cơ chất không dề bị
thủy phân như : bã mía, rơm rạ, giấy loại. Hoặc có thể nuôi cấy kết hợp vi sinh vật
đồng hóa tốt xenlobioza (Lê Văn Nhương và cs, 1998).
Spirodonov đã nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên quá
trình sinh tổng hợp xenlulaza của chúng VK

Thermomonospora fusca

cho thấy

nguồn cacbon dễ tiêu (1%): gluco, xenlobioza, xyloza không ức chế sinh tổng
hợp xenlulaza. Tuy nhiên, nếu nuôi trên môi trường có xenlulo vi tinh thể thì
hoạt lực xenlulaza mạnh nhất. Hoạt lực xenlulaza sẽ thấp hơn từ 20 - 30 lần
nếu nuôi cấy trong môi trường không bổ sung gluco và xyloza (Lê Văn Nhương
và cs, 1998).
. Cơ chế phân giải xenlulo
Quá trình phân giải xenlulo

của

vi

sinh

vật

được thực hiện bới phức hệ

enzim xenlulaza.

Phức hệ này gồm 3 enzim chủ yếu:
Endogluconaza (1,4 - β - D - glucanohydrolaza, Cx, EC 3.2.1.4). Thủy
phân liên kết 1,4 glucozit bên trong phân từ xenlulo một cách tùy tiện nó
không tan công xelobioza nhưng thủy phân xenlodextrin. Enzim này phân giải
mạnh xenlulo hòa tan nhất là dạng xenlulo vô định hình nhưng hoạt động yếu
ờ vùng kết tinh.

Exoglucanaza (1,4 - p - D - glucanxenlobiohydrolaza, Cj, EC
3.2.1.91). Tác dụng lên xenlulo, cắt các đơn vị xenlobioza khỏi các đầu của chuỗi
xenlulo,

không tấn công các

xenlulo thay thế, có thể thủy phân xelodextrin nhưng

không thủy phân xenlobioza.
β glucozidaza (β - D - glucozit glucohydrolaza) hay xenlobioza

9

EC


3.2.1.21). Cắt các xenlobioza tạo thành bởi C1 và Cx thành gluco, không tấn
công xenlulo hay xenlodextrin bậc cao (Lê Văn Nhương, 2001).
Về động học phản ứng của các enzim này, Reese và các công sự lần
đầu đưa ra cơ chế phân giải vào năm 1950.
Xenlulo

C1

Xenlulo

Cx

Đường hòa tan

Xenlobioza
Gluco

tự nhiên
Hoạt động
Xenlobioza
Trong đó: C1 tương ứng với endoglucanaza
Cx tương ứng với exoglucanaza
Theo Reese, C1 là “tiền nhân tố thủy phân” hay là ezim không đặc hiệu,
nó làm trương xenlulo tự nhiên biến thành các chuỗi xenlulo hoạt động có
mạch ngắn hơn và bị ezim Cx tiếp tục phân cắt tạo thành các đường tan và
cuối cùng thành gluco dưới tác dụng của xenlobioza (Đào Thị Lương, 2006).
. Vi sinh vật phân giải xenlulo
Trong tự nhiên khu hệ VSV phân giải xenlulo rất phong phú và đa dạng
bao gồm cả vi khuẩn, xạ khuẩn và các loài nấm.
Xenlulo là một phức hệ ezim rất phức tạp, các VSV thường không có
khả năng tạo được tỉ lệ giữa các hợp phần một cách tương đối. Có loài tạo
được nhiều ezim này,có loài tạo được nhiều ezim khác, ví dụ vi khuẩn thường
không có khả năng tổng hợp Exo - glucanaza, trong khi đó đa số các loài nấm
lại có khả năng này. Giống nấm

Tricoderma

có khả năng tổng hợp mạnh các ezim

Endo – glucanaza và Exo – glucanaza, giống Aspergillus niger lại sinh tổng hợp mạnh
xenlobioza,

chúng thường kết hợp với nhau trong mối quan hệ sinh hỗ (Erikson,

1985).
+ Vi khuẩn
Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã nghiên cứu và nhận thấy một số vi
sinh vật kỵ khí có khả năng phân giải xenluloza. Những năm đầu thế kỷ 20

10


người ta phân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này. Trong
các vi khuẩn phân giải xenluloza, niêm vi khuẩn là quan trọng nhất, chúng
thường có hình que nhỏ bé, hơi cong, có thành tế bào mỏng, bắt màu thuốc
nhuộm kém, chủ yếu là các giống Cytophaga, Sporocytophara và Sorangium.
Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hoá các sản phẩm cùa sự phân
giải xenluloza thành CO2 và H2O. Ngoài ra còn thấy các loài thuộc giống
Cellivibrio cũng có khà năng phân huỷ xenluloza. Trong điều kiện kỵ khí, các
loài vi khuẩn ưa ẩm hoặc ưa nhiệt thuộc giống Clostridium và Bacillus tiến
hành phân giải xenluloza. Chúng phát triển yếu trên môi trường chứa
đường đơn. Khi phân giải xenluloza thành glucoza và xenlobioza, chúng sử
dụng các đường này như nguồn năng lượng và nguồn cacbon cũng thuờng
kèm theo việc tạo thành các axit hữu cơ, CO2 và H2O (Egorob, 1983).
Trong dạ cỏ của các động vật nhai lại có một hệ vi sinh vật tồn tại để
phân giải xenluloza đó là Ruminococcus flavefaciens, Butyrivibrio
fibrisolvens, Bacteroides succinogenes (Nguyễn Lân Dũng, 1984).
Jeris và cs tìm thấy trong đống ủ các loại vi khuẩn như Acteromobacter, Clostridium, Cellulomonas,
Cytophaga, Cellvibrio, Bacillus, Pseudomonas, Sorangium, Sporocytophaga đều có khả năng phân giải xenluloza.

+ Nấm sợi
Trên thực tế, nấm sợi đóng vai trò quan trọng hơn vi khuẩn và xạ
khuẩn trong vòng tuần hoàn cacbon tự nhiên. Chúng không những có thể
phát triển được ở các điều kiện khắc nghiệt hơn vi khuẩn và xạ khuẩn

mà còn tiết vào môi trường lượng enzim xenlulaza ngoại bào khá đầy đủ
và hoàn chỉnh. Các nấm được đánh giá là có khả năng phân giải, chuyển
hoá xenluloza mạnh là Trichoderma reesei, T. viride, Fusarium solani,
Penicillium

pinophinum,

Phanerochate

chrysosporium,

Sporotrichum

pulverulentum và Selerotium.
Ngoài ra, trong đống ủ phụ phẩm người ta còn tìm thấy các giống nấm
Myrthecium, Polypones, Rhizoctonia, ... Các nấm ưa nhiệt cũng được chú ý vì chúng có thê tổng hợp các
enzim bền nhiệt hơn, chúng sinh trưởng và phân giải nhanh xenluloza nhưng hoạt tính xenluloza của dịch lọc lại thấp. Nấm có khả năng

11


sinh trưởng và sản xuất xenluloza cực đại ở phạm vi pH = 3,5 – 6,6 (Đào Thị Lương,1998).

+ Xạ khuẩn
Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật có mặt quanh năm ở tất cà các loại
đất. Số lượng xạ khuẩn phụ thuộc vào loại đất và tính chất của đất. Xenlulaza
của xạ khuẩn là enzim ngoại bào. Waksman và cs khi phân lập trong mùn rác
thấy xạ khuẩn có mặt trong tất cả các loại đất ở các mùa trong năm.
(1946) phân lập được

Hungater

loài Micromonosopra có khả năng thuỷ phân xenluloza. Ballamy (1974)

nuôi cấy Theramoactinomyces trong phân bò để thu được protein bao gồm lizin , triptophan và
các axit amin chứa lưu huỳnh

với hàm lượng khá cao.

Veigia và cs (1983) đã phân lập được 36 chủng xạ khuẩn từ bùn ở vịnh
Lacoruva (Tây Ban Nha) trong đó có 19 chủng có khả năng tổng hợp xenluloza
và sinh trưởng tốt ở môi trường chứa 3,5% NaCl (Vũ Thị Thanh Bình 1991).
Theo Nguyễn Xuân Thành và cs (2003), trong đống ủ phế thải rắn có chứa
nhiều loại xạ khuẩn đó là Actinomyces, Streptomyces, Frankia, Nocardia,
Actinopolyspora, Actinossynoema, Dermatophilus, Pseudonocardia, ...
Về Hemixenluloza
Hemixenluloza đứng sau xenluloza về khối lượng tế bào thực vật và
được phân bố chủ yếu ở vách tế bào. Về cấu trúc so với xeluloza thì
hemixenlulaza không chặt chẽ bằng. Hemixenluloza dễ bị phân giải bởi kiềm
hay axit loãng, đôi khi chúng còn bị phân giải trong nước nóng và đặc biệt
hemixenlulaza dễ dàng bị enzim hemixenluloza phân hủy. Enzim
hemixenluloza cũng có tính chất tương đồng với xenluloza về cơ chế tác động
và tính chất cảm ứng. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa hai nhóm enzim này là
emzim hemixenluloza có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn và
kém bền vững hơn so với xenluIoza (Nguyễn Lan Hương và các cs, 1999)
Các VSV phân giải hemixenluloza như các loài thuộc chi Clotridium,
các vi khuẩn dạ cỏ như:

Ruminococus, Bacillus.

Một số loài nấm như

Thị Kim Cúc, 2000)

12

Aspergillus, Pencillium

(Nguyễn


Về Lignin
Lignin là những hợp chất có thành phân câu tạo phức tạp. Lignin khác
xenluloza ở chỗ hàm lượng cacbon trong thân tàn dư thực vật tương đối
nhiều. Lignin dễ bị phân hủy từng phần dưới tác dụng của Na 2S03, H2SO4,...
nhưng lại không hòa tan trong dung dịch hữu cơ thông thường. Đặc biệt,
lignin rất bền vũng dưới tác dụng của enzim do đó gây cản trớ quá trình phân
giải lingo - xenluloza. Có khỏang 15 enzim tham gia vào quá trình phân giải
lignin. Ligninaza không thủy phân thành các tiểu phần hòa tan như quá trình
phân hủy xenluloza và trong cấu trúc của lignin chỉ có một số ít liên kết có thể
bị thủy phân. Tiến trình phân giải lignin bởi VSV được đặc trưng bởi các phản
ứng:
- Cắt oxy
Hóa mạch bên của đơn vị phenyl propan.
- Hình thành nhóm cacboxyl thơm.
- Tách nhóm methoxyl.
Lignin là cấu tử khó chuyển hóa chất trong các chất đồng hành
xenluloza vì chúng rất bền trước tác dụng của enzim ligninaza làm cản trở quá
trình phân hủy hàng tháng thậm chí hàng năm. Sự phân hủy lignin là kết quả
của mối quan hệ hỗ sinh giữa nấm, vi khuẩn và sinh vật khác trong đất. Nấm

phân giải như Basidiomycetes và một vài thuộc họ Acomycetes.
Vi khuẩn đại diện phân hủy lignin như là Pseudomonas,
Xanthomaonas, Acinebacter. Ngoài ra, một số xạ khuẩn cũng có khả năng
phân hủy lignin mạnh là Streptomyces, Nocardia (Lê Văn Nhương, 2001).
1.1.3 Phân bón hữ cơ
Phân bón hữu cơ là phân chứa những chất dinh dưỡng ở dạng những
hợp chất hữu cơ như: phân chuồng, phân xanh, phân than bùn. phụ phẩm
nông nghiệp, phân rác. (Nguồn: />
13


Chất hữu cơ đối với cây trồng thì không thể thiếu, nó có một số tác
dụng cụ thể như sau: Thứ nhất chất hữu cơ tồn tại xen kẽ với các thành phần
kết cấu của đất, tạo ra sự thông thoáng giúp rễ phát triển mạnh nên có cường
độ hô hấp tối đa và dễ dàng hấp thu các nguồn dinh dưỡng. Thứ hai chất hữu
cơ sẽ lưu giữ các khoáng chất đa, trung vi lượng từ các loại phân bón hóa học
và cung cấp dần cho cây hạn chế được hiện tượng thất thoát phân bón trong
quá trình sử dụng, giảm chi phí đáng kể trong SX nông nghiệp, giúp đất giữ
ẩm làm cây chống chịu khô hạn tốt hơn và thứ ba, sự hiện diện của chất hữu
cơ làm môi trường sống cho các hệ vi sinh có ích, các hệ vi sinh này cân bằng
môi trường của hệ sinh thái vì vậy sẽ hạn chế một số đối tượng gây bệnh, góp
phần tăng năng suất và chất lượng nông sản.
1.2 Các phương thức xử lý phụ phẩm nông nghiệp
Với đặc điểm là những chất hữu cơ, các loại phụ phẩm nông nghiệp có
thể được sử dụng theo những mục đích sau:
Cày vùi trực tiếp vào đất trên đồng ruộng: Khi cày trực tiếp phụ phẩm
nông nghiệp xuống dưới đất, nhờ hoạt động của vi sinh vật rơm rạ sẽ phân
hủy thành các chất hữu cơ có ích cho cây. Nhưng việc cày vùi rơm rạ như thế
sẽ gây tình trạng cố định tạm thời và làm tăng lượng khí metan phóng thích
trong đất, gây ra tình trạng tích lũy khí nhà kính.

Sản xuất nấm từ rơm rạ: Rơm rạ được thu gom sau đó ép lại thành
bánh. Người dân nuôi cấy trên những bánh rơm đó. Phương pháp này làm
tăng hiệu quả về kinh tế, hạn chế ô nhiễm môi trường và tạo ra công ăn việc
làm cho người dân nhưng lại có nhược điểm là làm mất đi hàm lượng chất
hữu cơ ra khỏi đồng ruộng.
Sản xuất thức ăn chăn nuôi: Rơm, thân cây, … có thể được dùng làm
thức ăn cho trâu, bò. Nếu ủ rơm với ure theo tỷ lệ 4% trọng lượng hay mật rỉ
đường còn làm tăng giá trị dinh dưỡng cho gia súc. Cám, tấm từ lâu đã được
dùng chế biến thức ăn chăn nuôi. Phương pháp này giúp người dân tiết kiệm

14


được tiền mua thức ăn chăn nuôi gia súc, hạn chế ô nhiễm môi trường song
phương pháp này lại làm hở vòng quay vật chất, chất dinh dưỡng bị mang đi.
Làm nguyên liệu cho ngành nghề tiểu thủ công, cho công nghiệp: Nhiều
loại phụ phẩm nông nghiệp ngày nay được dùng làm nguyên liệu cho các ngành
nghề tiểu thủ công nghiệp hoặc công nghiệp, đem lại thêm việc làm và thu nhập
cao cho xã hội như: rơm dùng làm hài, nón, chổi rơm; bẹ bắp (ngô) làm loại vỏ
cho sợi dai, có thể dùng để xe sợi và chế tạo thảm, giỏ…; xơ dừa có rất nhiều
công dụng, mùn dừa trước đây thường bị bỏ phí, gây ô nhiễm môi trường, nay
đã là một nguyên liệu qúy trong sản xuất đất sạch xuất khẩu cho những người
trồng cây. Vỏ hạt bắp (ngô) trước chỉ dùng làm thức ăn chăn nuôi, nay với tiến
bộ kỹ thuật, người ta có thể tách ra từ sợi vỏ hạt bắp các loại đường, lipid và
protein qúy làm nguyên liệu cho ngành sản xuất cồn (ethanol) làm xăng sinh
học, và đặc biệt là mỹ phẩm có giá trị kinh tế rất cao; tương tự, xác khoai mì
(sắn) trước chỉ dùng làm thức ăn chăn nuôi, nay với tiến bộ kỹ thuật vi sinh và
lên men, người ta có thể ủ để sản xuất cồn ethanol,…
Sản xuất biogas và điện năng: Phụ phẩm nông nghiệp đều là dạng dự
trữ năng lượng nên có thể được dùng để sản xuất năng lượng sinh học: phân

gia súc, dư thừa thực vật có thể được dùng sản xuất khí sinh học (biogas),
biogas có thể dùng để đốt trực tiếp để nấu nướng hoặc làm gas đốt cho máy
phát điện. Các kỹ sư cơ khí đã điều chỉnh được động cơ diesel để chạy được
bằng biogas, đó là thuận lợi rất tốt để kinh doanh năng lượng ở nông thôn,
nhất là ở các vùng sâu, vùng xa.
Ngày nay, do dịch bệnh phát triển ngành chăn nuôi đang có xu hướng
tập trung vào những vùng xa dân cư, đó lại là điều kiện tập trung nguồn chất
thải từ gia súc để sản xuất biogas và phát điện; vừa giải quyết vấn đề môi
trường, vừa tăng thu nhập cho nhà chăn nuôi Ngoài biogas, nước thải, chất bã
từ các hầm ủ biogas còn là loại phân hữu cơ rất tốt và an toàn cho cây trồng
cũng như môi trường. Trấu, bã mía, vỏ đậu,… có thể được dùng làm chất đốt

15