Ứng Dụng Quy Trình B2004-32-66 Xử Lý Tàn Dư Thực Vật Trên Đồng Ruộng Tại Xã Nam Lợi, Huyện Nam Trực, Tỉnh Nam Định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

VŨ THỊ HÀ

ỨNG DỤNG QUY TRÌNH B2004-32-66 XỬ LÝ TÀN DƯ
THỰC VẬT TRÊN ĐỒNG RUỘNG TẠI XÃ NAM LỢI
HUYỆN NAM TRỰC - TỈNH NAM ĐỊNH

CHUYÊN NGÀNH

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ

: 60.44.03.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN XUÂN THÀNH

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, tháng

năm 2014

Tác giả luận văn

Vũ Thị Hà
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi tới lời kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS
Nguyễn Xuân Thành đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu trường Đại học Nông nghiệp Hà
Nội đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và sinh hoạt tại trường
trong suốt thời gian học tập.
Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong khoa Môi trường đã hết sức
giúp đỡ, giảng dạy cho tôi trong những học kỳ vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn UBND xã Nam Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam
Định đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong việc thu thập thông tin, số liệu của xã.
Xin cảm ơn gia đình luôn là nguồn động viên, là điểm tựa vững chắc hỗ trợ
và tạo nghị lực cho tôi trong suốt quá trình học tập.

22


Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các anh, chị, các bạn trong lớp KHMTK21C đã
luôn bên tôi trong 02 năm học vừa qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng năm 2014

Học viên thực hiện

Vũ Thị Hà

33


MỤC LỤC
Lời cam đoan...........................................................................................................i
Lời cảm ơn..............................................................................................................ii
Mục lục ..................................................................................................................iii
Danh mục bảng......................................................................................................vi
Danh mục Hình, Hình và hình..............................................................................vii
Danh mục viết tắt.................................................................................................viii

44


DANH MỤC BẢNG
STT

TÊN BẢNG

55

TRANG


STT

TÊN BIỂU HÌNH

TRANG

66


VSV: Vi sinh vật

77


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Nước ta là nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, với các đồng bằng
châu thổ dọc bờ biển thuận lợi cho trồng trọt. Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp
sản sinh ra các chất thải nếu không được xử lý sẽ làm ô nhiễm môi trường. Mặt
khác, qua hoạt động sản xuất nông nghiệp, con người đã lấy đi khỏi đất hàng tỷ tấn
vật chất mỗi năm thông qua sinh khối của cây trồng, nhưng lại không trả lại cho đất
lượng vật chất đã lấy đi nên đã làm cho đất ngày càng trở nên thoái hóa và bạc màu
vì vậy cần có biện pháp xử lý sao cho vừa hiệu quả vừa đem lại lợi ích kinh tế.
Nam Lợi là một xã thuần nông thuộc huyện Nam Trực, người dân sống chủ
yếu nhờ nghề nông nên lượng phế thải nông nghiệp sau thu hoạch là khá lớn. Trước
đây, phần lớn phế thải nông nghiệp sau thu hoạch dùng để đun nấu, làm thức ăn cho
gia súc nhưng mấy năm trở lại đây đời sống người dân được cải thiện, họ không cần
đến rơm rạ để đun nấu, mặc dù vậy họ vẫn cần giải phóng ruộng để chuẩn bị cho vụ
sau và giải pháp đốt tàn dư sau thu hoạch trên đồng ruộng là lựa chọn phổ biến nhất
của bà con nông dân. Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức
khỏe và làm mất an toàn giao thông trên nhiều tuyến đường. Vì vậy cần có biện pháp
thích hợp nhất để giải quyết vấn đề phế thải nông nghiệp, kinh tế và môi trường.

Trong những năm qua việc ứng dụng quy trình của đề tài cấp Bộ B2004-3266 đã đem lại nhiều hiệu quả thiết thực trong việc xử lý tàn dư thực vật và được
đánh giá cao tại một số tỉnh Bắc Bộ như: Bắc Giang, Hải Dương, Hưng Yên...
Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi xin tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng quy trình B2004-32-66 xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng
tại Xã Nam Lợi- Huyện Nam Trực- Tỉnh Nam Định”
2. Mục đích, yêu cầu
2.1. Mục đích:
Điều tra thực trạng và các biện pháp xử lý tàn dư thực vật tại xã Nam Lợi,
huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định;
Đánh giá hiệu quả của quy trình xử lý và tái chế tàn dư thực vật B2004-32-

88


66 thành phân bón hữu cơ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại xã Nam Lợi,
huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định.
Đề xuất một số giải pháp xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng tại xã Nam
Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định
2.2. Yêu cầu:
Chỉ ra được thành phần, khối lượng tàn dư thực vật và các biện pháp xử lý tại
xã Nam Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định;
Thử nghiệm quy trình xử lý và tái chế tàn dư thực vật B2004-32-66 tại nông
hộ thành phân bón hữu cơ ở xã Nam Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định.

99


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam.
1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc, thành phần và phân loại phế thải đồng ruộng

a. Khái niệm:
Phế thải đồng ruộng là các chất thải rắn phát sinh từ các hoạt động sản xuất
nông nghiệp ngoài đồng ruộng như trồng trọt, thu hoạch : rơm rạ, thân lá thực vật,
bao bì đựng phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật…
b. Nguồn gốc:
Nguồn gốc phát sinh chất thải rắn đồng ruộng từ nhiều nguồn khác nhau và
được thể hiện qua hình sau:
Trồng trọt
(thực vật chết, tỉa cành, làm cỏ…)
Thu hoạch nông sản
( rơm rạ, trấu, cám, thân lõi ngô…)
Bảo vệ thực vật
( chai lọ đựng hóa chất BVTV)
Quá trình bón phân, kích thích sinh trưởng
( bao bì chứa đựng…)
PHẾ

THẢI

ĐỒNG

RUỘNG

Hình 1.1: Các nguồn phát sinh chất thải rắn nông nghiệp
Phế thải đồng ruộng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như trong quá trình
trồng trọt, thu hoạch nông sản, quá trình sử dụng thuốc BVTV, quá trình bón phân,
kích thích sinh trưởng. Trong quá trình trồng trọt, phế thải đồng ruộng chính là các

10
10

xác thực vật đã chết, cành lá được cặt tỉa và các loại cây cỏ bị con người loại bỏ
trong khi chăm sóc cây trồng. Trong quá trình sinh trưởng của cây, để giúp cây phát
triển tốt và chống lại các loại sâu bệnh con người đã sử dụng các loại hoá chất
BVTV, các loại phân bón hóa học để bón cho cây trồng nhưng chai lọ và bao bì
đựng các hóa chất đó lại bị vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở thành tàn dư thực vật.
Ngoài ra, tàn dư thực vật còn phát sinh trong quá trình thu hoạch nông sản như: rơm
rạ, thân lõi ngô, trấu, cám…Đây là nguồn phế thải chính trong tàn dư thực vật và
hiện đang là nguồn gây ô nhiễm trầm trọng nếu không được xử lý kịp thời.
c. Thành phần:
Phế thải đồng ruộng mà chủ yếu là phế thải hữu cơ có thành phần rất phong
phú và đa dạng. Tuy nhiên, tựu chung chúng đều thuộc 2 nhóm hợp chất chính là:
nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon gồm có xenluloza, hemienxenluloza, pectin,
lignin, tinh bột và nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ gồm có protein và kitin.
Các hợp chất hữu cơ này không bất biến mà luôn luôn chuyển hóa từ dạng
này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau tạo thành một vòng
tuần hoàn khép kín trong tự nhiên. (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010)
d. Phân loại:
Phế thải đồng ruộng được phân loại theo nhiều cách khác nhau như: theo
nguồn gốc phát sinh, tính nguy hại, thành phần hóa học và theo khả năng phân hủy
sinh học. Trong khóa luận này, tôi chỉ tìm hiểu cách phân loại tàn dư thực vật theo
nguồn gốc phát sinh để từ đó đưa ra các giải pháp xử lý loại phế thải này.
Theo nguồn gốc phát sinh, phế thải đồng ruộng gồm các phế thải có nguồn
gốc từ các phế phụ phẩm trồng trọt và từ các bao bì đựng các hóa chất sử dụng
trong nông nghiệp.
Các phế phụ phẩm trồng trọt gồm các loại phế thải trong quá trình thu
hoạch và chế biến nhiều loại cây trồng khác nhau như; các loại rơm, rạ sau khi
thu hoạch lúa tại các cánh đồng, các loại lá, thân cây, cỏ dại tại các vườn cây,
các phần dập của cây lúa không sử dụng được ở các ruộng sau khi thu hoạch gọi

là các tàn dư thực vật…
Chất thải từ các bao bì đựng hóa chất sử dụng trong nông nghiệp gồm chai,
lọ…bằng thủy tinh hoặc nhựa được dùng làm vỏ đựng thuốc trừ sâu, trừ cỏ,
11
11


thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử dụng được
thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân đạm, phân lân
và kể cả các hóa chất BVTV đã quá hạn sử dụng… Đây là các vật phẩm có tính
nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích hợp.
1.1.2. Thực trạng tàn dư thực vật trên thế giới
Theo ước tính của tổ chức Nông lương thế giới (FAO), mỗi năm có khoảng 3
tỷ tấn phế thải nông nghiệp phát sinh trên phạm vi toàn thế giới, trong đó các phế
thải từ cây lúa chiếm số lượng lớn nhất tới 663 triệu tấn, phế thải từ cây mía và ngô
tương ứng là 454 và 391 triệu tấn.
Theo số liệu năm 2001 thì lượng chất thải hữu cơ trên thế giới có số lượng
như sau:
Bảng 1.1: Lượng chất thải hữu cơ trên thế giới năm 2001
Loại chất thải

Số lượng ( triệu tấn/ năm)

Tàn dư thực vật trên đồng ruộng

1200

Bùn thải

650

Rác sinh hoạt

400

Rác vườn

690

Chất thải công nghiệp thực phẩm
420
Nguồn:Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010
Từ bảng trên ta thấy, khối lượng phế thải hàng năm của ngành nông nghiệp
thải ra ngoài môi trường là rất lớn, với khối lượng 1200 triệu tấn/ năm. Trong khi
đó, các loại chất thải khác như bùn thải là 650 triệu tấn/ năm, rác sinh hoạt là 400
triệu tấn/ năm, rác vườn là 690 triệu tấn/ năm và chất thải công nghiệp thực phẩm là
420 triệu tấn/ năm. Như vậy, phế thải nông nghiệp có khối lượng lớn nhất trong các
loại chất thải và chiếm khoảng 35,7% tổng khối lượng.
1.1.3. Thực trạng tàn dư thực vật ở Việt Nam
Việt Nam là một nước nông nghiệp, gạo là mặt hàng xuất khẩu thế mạnh. Với
tổng diện tích gieo trồng hàng năm đến 7,6 triệu ha, năng suất đạt 4-4,5 tấn/ha, tổng sản
lượng lúa đạt 35 triệu tấn. Do đó, lượng phế thải để lại hàng năm cũng rất lớn, ước tính
gần 31 triệu tấn rơm rạ. Ngoài ra, cả nước còn có hơn 1 triệu ha trồng ngô để lại lượng

12
12


phế thải trên 10 triệu tấn mỗi năm.
Trước đây, bà con nông dân thường mang phế thải nông nghiệp sau khi thu

hoạch (rơm, rạ, lõi ngô, vỏ đậu tương…) để đun nấu, làm thức ăn cho trâu, bò…
Những năm gần đây, quá trình đô thị hóa ngày một tăng nhanh, đời sống của nhân
dân được cải thiện, người dân không cần đến rơm rạ đun nấu, trong khi họ cần giải
phóng ruộng để chuẩn bị cho vụ sau, giải pháp đốt rơm, rạ trên đồng ruộng là sự lựa
chọn phổ biến của bà con nông dân. Việc đốt rơm, rạ tại ruộng không chỉ làm ô nhiễm
môi trường do khói bụi mà còn làm mất đi lượng lớn các chất dinh dưỡng có trong rơm,
rạ, đất, tiêu diệt vi sinh vật có lợi trong đất và làm mất cân bằng sinh thái khu vực.
Vào mùa mưa, rơm, rạ vứt trực tiếp xuống mương máng gây ách tắc hệ thống
kênh, mương, gây ô nhiễm môi trường nước.
Bên cạnh đó, các bao đựng thuốc bảo vệ thực vật của nông dân vứt bừa bãi
ngay tại ruộng, có nơi còn đóng cặn chất thành đống, nằm ngổn ngang từ kênh rạch
đến các vệ đường... Các cánh đồng đang phải "sống cùng" rác và nguy cơ ô nhiễm
nguồn nước thủy lợi do thiếu ý thức của người nông dân, sự "bỏ ngỏ" của các cơ
quan chức năng về vấn đề thu gom, xử lý.
1.2. Tác động của tàn dư thực vật đến môi trường và sức khỏe con người
Theo các số liệu thống kê ở trên cho thấy lượng phế thải do hoạt động nông
nghiệp để lại hàng năm là rất lớn. Nếu lượng phế thải này không được xử lý, quản
lý chặt chẽ thì nó sẽ làm nảy sinh một số vấn đề như ảnh hưởng đến môi trường đất,
môi trường nước, không khí và sức khỏe cộng đồng.
Tác động của tàn dư thực vật tới môi trường đất là không đáng kể vì thành phần
của chúng chủ yếu là chất hữu cơ có tác dụng tốt đối với đất và cây trồng.
Tác động của tàn dư thực vật tới môi trường nước là việc các loại chất thải
nguy hại không được thu gom hợp lý bị rửa trôi gây ô nhiễm môi trường nước mặt
và nước ngầm. Ngoài ra rơm rạ sau thu hoạch không được thu gom mà vứt bừa bãi
ra mương máng, sau một thời gian chúng bị phân hủy gây nhiễm bẩn nguồn nước
mặt và làm ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường xung quanh.
Không những thế, việc thải bỏ bừa bãi các loại chất thải vô cơ, đặc biệt là
chất thải có tính nguy hại sẽ góp phần làm thoái hóa đất, giảm độ tơi xốp và màu
mỡ của đất.

13
13


Quá trình lưu giữ và tận dụng lại chưa hợp lý tàn dư thực vật cũng dẫn tới
những ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí. Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa
nhiều ở nước ta là điều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ phân hủy, thúc đẩy
quá trình lên men, thối rữa và tạo mùi khó chịu cho con người. Các chất khí: H 2S,
NH4, SO2… phát sinh trong quá trình phân hủy chất thải hữu cơ nông nghiệp ngay
trên đồng ruộng, hoặc tại những đống ủ phân xanh là các tác nhân chủ yếu tác động
tới môi trường không khí.
Nếu không xử lý tàn dư thực vật đúng cách thì nó còn ảnh hưởng tới sức
khỏe của con người. Quá trình phân hủy tàn dư thực vật ngoài môi trường sinh ra
các chất khí và kèm theo đó là các vi sinh vật gây bệnh đi theo các nguồn nước mặt
làm ảnh hưởng tới đời sống hàng ngày và sức khỏe của người dân. Ngoài ra, trong
quá trình thu hoạch lúa, rơm rạ được người dân đốt ngay trên đường đã làm ảnh
hưởng đến giao thông và gây tai nạn cho những người tham gia giao thông.
Thông qua những tác động trực tiếp đến môi trường, gây ảnh hưởng xấu
đến môi trường và gây ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe của người dân như gây
ra các bệnh về hô hấp, tiêu hóa…Vì vậy, cũng cần có các biện pháp xử lý, quản
lý thích hợp vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu được các tác động
xấu tới môi trường.
1.3. Lợi ích kinh tế trong quản lý và xử lý tàn dư thực vật
1.3.1. Lợi ích kinh tế của tàn dư thực vật
Hiện nay, lượng chất thải rắn nông nghiệp của cả nước ta ước tính hàng năm
khoảng 150 triệu tấn. Nếu tính giá trị sử dụng năng lượng thì nó tương đương
khoảng 20 triệu tấn than cám hoặc trên 9 triệu tấn dầu thô(Manfred Oepen,1999).
Chính vì vậy, nếu chúng ta sớm có kế hoạch khai thác sử dụng hợp lý với các chính
sách phát triển thích hợp thì nó sẽ trở thành một nguồn năng lượng đáng kể mang
lại hiệu quả cao cả về kinh tế, xã hội lẫn môi trường.

Tàn dư thực vật không chỉ đơn thuần có giá trị năng lượng cao mà còn có giá
trị vật chất rất thiết thực đối với quá trình sản xuất nông nghiệp và một số lĩnh vực
công nghiệp khác.
Trước đây, các tàn dư thực vật được người dân tận dụng tối đa để tái sử dụng

14
14


làm chất đốt cho gia đình, làm giá nấm, làm thức ăn gia súc, vật liệu độn chuồng.
Trong xử lý tàn dư thực vật bằng phân hủy kị khí, khí sinh học tạo ra được sử
dụng làm chất đốt cho gia đình, bã thải đặc có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, giàu
hữu cơ, nhiều acid humic là nguồn phân hữu cơ an toàn đề bón ruộng, ngoài ra bã
thải của quá trình còn chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho động vật như những
nguyên tố: Ca, P, N và một số nguyên tố vi lượng khác như Cu, Zn, Mn, nhiều acid
amin, enzim, do đó còn được dùng làm thức ăn cho chăn nuôi. Nước thải của túi
biogas dùng để nuôi tảo, thực vật phù du khác, làm thức ăn giàu dinh dưỡng cho cá.
Ngoài ra, các phế phụ phẩm nông nghiệp nếu được quan tâm quản lý tốt thì
có thể cung cấp làm nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất giấy và gỗ ván ép, dùng
cho sản xuất nhiệt điệ,…đem lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3.2. Lợi ích kinh tế trong quản lý tàn dư thực vật
Việc đưa ra các biện pháp quản lý thích hợp đối với phế thải nông nghiệp
không chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về môi trường mà còn tận dụng được giá trị vật
chất và năng lượng một cách hiệu quả. Các hình thức quản lý chất thải rắn nông
nghiệp có ý nghĩa lớn về môi trường, xã hội và kinh tế thông qua hình thức thu
gom, phân loại và vận chuyển; ngăn ngừa; tái sử dụng; tái chế chất thải.
Nếu như công tác thu gom, phân loại được thực hiện tốt thì tàn dư thực vật có
thể được tái chế, tái sử dụng làm nguyên liệu và sản xuất năng lượng: dùng rơm rạ để
làm giá thể nuôi nấm rơm; làm vật liệu độn chuồng; xử lý rồi dùng làm phân bón, làm
thức ăn chăn nuôi; để sản xuất giấy và gỗ ván ép; để sản xuất điện hoặc sản xuất khí

đốt phục vụ cho sinh hoạt và cho sản xuất.
1.3.3. Lợi ích kinh tế trong xử lý tàn dư thực vật
Việc quản lý tàn dư thực vật phù hợp mang lại lợi ích về xã hội, môi trường và
kinh tế thì việc xử lý một lượng lớn tàn dư thực vật qua chế tạo phân compost và thu
hồi khí cũng mang lại lợi ích kinh tế vô cùng to lớn.
Việc xử lý tàn dư thực vật bằng phương pháp ủ phân compost cung cấp
lượng phân bón rất lớn cho trồng trọt, còn nếu được xử lý bằng phương pháp
Biogas thì có thể cung cấp một lượng khí đốt rất lớn phục vụ cho sinh hoạt và các
mục đích khác.
Tàn dư thực vật là các chất rắn dễ cháy và có khả năng cung cấp một lượng

15
15


nhiệt rất lớn. Vì vậy, từ xa xưa người nông dân đã biết sử dụng phế thải nông nghiệp để
đun nấu, sưởi ấm. Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, người ta
đã nghiên cứu và ứng dụng một số công nghệ đốt sử dụng phế thải nông nghiệp để thu
hồi nhiệt lượng phục vụ cho việc phơi sấy nông sản, để phát điện…
Từ những lợi ích nêu trên đã cho thấy, tàn dư thực vật có thể mang lại những
lợi ích thiết thực về kinh tế - xã hội, về môi trường và sức khỏe con người. Đồng
thời, cũng có thế gây ra những ảnh hưởng không nhỏ nếu như nó không được xử lý
và quản lý chặt chẽ. Vì vậy, quản lý và xử lý phế thải đồng ruộng là một vấn đề cần
được quan tâm đúng mức.
1.4. Các biện pháp xử lý tàn dư thực vật hiện nay
1.4.1. Phương pháp đốt
Đây là biện pháp được xử lý khá phổ biến trong xử lý tàn dư thực vật hiện
nay, do lượng phế thải quá nhiều và rất dễ cháy. Phương pháp này vốn được người
dân Nam bộ sử dụng từ lâu để tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồng ruộng và tro sau quá
trình đốt được xem là phân bón. Hiện tượng đốt phế thải nông nghiệp ngay trên

đồng ruộng hiện nay đã lan ra cả những vùng đồng bằng sông Hồng.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ làm, giảm giá thành và giảm
thiểu sâu bệnh hại trên đồng ruộng.
Ngoài ra, phương pháp này có nhược điểm là gây mất mát một lượng lớn
chất dinh dưỡng, gây ô nhiễm môi trường không khí rất nghiêm trọng, gây hiệu ứng
nhà kính và các bệnh hô hấp, gây hiện tượng khói mù cản trở tầm nhìn của người
điều khiển phương tiện giao thông, vừa mất chất hữu cơ. Nếu đốt rơm rạ nhiều lần
sẽ làm cho đất bị biến chất và trở nên chai cứng, khô cằn. Đốt rơm rạ gây sự mất
mát hầu như hoàn toàn N. Lượng P mất khoảng 25%, K mất khoảng 20% và S mất
từ 5-60%. Lượng dinh dưỡng mất mát tùy thuộc vào cách thức đốt rơm rạ. Ở những
vùng mà thu hoạch đã được cơ giới hóa, hầu như tất cả rơm rạ đều 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 cà được đốt sau khi thu hoạch,
vì thế tro không được rải đều trên ruộng, gây nên 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

16
16


sẽ gây nên sự dịch chuyển dinh dưỡng rất lớn từ ngoại vi vào giữa ruộng, và đôi khi
là từ những thửa ruộng xung quanh và ruộng trung tâm, làm cho hiệu quả sử dụng
chúng bị giảm đi rất nhiều vì nơi quá thừa, nơi quá thiếu
Một tác hại khác của đốt rơm rạ là gây ô nhiễm môi trường. Thành phần chủ
yếu của rơm rạ là chất xenlulozơ, hemixenlulozơ và các chất hữu cơ kết dính, khi
đốt cháy sẽ tạo ra các loại khí độc, con người hít vào sẽ gây ảnh hưởng đến sức
khỏe, nhất là dễ mắc các chứng bệnh về đường hô hấp.
Việc đốt rơm rạ là một quá trình đốt không kiểm soát, trong đó cacbon dioxit
(CO2), sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt được giải phóng vào khí quyển cùng với
cacbon monoxide (CO), khí methane (CH 4), các oxit Nito (NOx) và một lượng

tương đối nhỏ dioxit sulphur (SO2). Tại Châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu
cho thấy: hàng năm, nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ước tính đạt 0,37 Tg
SO2 (1Tg=1012 gram), 2,8 Tg NOx, 1100Tg CO2, 67Tg CO và 3,1Tg CH4. Riêng
lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trồng theo ước tính đạt: 0,1 Tg SO 2 , 0,96 Tg
NOx, 379Tg CO2, 23 TgCO và 0,68Tg CH4. Các chất phát xạ này gây ô nhiễm
không khí, điều này dẫn đến những tác động nguy hại đến sức khoẻ con người.
Người hít nhiều và kéo dài có thể biến đổi cấu trúc của bộ máy hô hấp, gây dễ mắc
nhiễm trùng phổi, bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính, ung thư phổi...(Tổng luận Nguồn
phế thải nông nghiệp rơm rạ và kinh nghiệm thế giới về xử lý và tận dụng, cục
thông tin KH&CN quốc gia, 2013)
Vì vậy, trong tương lai gần phương pháp này cần phải được loại bỏ.
1.4.2. Phương pháp đổ trực tiếp ra sông ngòi
Phế phụ phẩm sau thu hoạch được bỏ lại trên đồng ruộng hay vứt bừa bãi
trên mương máng gây ô nhiễm nghiêm trọng. Biện pháp này cần phải loại bỏ vì gây
ảnh hưởng nghiệm trọng tới môi trường và con người.
Ưu điểm của phương pháp này là dễ làm, không tốn công lao động, không
tốn chi phí.
Bên cạnh đó phương pháp này có khá nhiều nhược điểm như: làm mất chất dinh
dưỡng của đất; ảnh hưởng đến mỹ quan; gây ô nhiễm môi trường nước và ảnh hưởng
tới sức khỏe của người dân do tàn dư thực vật vứt xuống mương máng bị phân hủy gây

17
17


ô nhiễm nguồn nước, trong quá trình phân hủy phế thải còn tạo ra các vi khuẩn gây
bệnh cho con người, quá trình phân hủy phế thải gây mùi khó chịu.
1.4.3. Biện pháp vùi trực tiếp vào đất, trên đồng ruộng
Phế phụ phẩm sau thu hoạch được vùi trực tiếp vào đất, sau đó các vi sinh
vật sẽ phân hủy chúng để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng vụ sau, cải thiện các

đặc tính lý hóa, sinh học cuả đất, nâng cao độ phì nhiêu của đất để sản xuất ổn định
lâu dài.
Ưu điểm của phương pháp này là trả lại cho đất hầu hết các nguyên tố dinh
dưỡng mà cây trồng đã lấy đi từ đất, kiểm soát được sâu bệnh còn sót trên những
phế thải.
Bên cạnh những lợi ích thì việc vùi rơm rạ vào đất có một số nhược điểm
như: tốn chi phí, có thế gây ra một số bệnh cho lúa, có thể làm chậm sự sinh trưởng
và làm giảm năng suất lúa.
1.4.4. Phương pháp dùng làm thức ăn gia súc
Đây là biện pháp thay thế bền vững hơn so với phương pháp đốt và vùi rơm rạ
vào đất. Các phế phụ phẩm này được giữ lại làm thức ăn cho trâu, bò, dê,…
Phương pháp này có ưu điểm là: Đem lại hiệu quả kinh tế, tiết kiệm được
tiền cho việc mua thức ăn gia súc. Hạn chế ô nhiễm môi trường.
Bên cạnh đó phương pháp này cũng có một số điểm hạn chế sau: Làm hở
vòng quay vật chất, chất dinh dưỡng bị mang đi mà chưa được bù lại cho đất. Tốn
lao động cho việc thu gom.
1.4.5. Phương pháp ủ làm phân
Phương pháp ủ đã có từ rất lâu đời và diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới. Từ rất
xa xưa, con người đã biết ủ lá cây, phân gia súc để bón cho cây trồng. phương pháp
này có ưu điểm là: Hạn chế được ô nhiễm môi trường, trả lại hàm lượng chất hữu
cơ cho đất, đem lại hiệu quả kinh tế do tiết kiệm được tiền mua phân bón hóa học,
tiêu diệt mầm bệnh và làm sạch đồng ruộng.
Bên cạnh những ưu điểm trên thì phương pháp này còn có một số nhược
điểm sau như là: Mất thời gian ủ và tốn công lao động.

18
18


Hiện nay, có hai phương pháp ủ chủ yếu cho tàn dư thực vật như sau:

Phương pháp 1: Phương pháp ủ hiếu khí
Đống ủ được cung cấp vi sinh vật dưới dạng chế phẩm. Trong thời gian ủ
đảm bảo oxy cho đống ủ bằng cách đảo trộn hàng tuần hoặc bằng phương pháp thổi
khí. Đảm bảo độ ẩm thích hợp.
Ưu điểm: Hoạt động của vi sinh vật diễn ra nhanh, chất mùn tổng hợp nhiều,
thời gian hoàn thành đống ủ ngắn.
Nhược điểm: Mất một hàm lượng lớn nito, một lượng nước bị thất thoát ra ngoài.
Phương pháp 2: Phương pháp ủ bán hiếu khí
Phương pháp này chia làm hai giai đoạn:
Giai đoạn ủ hiếu khí: khoảng 8 – 10 ngày để nhiệt độ tăng cao nhằm diệt các
vi sinh vật gây bệnh và cỏ dại.
Giai đoạn ủ yếm khí: sau thời gian ủ hiếu khí, dùng bùn đắp chẹn bên ngoài
đống ủ để không khí không lọt vào được. Trong giai đoạn này hoạt động của vi sinh
vật diễn ra trong điều kiện yếm khí.
Ưu điểm: Giữ được độ ẩm và không hao tổn nito.
Nhược điểm: Thời gian ủ lâu hơn và mức độ phân hủy chậm hơn (Nguyễn
Xuân Thành và cộng sự, 2011).
1.4.6. Biện pháp sản xuất nấm từ rơm rạ
Rơm rạ được thu gom và đựơc làm chín, sau đó ép lại thành bánh. Người ta
nuôi cấy nấm trên những bánh rơm đó.
Ưu điểm: Tăng hiệu quả kinh tế cho người dân, hạn chế ô nhiễm môi trường,
tạo công ăn việc làm cho người dân.
Nhược điểm: Lấy đi hàm lượng chất hữu cơ ra khỏi đồng ruộng (Nguyễn
Xuân Thành và cộng sự, 2011)
1.4.7. Phương pháp sinh học
Hiện nay, phương pháp sinh học để xử lý phế thải là phương pháp tối ưu
nhất, đang được tất cả các nước sử dụng.
Phương pháp sinh học là dùng công nghệ vi sinh vật để phân hủy phế thải.
Muốn thực hiện được phương pháp này, điều quan trọng nhất là phải phân loại được
phế thải, vì trong phế thải còn nhiều phế liệu khó phân giải như: túi polyetylen, vỏ

19
19


chai lọ bằng thủy tinh và nhựa,…
1.5. Cơ sở khoa học của việc xử lý tàn dư thực vật bằng vi sinh vật
1.5.1. Thành phần các chất hữu cơ chủ yếu có trong tàn dư thực vật.
Phế thải hữu cơ nói chung, rơm rạ nói riêng có thành phần rất phong phú và
đa dạng. Tuy nhiên chúng đều thuộc 2 nhóm hợp chất chính là:
Bảng 1.2: Thành phần của của phế thải hữu cơ
Nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ
Nhóm hợp chất hữu cơ chứa
cacbon
- Xenluloza
- Protein
- Hemixenluloza
- Lipid
- Pectin
- Kitin
- Lignin
- Tinh bột
Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010
Các hợp chất hữu cơ trên không bất biến mà luôn luôn chuyển hoá từ dạng
này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau (vật lý, hoá học và
sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên.
Trong các loại hợp chất trên xenluloza là thành phần chủ yếu trong tế bào
thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydrat cacbon trên trái đất
Bảng 1.3: Hàm lượng xenluloza trong một số tàn dư thực vật trên đồng ruộng

Bông

Rơm

Mía

Loại tàn dư thực vật
Xenluloza (%)
60
Vỏ hạt
Sợi
91
30,5
Lúa mì
Lúa mạch
4834
Kiều mạch
42,8
Lúa nước
43
Vỏ đậu tương
51
42
Cây
Bã
56,6
Thân ngô
36
Cỏ
28

Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010
20
20


1.5.2 Cơ sở khoa học xử lý phế thải hữu cơ bằng công nghệ sinh học.
Từ lâu con người đã nhận thức được tầm quan trọng của vi sinh vật đối với
con người và sản xuất nông nghiệp. Nhờ vào khả năng kỳ diệu của vi sinh vật trong
quá trình tổng hợp, phân giải các hợp chất đã góp phần tích cực vào việc khép kín
vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, trong đó có vòng tuần hoàn cacbon và nito.
Trong xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng người ta thường tập trung
nghiên cứu phương pháp để quá trình phân giải, chuyển hóa các hợp chất cacbon
khó phân giải: xenluloza, hemixenlulaza, lignin,...( chủ yếu là xenluloza) diễn ra
thuận lợi nhất. Trong đó, không thể thiếu việc tìm hiểu về đặc điểm cấu tạo và đặc
điểm lý hóa học của chúng.
a. Xenluloza

*Đặc điểm xenluloza
Xenluloza là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số
hydratcacbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, xenluloza tồn tại trong mối
liên kết chặt chẽ với các polisaccarit khác với hemi-xeluloza, pectin và lignin tạo
thành liên kết bền vững .
Xenluloza là một polyme mạch thẳng gồm các anhydroglucoza trong mối
liên kết β-1,4 glucozit. Mức độ trùng hợp của xenluloza tự nhiên có thể đạt 10.00014.000 đơn vị glucoza trên phân tử, trọng lượng tương ứng là 1,5 triệu Dalton với
chiều dài phân tử có thể lớn hơn hoặc bằng 5µm. Các chuỗi xeluloza gần nhau
thường kết hợp với nhau tạo thành các sợi có đường kính khoảng 10-40nm, những
sợi hợp lại với nhau thành bó sợi to và được bao học hởi lignin và hemi-xeluloza. .
(Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010)
Trong tự nhiên, xeluloza là một trong những hợp chất khá vững vàng, chúng
không tan trong nước mà chỉ bị trương lên do hấp thụ nước. Xenluloza bị thủy phân

khi đun nóng với axit hoặc kiềm ở nồng độ khá cao, bị phân hủy ở nhiệt độ 40
-50oC bởi enzym xenlulaza.
*Cơ chế phân giải xeluloza

21
21


Quá trình phân giải xeluloza của vi sinh vật được thực hiện bởi phức hệ
enzim xenlulaza. Phức hệ này gồm 3 enzim chủ yếu:
Endogluconaza ( 1,4 - β - D – glucanohydrolaza, C X, EC 3.2.1.4). Thủy phân
liên kết 1,4 glucozit bên trong phân tử xeluloza một cách tùy tiện, nó không tấn
công xelobioza nhưng thủy phân xenlodextrin. Enzim này phân giải mạnh xeluloza
hòa tan nhất là dạng xeluloza vô định hình nhưng hoạt động yếu ở vùng kết tinh.
Exoglucanaza ( 1,4 - β - D – glucanxenlobiohydrolaza, C1, EC 3.2.1.91). Tác
dụng lên xelulo, cắt các đơn vị xenlobioza khỏi các đầu của chuỗi xelulo, không tấn
công các xelulo thay thế, có thể thủy phân xelodextrin nhưng không thủy phân
xenlobioza.
β - glucozidaza (β - D – glucozit glucohydrolaza) hay xenlobioza EC
3.2.1.21. Cắt các xenlobioza tạo thành bởi C 1 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
tự nhiên

C1

Xenlulo
hoạt động

Cx

Đường hoà tan
Xenlobioza

Xenlobiaza

Gluco

Hình 1.2 : Mô hình phân hủy xeluloza của Reese
Trong đó, C1 tương ứng với endoglucanaza;
Cx tương ứng với exoglucanaza
Theo Reese, C1 là "tiền nhân tố thuỷ phân" hay là enzim không đặc hiệu, nó
làm trương xenluloza tự nhiên biến thành các chuỗi xenluloza hoạt động có mạch
ngắn hơn và bị enzim Cx tiếp tục phân cắt tạo thành các đường tan và cuối cùng
thành gluco dưới tác dụng của xelobioza ( Đào Thị Lương, 2006)
Còn tác giả Lutzen thì cho rằng sự thủy phân xenluloza tự nhiên phải có sự
hiệp đồng của 3 loại enzim trên. Chúng tạo thành phức hệ enzim nhiều thành phần
trên bề mặt của các phân tử xenluloza. Nhờ đó, Lutzen đưa ra mô hình phân giải
xenluloza như Hình sau:

22
22


(3)
Xenluloza

Gn

Exogucanaza

G1

Xenlobiazo

G

(2) Endoglucanaza + Xenlobiohydrolaza
(1) Exogucanaza

Exoglucanaza
G: glucozo

(2)Endoglucanaza + Xenlobiohydrolaza
G1: Xenlubiozo

Gn: đoạn chuỗi Xenlulozo

Hình 1.3 : Mô hình phân hủy xeluloza của Lutzen
Để thủy phân xenluloza vô định hình cần có sự tác động của Cx hoặc C1
nhưng để thủy phân xeluloza tinh thể thì nhất thiết phải có sự có mặt của cả 2 loại
enzim này.
Ở đây, phức hệ enzim xenlulaza có tác động hiệp đồng chặt chẽ, C x tấn công
một cách tự nhiên lên chuỗi xeluloza , phân cắt liên kết glucozit ở một chỗ tùy ý,
tạo ra các đầu có khả năng bị tấn công bởi C 1. Kết quả tạo ra xenlobiolaza – một
chất kìm hãm cho cả Cx và C1. Các liên kết glucozit đã được tách ra sẽ có khả năng
nhanh chóng bị nối lại do bản chất có trật tự cao của chính cơ chất, còn khi vắng
mặt Cx thì sự thủy phân không xảy ra hoặc xảy ra chậm chạp do không tạo ra đầu tự

do (Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010).
*Vi sinh vật phân giải xenluloza
Trong tự nhiên khu hệ vi sinh vật phân giải xenluloza rất phong phú và đa
dạng bao gồm cả vi khuẩn, xạ khuẩn và các loài nấm.
Xeluloza là một phức hệ enzim rất phức tạp, các vi sinh vật thường không có
khả năng tạo được tỷ lệ giữa các hợp phần một cách tương đối. Có loài tạo được
nhiều enzim này, có loài tạo được nhiều enzim 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 enzim Endo –

23
23


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.
+ 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 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 của sự phân giải xenluloza thành CO 2 và H2O. Ngoài ra
còn thấy các loài thuộc giống Cellvibrio cũng có khả 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 glucozsa và xenlobioza,
chúng sử dụng các đường này như nguồn năng lượng và nguồn cácbon cũng thường
kèm theo việc tạo thành các axit hữu cơ, CO2 và H2 (Nguyễn Lân Dũng, 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, R. albus, Butyrivibrio fibrisolvens,
Bacteroides succinogenes.
Ngoài ra còn có Cellulomonas, Baccillus hoặc Acetobacter xylium cũng có
khả năng phân giải xenluloza rất mạnh (Nguyễn Lân Dũng, 1984).
Jeris và cộng sự tìm thấy trong đống ủ có 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

24
24


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 phế thải người
ta còn tìm thấy các giống nấm Myrothecium, Polypones, Rhizoctonia, …
Các nấm ưa nhiệt cũng được chú ý vì chúng có thể tổng hợp các enzim bền
nhiệt hơn, chúng sinh trưởng và phân giải nhanh xenluloza nhưng hoạt tính
xenlulaza của dịch lọc lại thấp (Đào Thị Lương, 1998). Nấm có khả năng sinh
trưởng và sản xuất xenlulaza cực đại ở phạm vi pH = 3,5 – 6,6.
+ Xạ khuẩn
Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật có mặt quanh năm ở tất cả 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 cộng sự khi phân lập trong mùn rác thấy xạ khuẩn

có mặt trong tất cả các loại đất ở các mùa trong năm. Hungater (1946) phân lập
được 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 ctv
(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 xenlulaza và sinh trưởng tốt ở môi
trường chứa 3,5% NaCl ( Vũ Thị Thanh Bình,1991) . Theo Nguyễn Xuân Thành và
cộng sự (2003), trong đống ủ phế thải rắn có chứa nhiều loại xạ khuẩn đó là
Actinomyces, Streptomyces, Frankia, Nocardia, Actinopolyspora, Actinosynoema,
Dermatophilus, Pseudonocardia,
b. Hemixenluloza

* Đặc điểm hemixenluloza
Hemixenluloza có bản chất là polysaccarit bao gồm khoảng 150 gốc đường,
liên kết với nhau bằng cầu β-1,4 glucozit, β-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch
ngắn có phân nhánh. Do trong thành phần có nhiều loại gốc đường khác nhau nên
tên của chúng được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu – hợp phần quan trọng
nhất của hemixenluloza. Các polysaccarit như: galactan, araban, coxylan, là những

25
25