TẬN DỤNG CHẤT THẢI AO NUÔI CÁ TRA VÀ XÁC BÃ THỰC VẬT ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH CHO CANH TÁC RAU AN TOÀN TỈNH VĨNH LONG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.18 MB, 89 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
QUÁCH QUỐC TUẤN
TẬN DỤNG CHẤT THẢI AO NUÔI CÁ TRA
VÀ XÁC BÃ THỰC VẬT ĐỂ SẢN XUẤT
PHÂN HỮU CƠ VI SINH CHO CANH TÁC
RAU AN TOÀN TỈNH VĨNH LONG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số: 60-42-80
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS CAO NGỌC ĐIỆP
NĂM 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
QUÁCH QUỐC TUẤN
TẬN DỤNG CHẤT THẢI AO NUÔI CÁ TRA
VÀ XÁC BÃ THỰC VẬT ĐỂ SẢN XUẤT
PHÂN HỮU CƠ VI SINH CHO CANH TÁC
RAU AN TOÀN TỈNH VĨNH LONG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số: 60-42-80
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS CAO NGỌC ĐIỆP
NĂM 2008
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
LỜI BẢN QUYỀN
“Tận dụng chất thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật để sản xuất phân hữu cơ vi sinh
cho canh tác rau an toàn tỉnh Vĩnh Long” - Luận văn Thạc sĩ Khoa học chuyên
ngành Công nghệ Sinh học, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học,
Trường Đại học Cần Thơ.
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ khoa học này là công trình nghiên cứu của bản
thân và được Phó Giáo sư – Tiến sĩ Cao Ngọc Điệp hướng dẫn khoa học. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được cá nhân hay tổ
chức nào công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây.
Nếu ai muốn sử dụng số liệu, kết quả hoặc bất kỳ trang nào có trong luận văn phải
được sự đồng ý của tác giả hoặc của thầy hướng dẫn.
Cần Thơ, ngày 6 tháng 11 năm 2008
Người hướng dẫn khoa học
Tác giả luận văn
PGS.TS CAO NGỌC ĐIỆP
QUÁCH QUỐC TUẤN
i
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
CẢM TẠ
Tước tiên, tôi trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy hướng dẫn khoa học –
PGS.TS Cao Ngọc Điệp. Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên và cho tôi những lời
khuyên quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Cảm ơn Quý Thầy Cô trong
Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã hướng dẫn, truyền đạt kiến
thức chuyên ngành cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Vĩnh Long, chú
Ngô Long Bồi – Trưởng Phòng Quản lý Khoa học & Chất lượng sản phẩm, đặc biệt là
Anh Nguyễn Văn Thanh – nguyên Giám đốc Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Vĩnh
Long, Bí thư Huyện ủy huyện Bình Tân đã tạo điều kiện về thời gian, kinh phí để tôi
được học tập, nghiên cứu trong những năm qua.
Cảm ơn Anh Nguyễn Văn Buôi – Giám đốc DNTN Tân Hiệp Phát II, Chú Trần Văn
Sáu – HTX Sản xuất & Tiêu thụ rau an toàn Phước Hậu, các cán bộ ở Phòng Thí
nghiệm Chuyên sâu – Đại học Cần Thơ đã nhiệt tình hỗ trợ tôi trong quá trình thực
hiện luận văn.
Tôi vô cùng biết ơn Ba mẹ kính yêu, Vợ và Con gái của tôi, Quý bạn bè thân hữu luôn
sẵn lòng chia sẽ mọi khó khăn, giúp tôi hoàn thành luận văn này.
QUÁCH QUỐC TUẤN
ii
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. BẢN THÂN
- Họ và tên khai sinh: Quách Quốc Tuấn.
Giới tính: Nam
- Sinh ngày: 16 tháng 8 năm 1974.
- Nơi sinh: TP Long Xuyên, Tỉnh An Giang
- Chức vụ, nơi làm việc hiện nay: Chuyên viên, Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Vĩnh Long.
- Địa chỉ liên lạc:107/2, Phạm Hùng, Phường 9, TXVL, Tỉnh Vĩnh Long.
- Hộ khẩu thường trú: số 39/1, Đinh Tiên Hoàng, Phường 8, TXVL, Tỉnh Vĩnh Long.
- Dân tộc: Kinh.
- Tôn giáo: Không
- Nghề nghiệp hiện nay: Cán bộ công chức
- Số điện thoại: 098.6416804
- Email: hoặc
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC
- Ngành học: Công nghệ Thực phẩm
- Thời gian đào tạo: năm 1993 đến năm 1998
Loại hình đào tạo: Chính quy.
Trường tốt nghiệp: Đại học Cần Thơ.
- Xếp hạng tốt nghiệp: Khá.
- Tên luận văn tốt nghiệp: “Thiết kế mô hình hệ thống sấy tuần hoàn khí thải – Xây dựng
đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy”.
- Người hướng dẫn: Tiến sĩ Phan Văn Thơm – Bộ môn Công nghệ Thực phẩm.
- Trình độ ngoại ngữ: B tiếng Anh.
- Nơi cấp, thời gian cấp: Trường Cao đẳng Cộng đồng Vĩnh Long, năm 2006.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN
Ngày, tháng, Học hoặc làm việc gì
năm
- Từ tháng
Cán bộ công chức
8/1998
đến tháng
9/2001.
- Từ tháng
Cán bộ công chức
10/2001
đến nay.
Ở đâu
Sở Công nghiệp
An Giang
Sở Nông nghiệp &
PTNT Vĩnh Long
Thành tích học tập,
làm việc
Chiến sĩ thi đua cấp cơ sở
các năm 1999,2000.
Chiến sĩ thi đua cấp cơ sở
các năm 2002, 2003 và
Bằng khen của Bộ trưởng
Bộ NN&PTNT năm 2004.
IV. KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC KỸ THUẬT
- Tham gia thực hiện đề tài NCKH cấp tỉnh (2000): “Sản xuất nước Thốt lốt đóng chai” do
Sở Công nghiệp An Giang chủ trì phối hợp với Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Đại học
Cần Thơ.
iii
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
- Tham gia điều tra khảo sát và xây dựng quy hoạch (2001): Phát triển ngành nghề nông
thôn tỉnh Vĩnh Long giai đoạn 2001-2010.
- Tham dự Hội nghị “Ngày Kỹ thuật Thực phẩm” được tổ chức vào ngày 27-28/3/2004 tại
Trường Đại học Quốc gia TP.HCM do VAFoST HCMUT phối hợp với IUFoST
(International Union of Food Science & Technology) tổ chức.
- Tham gia thực hiện đề tài NCKH cấp cơ sở (2007): “Khảo sát thực trạng và đề xuất giải
pháp nâng cao hiệu quả sử dụng máy nông nghiệp trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện
đại hóa nông nghiệp nông thôn tỉnh Vĩnh Long” do Sở Nông nghiệp & PTNT Vĩnh Long
chủ trì.
NGƯỜI KHAI LÝ LỊCH
Quách Quốc Tuấn
iv
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
Luận văn đính kèm theo đây, với đề tựa là: “TẬN DỤNG CHẤT THẢI AO NUÔI
CÁ TRA VÀ XÁC BÃ THỰC VẬT ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN HỮU CƠ VI SINH
CHO CANH TÁC RAU AN TOÀN TỈNH VĨNH LONG”, do Quách Quốc Tuấn
thực hiện và báo cáo đã được Hội đồng chấm luận văn thông qua.
Ủy Viên
Ủy Viên thư ký
PGS. TS. CAO NGỌC ĐIỆP
TS. NGUYỄN PHƯỚC ĐẰNG
Cần Thơ, ngày 6 tháng 11 năm 2008
Chủ Tịch Hội Đồng
TS. TRẦN NHÂN DŨNG
v
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
TÓM LƯỢC
Đề tài “Tận dụng chất thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật để sản xuất phân hữu cơ vi sinh
cho canh tác rau an toàn tỉnh Vĩnh Long” được thực hiện từ tháng 9 năm 2007 đến tháng 5
năm 2008 tại xã Phước hậu, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long nhằm: (i) Xây dựng quy trình
công nghệ sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ vi sinh từ xác bã thực vật và bùn thải ao nuôi cá
tra thâm canh sau khi thu hoạch; (ii) Đánh giá chất lượng sản phẩm phân bón qua phân tích
và khảo nghiệm trên canh tác rau xanh tiến đến xây dựng quy trình sản xuất rau an toàn tỉnh
Vĩnh Long.
Kết quả thử nghiệm sản xuất phân hữu cơ vi sinh đã xác định được tỷ lệ phối trộn nguyên vật
liệu ủ phân tối ưu là 20% bùn đáy ao: 80% xác bã thực vật. Sản phẩm phân hữu cơ vi sinh
của đề tài với các chỉ tiêu về pH = 6,2, C - tổng = 25,38% và vi khuẩn hòa tan lân = 6,4*106
CFU/g, vi khuẩn cố định đạm = 1,1*106 CFU/g đều đạt theo tiêu chuẩn ngành (Áp dụng tiêu
chuẩn ngành 10 TCN 526-2002 của Bộ Nông nghiệp & PTNT); các chỉ tiêu khác như: N tổng số = 0,15%, P2O5 = 0,044% và K2O = 68,57 mg/kg đều thấp hơn tiêu chuẩn ngành; sản
phẩm phân hữu cơ vi sinh cuối cùng có độ ẩm 57,36 %.
Khảo nghiệm hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh lên 2 loài cây trồng là rau mồng tơi và khổ
qua với kiểu bố trí thí nghiệm theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 4 nghiệm thức ứng với 4
công thức bón phân và 3 lần lặp lại.
Kết quả thí nghiệm trên rau mồng tơi cho thấy: nghiệm thức 3 [20 tấn/ha phân Hữu cơ vi sinh
+ 75 kg N - 20 kg P2O5/ha] có trọng lượng trung bình cây cao nhất, đạt 35,69 gam/cây và
thấp nhất là 25,81 gam/cây ở nghiệm thức 4 [10 tấn/ha phân Hữu cơ vi sinh + 75 kg N - 20
kg P2O5/ha]; Dư lượng nitrat có trong thân và lá mồng tơi thấp nhất ở nghiệm thức 4, đạt
89,60 mg/kg, cao nhất 144,22 mg/kg ở nghiệm thức 1 [150 kg N - 40 kg P2O5/ha]; Các chỉ
tiêu khác như năng suất tổng, năng suất thương phẩm và tỷ lệ năng suất thương phẩm/năng
suất tổng không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức bón phân. Canh tác rau mồng tơi bón
phân theo nghiệm thức 3 có tỷ suất lợi nhuận cao nhất (1,60) nếu như giá bán sản phẩm rau
mồng tơi an toàn cao hơn rau bình thường.
Kết quả thí nghiệm trên khổ qua cho thấy: nghiệm thức 4 [10 tấn/ha phân Hữu cơ vi sinh +
50 kg N - 30 kg P2O5/ha] có năng suất tổng cao nhất, đạt 41,48 tấn/ha và thấp nhất là 30,12
tấn/ha ở nghiệm thức 1 [100 kg N - 60 kg P2O5/ha]; Năng suất thương phẩm cao nhất cũng ở
nghiệm thức 4 (38,35 tấn/ha) và thấp nhất ở nghiệm thức 1 (27,98 tấn/ha); Dư lượng nitrat có
trong trái khổ qua thấp nhất ở nghiệm thức 4 (6,82 mg/kg), cao nhất ở nghiệm thức 1 (11,27
mg/kg); Các chỉ tiêu khác như số trái trung bình/cây, trọng lượng trung bình trái và tỷ lệ năng
suất thương phẩm/năng suất tổng đều không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức bón phân.
Canh tác khổ qua bón phân theo nghiệm thức 4 có tỷ suất lợi nhuận cao nhất, đạt 2,64.
Từ khóa: bùn đáy ao cá tra, xác bã thực vật, phân hữu cơ vi sinh, mồng tơi, khổ qua, rau an toàn.
vi
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
ABSTRACT
“Utilization of solid wastes from catfish bottom-fishponds and wood residues from river
bottom to produce compost for safety vegetable cultivation in VinhLong province” was
carried out from Septemper 2007 to May 2008 in Phuoc Hau village, Long Ho district, Vinh
Long province in order to: (i) construct a compost processing with wood residues and solid
wastes from catfish bottom-fishponds; (ii) to analyse quality of compost in the laboratory;
and to evaluate the effectiveness of compost on basella-alba (Basella ssp.) and colocynth
(Momordica charantia L.) cultivation in safety vegetable cultivation.
The results from the compost processing determined the optimal mixture of solid wastes from
catfish bottom-fishponds and wood residues ratio 20% - 80%. The quality compost with
parameters as follows: pH = 6.2, C - total = 25.38%, and phosphate-solubilising bacteria
population = 6.4*106 CFU/gram, nitrogen-fixing bacteria population = 1.1*106 CFU/gram,
all parameters have been approved TCN - standard (10 TCN 526-2002 standard of Ministry
of Agriculture & Rural Development); other parameters as: N - total = 0.15%, P2O5 =
0.044%, and K2O = 68.57 mg/kg were lower than TCN - standard and compost product had
57.36% moisture content.
The effectiveness of compost product was evaluated on basella-alba crop and colocynth crop
by the two experiments which conducted the randomized complete block design having four
treatments and three replicates.
In basella-alba crop, the results showed that the highest average of plant weight (35.69
gram/plant) was obtained with treatment 3 [20 tons/ha mixture of compost and beneficial
microbes + 75 kg N - 20 kg P2O5/ha] and the lowest average of plant weight (25.81
gram/plant) was obtained with treatment 4 [10 tons/ha mixture of compost and beneficial
microbes + 75 kg N - 20 kg P2O5/ha]; nitrate concentration in shoot + leave of treatment 4
(89.60 mg/kg) was the lowest and the highest nitrate concentration (144.22 mg/kg) was
obtained with treatment 1 [150 kg N - 40 kg P2O5/ha]; There was no difference significantly
about biomass-yield, marketable-yield, marketable/biomass-yield ratio. Application of 20
tons/ha mixture of compost and benefical microbes + 75 kg N - 20 kg P2O5/ha [treatment 3]
has the highest profit-rate (1.60) if selling price of safety vegetables should be higher.
With colocynth cultivation, the results showed that the highest biomass-yield (41.48 tons/ha)
was obtained with treatment 4 [10 tons/ha mixture of compost and beneficial microbes + 50
kg N - 30 kg P2O5/ha] and the lowest biomass (30.12 tons/ha) was obtained with treatment 1
[100 kg N + 60 kg P2O5/ha]; marketable-yield of colocynth of treatmet 4 (38.35 tons/ha) was
the highest yield and the lowest yield was treatment 1 (27.98 tons/ha); the lowest nitrate
concentration in colocynth fruit was obtained with treatment 4 (6.82 mg/kg) but the highest
nitrate concentration in colocynth fruit was obtained with treatment 1 (11.27 mg/kg); There
was no difference significantly about number of fruit/plant, average weight of fruit,
marketable/biomass-yield ratio in four treatments. Application of 10 tons/ha mixture of
compost plus beneficial microbes + 50 kg N - 30 kg P2O5/ha [treatment 4] for colocynth
cultivation had the highest profit-rate (2.64).
Key words: solid waste from bottom fishpond, wood residue, compost, basella-alba, colocynth, safety
vegetables.
vii
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU..........................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 1
1.3 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................... 2
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ..................................... 2
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU.....................................................................3
2.1 Giới thiệu chung về bùn thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật .................... 3
2.1.1 Hàm lượng bùn thải ao nuôi cá tra tỉnh Vĩnh Long ...................................... 3
2.1.2 Thành phần của bùn thải ao nuôi cá tra ....................................................... 3
2.1.3 Thành phần của xác bã thực vật.................................................................... 3
2.1.4 Phục hồi sinh học bùn thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật ...................... 5
2.2 Kỹ thuật và phương pháp sản xuất phân hữu cơ vi sinh ............................... 5
2.2.1 Khái niệm về phân hữu cơ vi sinh ................................................................. 5
2.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh...................................... 6
2.2.3 Các vi sinh vật tham gia quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh ................. 6
2.2.4 Các dạng ủ phân hữu cơ vi sinh .................................................................... 9
2.2.5 Quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh ...................................................... 10
2.2.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh.......... 12
2.2.7 Các kỹ thuật nâng cao hiệu quả sản xuất phân hữu cơ vi sinh ................... 14
2.2.8 Một số dụng cụ ủ phân hữu cơ vi sinh quy mô nhỏ ..................................... 16
2.3 Sản xuất rau an toàn ........................................................................................ 18
2.3.1 Một số khái niệm về rau an toàn ................................................................. 18
2.3.2 Vai trò của phân bón hữu cơ vi sinh trong sản xuất rau an toàn................ 18
2.3.3 Phương pháp bón phân cho rau an toàn ..................................................... 19
2.3.4 Đặc tính sinh học và biện pháp kỹ thuật trồng rau mồng tơi...................... 19
2.3.5 Đặc tính sinh học và biện pháp kỹ thuật trồng cây khổ qua ....................... 21
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP............................................ 23
3.1 Phương tiện ....................................................................................................... 23
3.1.1 Nguyên vật liệu ............................................................................................ 23
3.1.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị....................................................................... 24
3.1.3 Địa điểm thí nghiệm .................................................................................... 24
3.2 Phương pháp..................................................................................................... 24
3.2.1 Phân tích chất lượng bùn ao và xác bã thực vật ......................................... 24
3.2.2 Phương pháp liên quan đến công nghệ sản xuất phân hữu cơ vi sinh........ 24
viii
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
3.2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm phân hữu cơ vi sinh............. 26
3.2.4 Phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế sử dụng phân hữu cơ vi sinh ....... 33
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .................................................................. 34
4.1 Phân tích chất lượng bùn ao và xác bã thực vật ........................................... 34
4.2 Thí nghiệm sản xuất phân hữu cơ vi sinh ...................................................... 35
4.2.1 Thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn nguyên vật liệu ................................... 35
4.2.2 Quy trình thử nghiệm sản xuất phân hữu cơ vi sinh.................................... 39
4.2.3 Tính giá thành sản phẩm phân hữu cơ vi sinh ............................................ 40
4.3 Đánh giá chất lượng phân hữu cơ vi sinh ...................................................... 40
4.3.1 Phân tích trong phòng thí nghiệm ............................................................... 40
4.3.2 Khảo nghiệm trên đồng ruộng..................................................................... 43
4.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế sử dụng phân hữu cơ vi sinh .............................. 50
4.4.1 Hiệu quả kinh tế của mô hình trồng rau mồng tơi ...................................... 50
4.4.2 Hiệu quả kinh tế của mô hình trồng khổ qua .............................................. 52
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 53
5.1 Kết luận ............................................................................................................. 53
5.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 54
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 57
Phụ lục 1: Mức giới hạn tối đa cho phép của kim loại nặng trong đất ................... 57
Phụ lục 2: Yêu cầu kỹ thuật của phân hữu cơ vi sinh vật từ rác thải sinh hoạt ...... 57
Phụ lục 3: Mức giới hạn tối đa cho phép của hàm lượng nitrat trong một số
sản phẩm rau tươi ................................................................................... 58
Phụ lục 4: Nhiệt độ của đóng phân ủ trong quá trình sản xuất thử nghiệm............ 59
Phụ lục 5: pH của phân hữu cơ vi sinh trong quá trình sản xuất thử nghiệm......... 59
Phụ lục 6: Chi phí cơ bản của thí nghiệm trồng rau mồng tơi ................................ 60
Phụ lục 7: Chi phí cơ bản của thí nghiệm trồng khổ qua........................................ 61
Phụ lục 8: Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm trồng rau mồng tơi ................... 63
Phụ lục 9: Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm trồng khổ qua ........................... 68
Phụ lục 10: Số liệu thu hoạch rau mồng tơi ............................................................ 74
Phụ lục 11: Số liệu thu hoạch khổ qua.................................................................... 75
ix
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
DANH SÁCH BẢNG
Bảng
Tựa bảng
Trang
1
Tỷ lệ giữa carbon và nitơ của một số nguyên liệu hữu cơ
13
2
Liều lượng và phương pháp bón phân hóa học cho cây mồng tơi
20
3
Liều lượng và phương pháp bón phân hóa học cho cây khổ qua
22
4
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 1 cho cây mồng tơi
28
5
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 2 cho cây mồng tơi
29
6
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 3 cho cây mồng tơi
29
7
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 4 cho cây mồng tơi
29
8
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 1 cho cây khổ qua
31
9
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 2 cho cây khổ qua
32
10
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 3 cho cây khổ qua
32
11
Liều lượng và phương pháp bón phân theo nghiệm thức 4 cho cây khổ qua
32
12
Kết quả phân tích chất lượng bùn ao và xác bã thực vật
34
13
Kết quả phân tích chất lượng phân hữu cơ
38
3
14
Chi phí sản xuất phân hữu cơ vi sinh tính trên 1 m nguyên vật liệu
40
15
Kết quả phân tích chất lượng phân hữu cơ vi sinh sau 50 ngày ủ
41
16
So sánh trọng lượng trung bình cây rau mồng tơi
43
17
So sánh năng suất tổng của rau mồng tơi
43
18
So sánh năng suất thương phẩm của rau mồng tơi
44
19
So sánh dư lượng nitrat có trong rau mồng tơi
46
20
So sánh số trái trung bình/cây khổ qua
47
21
So sánh trọng lượng trung bình trái khổ qua
47
22
So sánh năng suất tổng của cây khổ qua
48
23
So sánh năng suất thương phẩm của cây khổ qua
48
24
So sánh dư lượng nitrat có trong trái khổ qua
49
25
Hiệu quả kinh tế của mô hình trồng rau mồng tơi
ở các nghiệm thức bón phân
50
26
Hiệu quả kinh tế của mô hình trồng rau mồng tơi
có sự thay đổi về giá bán sản phẩm
51
27
Hiệu quả kinh tế của mô hình trồng khổ qua ở các nghiệm thức bón phân
52
x
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
DANH SÁCH HÌNH
Hình
Tựa hình
Trang
1
Thành phần và tỷ lệ thông thường của các hợp chất carbon
tìm thấy trong xác bã thực vật
4
2
Sự thay đổi nhiệt độ và pH của phân ủ theo thời gian
10
3
Quá trình sản xuất phân hữu cơ
11
4
Thiết bị ủ trống quay
16
5
Cấu trúc cạnh trong thiết bị ủ trống
16
6
Đơn vị ủ ba ngăn với những thanh gỗ mỏng
16
7
Đơn vị ủ ba ngăn với lưới kim loại
17
8
Thùng ủ bằng nhựa
17
9
Thùng chứa hàng rào kim loại
17
10
Thùng chứa hàng rào gỗ
17
11
Hầm ủ bằng xi măng
17
12
Thùng chứa thanh gỗ mỏng
17
13
Lấy bùn tại ao nuôi cá tra thâm canh
23
14
Xác bã thực vật đã được xử lý sơ bộ
23
15
Thí nghiệm ủ phân trong thùng nhựa
25
16
Sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng rau mồng tơi
27
17
Ruộng thí nghiệm trồng rau mồng tơi
28
18
Sơ đồ bố trí thí nghiệm trồng khổ qua
30
19
Ruộng thí nghiệm trồng khổ qua
31
20
Mẫu bùn đáy ao nuôi cá tra
34
21
Mẫu xác bã thực vật
34
22
Sự thay đổi nhiệt độ của phân ủ theo thời gian
35
23
Sự thay đổi pH của phân ủ theo thời gian
36
24
Sự thay đổi thể tích của phân ủ
37
25
Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ xác bã thực vật và
bùn ao nuôi cá tra
39
26
Phân hữu cơ vi sinh (mẫu B) sau 50 ngày ủ
42
27
Tỷ lệ năng suất thương phẩm/năng suất tổng của rau mồng tơi
44
28
Tình hình sinh trưởng của rau mồng tơi ở 37 ngày sau khi gieo
46
29
Tỷ lệ năng suất thương phẩm/năng suất tổng của khổ qua
49
30
Tình hình sinh trưởng của khổ qua ở 60 ngày sau khi gieo
50
xi
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Nội dung
C
Carbon
Cd
Cadimi
Hg
Thủy ngân
K
Kali
N
Nitơ, đạm
O
Oxy
P
Photpho
Pb
Chì
HC
Hữu cơ
HCVS
Hữu cơ vi sinh
VSV
Vi sinh vật
AAS
Automic Absorption Spectrometry - Đo phổ hấp thu tự động
APHA
American Public Health Association - Hội Y tế công cộng Mỹ
CV
Coefficient of Variation - Hệ số biến thiên
LSD
Least Significant Difference - Sự khác nhau ở mức ý nghĩa thấp nhất
xii
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Vĩnh Long là một tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long nằm giữa hai con sông Tiền
và sông Hậu với một hệ thống kênh rạch chằng chịt tạo điều kiện thuận lợi trong việc
phát triển nuôi trồng thủy sản. Một bộ phận nông dân đã sử dụng lao động nông nhàn
để nuôi trồng thủy sản trong ao, mương vườn, kết hợp nuôi cá trong ruộng lúa, nhưng
mô hình nuôi cá tra thâm canh sản xuất lớn trong ao ngày càng được quan tâm và phát
triển mạnh mẽ, đặc biệt là ở những địa điểm nằm dọc theo sông Tiền, sông Hậu và
sông Măng Thít.
Trong quá trình sản xuất, tình trạng ô nhiễm từ nguồn thức ăn dư thừa và phân thải
của cá trong ao cá tra thâm canh mặc dù đã được khắc phục bằng việc thay nước sạch
định kỳ, song phần bùn đáy ao nơi các chất thải tích tụ trong quá trình nuôi là môi
trường lý tưởng cho các vi trùng và ký sinh trùng gây bệnh phát triển (Đặng Đình Kim
& Vũ Văn Dũng, 2004), đồng thời nó là nguồn gây ô nhiễm thường xuyên và lâu dài
ao nuôi vẫn chưa có biện pháp xử lý hữu hiệu, kể cả khi bùn được vớt lên khỏi ao (đắp
lại trên bờ hoặc thải trực tiếp ra sông). Do bùn thải này chưa qua xử lý nên còn mang
nhiều mầm bệnh dẫn đến nguy cơ gây ô nhiễm trở lại ao nuôi là rất lớn, điều này ảnh
hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái tự nhiên, cũng như môi trường nuôi cá
tra thâm canh.
Bên cạnh đó, trong quá trình khai thác cát sông ở tỉnh Vĩnh Long phải vớt thêm một
lượng tương đối lớn xác bã thực vật khó phân hủy trong điều kiện kỵ khí mà xác bã
thực vật này vẫn chưa có biện pháp sử dụng thích hợp.
Do vậy, giải pháp sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ bùn thải ao nuôi cá tra và xác
bã thực vật ở đáy sông sẽ giải quyết được cả hai vấn đề trên. Từ đó góp phần phát
triển bền vững nghề nuôi cá tra thâm canh, tận thu phế thải trong khai thác tài nguyên
và cung cấp một loại phân bón hữu cơ vi sinh mới đáp ứng nhu cầu phân bón cho
27.284 ha diện tích trồng rau màu trong tỉnh Vĩnh Long, trong đó diện tích sản xuất
rau an toàn là 1.500 ha (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Vĩnh Long, 2008).
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Tận thu phế thải trong khai thác tài nguyên và sản xuất thủy sản, góp phần bảo vệ
môi trường.
- Sản xuất thử nghiệm phân bón hữu cơ vi sinh từ chất thải ao nuôi cá tra và xác bã
thực vật cho cây rau xanh trong tỉnh Vĩnh Long, góp phần hạn chế sử dụng phân bón
hóa học và tăng thu nhập cho nông dân.
1
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
1.3 Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ vi sinh từ xác bã
thực vật và bùn thải ao nuôi cá tra thâm canh sau khi thu hoạch.
- Đánh giá chất lượng sản phẩm phân bón qua phân tích và khảo nghiệm trên canh tác
rau xanh tiến đến xây dựng quy trình sản xuất rau an toàn tỉnh Vĩnh Long.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Do giới hạn về thời gian và kinh phí nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng các
chủng vi sinh vật phân giải cellulose và lignin đã được phân lập vào xử lý bùn đáy ao
nuôi cá tra và xác bã thực vật thành phân hữu cơ vi sinh, qua việc xác định tỷ lệ phối
trộn tối ưu giữa bùn đáy ao và xác bã thực vật. Từ đó xây dựng quy trình sản xuất thử
nghiệm phân hữu cơ vi sinh từ hai nguồn nguyên liệu trên.
Phân hữu cơ vi sinh được tạo ra từ kết quả của đề tài sẽ được đánh giá chất lượng và
khảo nghiệm hiệu quả lên canh tác rau ĂN LÁ (mồng tơi) và RAU ĂN QUẢ (khổ
qua) theo quy trình canh tác rau an toàn ở tỉnh Vĩnh Long.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Đề tài xây dựng được quy trình sản xuất thử nghiệm phân hữu cơ vi sinh từ bùn thải
đáy ao nuôi cá tra công nghiệp và xác bã thực vật; xây dựng hay đề xuất giải pháp giải
quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do bùn thải đáy ao nuôi cá tra công nghiệp gây ra;
đồng thời tận thu sử dụng nguồn xác bã thực vật trong quá trình khai thác tài nguyên
cát sông.
Mặt khác, lượng phân bón hữu cơ vi sinh tạo ra góp phần phát triển ngành nghề sản
xuất rau an toàn và cũng là một mô hình sản xuất khả quan mang lại lợi ích kinh tế
cho các tổ hợp tác sản xuất, hợp tác xã, trang trại kết hợp nuôi cá tra công nghiệp - sản
xuất phân bón hữu cơ vi sinh - trồng rau an toàn.
2
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Giới thiệu chung về bùn thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật
2.1.1 Hàm lượng bùn thải ao nuôi cá tra tỉnh Vĩnh Long
Nuôi cá tra thâm canh trong tỉnh Vĩnh Long chủ yếu dưới 2 hình thức là nuôi ao và
nuôi bè. Trong năm 2006 diện tích nuôi cá tra thâm canh trong ao chiếm 204 ha, đạt
sản lượng 36.838 tấn và nuôi 6 bè đạt sản lượng 270 tấn; Năm 2007 diện tích nuôi cá
tra ao đạt trên 300 ha (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Vĩnh Long, 2008).
Chất thải ao nuôi cá tra gồm có nước thải và chất thải rắn là bùn đáy ao. Lượng bùn
này được tạo thành do sự xói mòn lớp đất trên bờ ao nuôi, lượng thức ăn dư thừa, xác
vi sinh vật và động thực vật phù du, chất bài tiết của cá lắng đọng. Sau mỗi vụ nuôi sẽ
hình thành một lớp bùn tích tụ ở đáy ao dày từ 10 - 30 cm. Với diện tích nuôi như trên
ước tính lượng bùn thải ra do nuôi cá tra ao thâm canh trong toàn tỉnh Vĩnh Long
khoảng 600.000 m3/vụ nuôi.
2.1.2 Thành phần của bùn thải ao nuôi cá tra
Theo Đặng Đình Kim & Vũ Văn Dũng (2004), bùn thải có thành phần chủ yếu là chất
hữu cơ, sinh khối vi sinh vật và động thực vật thủy sinh nên khi phân hủy tự nhiên ở
đáy ao sẽ làm cạn kiệt oxy hòa tan và là nguồn sinh ra các chất độc hại đối với tôm, cá
như NH3, H2S, CH4 gây ô nhiễm nặng cho các ao nuôi, lượng khí H2S thường quá cao
(không được vượt quá ngưỡng 1,0 ppm) và nó thường gây độc ở pH thấp (Phạm Văn
Ty & Vũ Nguyên Thành, 2006).
Bùn thải ở trạng thái tươi có mùi hôi, hàm lượng chất hữu cơ gây thối rữa cao, nhiều
trứng giun sán dễ gây ô nhiễm môi trường và khó sử dụng với thành phần chính là:
Carbohydrat, lipid, protein chiếm 80 - 85% và phần còn lại là chất mùn chiếm 15 20% (Hoàng Đức Liên & Tống Ngọc Tuấn, 2003). Điều này đòi hỏi phải có các chủng
vi sinh vật hữu hiệu để chuyển hóa các chất hữu cơ nếu muốn xử lý bùn, lên men làm
phân bón hữu cơ vi sinh.
2.1.3 Thành phần của xác bã thực vật
Trong quá trình khai thác cát sông ở tỉnh Vĩnh Long, người ta phải vớt thêm một
lượng tương đối lớn xác bã thực vật trầm tích ở đáy sông lâu ngày trong điều kiện kỵ
khí. Theo Nguyễn Xuân Thành et al. (2003), thành phần của xác bã thực vật gồm 3
cấu tử chính là: cellulose, hemicellulose và lignin.
- Cellulose: là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số
hydratcacbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, cellulose tồn tại trong mối liên
kết chặt với các polysaccarit khác: hemicellulose, pectin và lignin tạo thành liên kết
3
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
bền vững. Hàm lượng cellulose trong các chất khác nhau rất khác nhau, trong giấy là
61%, trấu là 31%.
- Hemicellulose: có khối lượng không nhỏ, chỉ đứng sau cellulose trong tế bào thực
vật, chúng được phân bố ở vách tế bào. Hemicellulose có bản chất là polysaccarit bao
gồm khoảng 150 gốc đường liên kết với nhau bằng cầu nối β-1,4 glucozit; β-1,6
glucozit và thường tạo thành mạch ngắn có phân nhánh.
- Lignin: là những hợp chất có thành phần cấu trúc rất phức tạp, là chất cao phân tử
được tạo thành do phản ứng ngưng tụ từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-P-cumarynic;
trans-connyferynic; trans-cynapylic. Lignin khác với cellulose và hemicellulose ở chỗ
hàm lượng carbon tương đối nhiều, cấu trúc của lignin còn có nhóm methoxyl
(−OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C−C) hay (C−O) trong đó phổ biến là liên
kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete. Lignin đễ bị phân giải từng phần dưới tác
dụng của Na2S2O3, H2SO3, CaS2O3…
Hình 1: Thành phần và tỷ lệ thông thường của các hợp chất carbon
tìm thấy trong xác bã thực vật
(Brady, 1997)
4
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
2.1.4 Phục hồi sinh học bùn thải ao nuôi cá tra và xác bã thực vật
Phục hồi sinh học là công nghệ sử dụng các tác nhân sinh học để khôi phục lại đất
hoặc nước đã bị ô nhiễm bởi các chất độc hại đối với sức khỏe con người và môi
trường. Cơ sở của phục hồi sinh học là quá trình phân hủy sinh học tự nhiên, làm giảm
nồng độ chất ô nhiễm và oxy hóa hoàn toàn một số chất hữu cơ thành CO2, H2O, NO3và các thành phần vô cơ khác có thể tích lũy trong môi trường. Vi sinh vật đặc biệt
thích hợp cho phục hồi sinh học vì chúng có kiểu trao đổi chất rất đa dạng (Phạm Văn
Ty & Vũ Nguyên Thành, 2006). Do vậy xử lý bùn thải ao nuôi cá tra thâm canh và
phế thải xác bã thực vật bằng vi sinh vật để làm phân bón hữu cơ vi sinh cũng là một
biện pháp phục hồi sinh học có hiệu quả cần được quan tâm nghiên cứu.
2.2 Kỹ thuật và phương pháp sản xuất phân hữu cơ vi sinh
2.2.1 Khái niệm về phân hữu cơ vi sinh
Phân hữu cơ vi sinh là sản phẩm được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác
nhau, nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, cải tạo đất, chứa một hay nhiều
chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn quy định, góp phần
nâng cao năng suất, chất lượng nông sản. Phân hữu cơ vi sinh không gây ảnh hưởng
xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản (Tổng cục Tiêu
chuẩn đo lường chất lượng, TCVN 6169:1996).
Lê Văn Tri (2001) cho rằng, phân hữu cơ vi sinh là phân trộn cơ học giữa phân vi sinh
và phân hữu cơ. Trong đó, phân hữu cơ bao gồm tất cả các loại phân có nguồn gốc là
sản phẩm hữu cơ, như các loại phân chuồng, phân xanh… (Nguyễn Công Vinh, 2002)
và phân ủ cũng là một loại phân hữu cơ, đó là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân
giải rác thải hữu cơ nhờ vi sinh vật (Nguyễn Thanh Hiền, 2003).
Ủ phân để sản xuất phân hữu cơ là quá trình làm thối rữa tự nhiên hoặc là sự phân hủy
vật chất hữu cơ do vi sinh vật dưới những điều kiện kiểm soát. Các nguyên liệu hữu
cơ như xác bã thực vật sau thu hoạch, chất thải gia súc, rác thực phẩm nhà bếp, một
vài chất thải đô thị và chất thải công nghiệp sau quá trình ủ thích hợp và được sử dụng
như là một nguồn phân bón làm màu mỡ đất (Misra et al., 2003).
Phân vi sinh có nhiều loại khác nhau, điểm chung của các loại phân vi sinh đó là thành
phần chủ yếu của nó phải là vi sinh vật có các chức năng nhất định như cố định đạm,
phân giải phosphate, kích thích sinh trưởng… (Nguyễn Thanh Hiền, 2003); là tập hợp
của một hoặc nhiều nhóm vi sinh vật, chúng được nhân lên từ các chế phẩm vi sinh
vật và tồn tại trong các chất mang không vô trùng, hàm lượng các vi sinh vật hữu ích
thường phải đạt 1,0 x 106 CFU/gam (Lê Văn Tri, 2001).
5
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
2.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ vi sinh
Hiện nay nghiên cứu sản xuất và sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh là vấn đề đã và
đang được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới. Khoảng 20 năm trở lại đây các tạp chí
khoa học quốc tế thông báo nhiều thành tựu của công nghệ vi sinh vật để sản xuất
phân hữu cơ vi sinh từ các phế thải nông nghiệp kết hợp với quặng lân có hàm lượng
thấp được áp dụng trong các trang trại của Mỹ, Canada, Ấn Độ… Nhiều loại phân bón
chứa vi sinh vật cố định đạm, hòa tan lân, kích thích sinh trưởng, phân giải
cellulose… đã được sản xuất và thương mại hóa với quy mô toàn cầu.
Ở Việt Nam trong khoảng 10 năm trở lại đây đã có nhiều thành công trong nghiên cứu
và ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ than bùn và
quặng nghèo lân. Gần đây các cán bộ Viện Công nghệ Sinh học đã nghiên cứu thử
nghiệm thành công một số công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh chất lượng
cao, có khả năng thay thế tốt phân khoáng cũng như các phân hữu cơ vi sinh khác trên
cơ sở sử dụng các tổ hợp vi sinh vật để lên men xử lý hiệu quả các cặn bùn nước thải
làng nghề chế biến nông sản kết hợp chăn nuôi, xử lý rác phế thải sinh hoạt và tận
dụng than bùn, mùn mía công nghiệp. Phân vi sinh vật cố định đạm, phân giải lân đã
bước đầu được nghiên cứu từ những năm 1960. Tiếp thu các thông tin khoa học thế
giới, từ những năm 1980-1990, nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu sản xuất các
chế phẩm vi sinh vật cho các cây đậu đỗ. Tiếp đó là những đề tài nghiên cứu vi sinh
vật phân giải hợp chất phosphate khó tan (Đặng Đình Kim & Vũ Văn Dũng, 2004).
Việc nghiên cứu để sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ các chất phế thải là một vấn đề
lớn, cấp thiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, giảm chi phí đầu tư
sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ và bảo vệ môi trường không khí, đất, nước, xây dựng nền
nông nghiệp sinh thái bền vững. Đây là một vấn đề khó vì các dạng phế thải khác
nhau có những đặc điểm hóa, lý, sinh học khác nhau. Các chủng vi sinh vật dùng để
phân hủy các đối tượng phế thải cũng như điều kiện để cho các vi sinh vật hữu ích tồn
tại được trên các chất hữu cơ phế thải khác nhau cũng hoàn toàn khác nhau.
2.2.3 Các vi sinh vật tham gia quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
a) Vi sinh vật phân giải cellulose:
Trong tự nhiên, khu hệ vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose vô cùng phong phú,
bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và rất nhiều loại nấm. Xạ khuẩn là loại vi sinh vật có
nhiều ưu điểm bởi chúng có hệ enzym cellulase mạnh, chúng phân giải cellulose thành
cellobiose, glucose và chất mùn (Lê Văn Tri, 2001).
Vi sinh vật gây phân hủy cellulose hiếu khí gồm vi khuẩn Spototrichum cellulophilum,
Cellvibrio, Cellfaciculla; nấm mốc Penicillium, Botritis, Fusarium, Aspergillus,
Trichoderma; xạ khuẩn Actinomyces. (Nguyễn Đức Lượng, 1996; Phạm Thị Trân
6
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
Châu & Phan Tuấn Nghĩa, 2006). Trichoderma viride có hoạt tính đối kháng cao trong
việc chống lại một số nấm gây bệnh ở thực vật, chẳng hạn như Phytophthora
palmivora, Phytophthora parasitica, Pythium sp. và Rhizoctonia solani. Hơn nữa
Trichoderma viride sản sinh ra một lượng vừa phải enzym protease và các acid hữu cơ
để làm hòa tan phosphate (Vanlada Sunantapongsuk et al., 2006).
Quá trình phân giải yếm khí cellulose chủ yếu là các loài vi khuẩn: Bacillus cellulosae
hydrogenicus, Bacillus cellulosae methanicus, Bacillus cellulosae dissolvens,
Clostridium thermocellum. Quá trình phân giải yếm khí cellulose tiến hành qua 2 giai
đoạn, đầu tiên cellulose được thủy phân thành glucose, sau đó glucose tiếp tục biến
đổi theo kiểu lên men butyric theo 2 dạng cho sản phẩm cuối cùng là H2 hoặc CH4
(Nguyễn Đức Lượng, 1996).
b) Vi sinh vật phân giải hemicellulose:
Vi sinh vật phân giải hemicellulose thường có trong dạ dày của động vật nhai lại như
trâu bò. Chủ yếu là các giống sau: Ruminococcus, Bacillus, Bacteroides, Butyvibrio,
Clostridium. Nhiều loại nấm sợi như: Aspegillus, Penicillium, Trichoderma.
Phần lớn hemicellulose có tính chất tương đồng với cellulose, tuy nhiên hemicellulose
có phân tử lượng nhỏ hơn và cấu trúc đơn giản hơn. Như vậy Hemicellulose kém bền
vững hơn do đó dễ phân giải hơn cellulose. Vi sinh vật phân giải hemicellulose nhanh
hơn là cellulose (Nguyễn Xuân Thành et al., 2003).
c) Vi sinh vật phân giải Lignin:
Vi sinh vật phân giải Lignin là những giống có khả năng tiết ra enzym ligninase, gồm
có: Nấm Basidiomycetes, Acomycetes, nấm bất toàn. Vi khuẩn gồm: Pseudomonas,
Xanthomonas, Acinebacter. Xạ khuẩn: Streptomyces.
Nhiều công trình kết luận có tới 15 enzym tham gia vào quá trình phân giải lignin.
Ligninase không thủy phân ligin thành các tiểu phần hòa tan như quá trình phân giải
cellulose. Nhưng trong đó có 3 enzyme chủ chốt là: Lignin peroxidase, Mangan
peroxidase và Laccase (Nguyễn Xuân Thành et al., 2003).
d) Vi sinh vật cố định đạm:
Vi sinh vật cố định đạm là vi sinh vật có khả năng hấp thụ nitơ trong không khí và
chuyển nitơ thành NH3 để nuôi chính bản thân nó. NH3 dư thừa sẽ tiết ra ngoài hoặc
khi vi sinh vật chết đi, chúng sẽ để lại phần xác giàu đạm và các chất dinh dưỡng
(Nguyễn Thanh Hiền, 2003).
Các vi sinh vật cố định đạm cộng sinh như vi khuẩn Rhizobium sống trong nốt sần cây
họ đậu, tảo lam (Cyanobacteria) cộng sinh với bèo hoa dâu (Azolla), xạ khuẩn
Actinomyces, Klebsiella sống cộng sinh với 7 họ bao gồm 160 loài thực vật thân gỗ
7
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
cũng hình thành nốt sần (Lê Văn Tri, 2001; Đường hồng Dật, 2002a). Bradyrhizobium
sp. thuộc nhóm vi khuẩn cố định đạm cộng sinh trong nốt sần cây họ đậu, trong sự
cộng sinh này một lượng lớn khí hydro được phóng thích từ các nốt sần là một sản
phẩm do nitrogenase phản ứng (Cecilia Baginsky et al., 2005).
Vi sinh vật cố định đạm không cộng sinh gồm: vi khuẩn sống tự do hiếu khí:
Azotobacter (được phân lập đầu tiên vào năm 1901 bởi Beijerinck), Azomonas,…; vi
khuẩn kỵ khí không bắt buộc Acrobacter, Bacillus polymyxa…; vi khuẩn kỵ khí bắt
buộc: Clostridium desulphovibrio…(Lê Văn Tri, 2001).
Vi sinh vật cố định đạm cho cây hòa thảo gồm vi khuẩn Azospirillum, chúng sống hội
sinh ở vùng rễ của cây trồng thuộc họ hòa thảo. Azospirillum được Beijerinck phát
hiện từ năm 1922, nhưng vai trò cố định đạm chỉ được biết đến vào những năm của
thập kỷ 70. Chúng nhận các chất hữu cơ do cây tiết ra như pectin, acid hữu cơ làm
nguồn dinh dưỡng để phát triển và cố định đạm (Lê Văn Tri, 2001). Azospirillum được
tìm thấy khoảng 90% trong đất vùng nhiệt đới và gần 60% ở vùng ôn đới, chủ yếu là 2
loài Azospirillum brasilense và Azospirillum lipoferum. Việc chủng Azospirillum
brasilense vào hạt giống ngũ cốc sẽ góp phần làm tăng số lượng của chúng trong đất
(Swedrzynska & Sawicka, 2001).
Gluconacetobacter diazotrophicus, trước đây là Acetobacter diazotrophicus là một vi
khuẩn cố định đạm sống trong khe gian bào của cây mía, điểm đặc trưng của vi khuẩn
này là khả năng cố định N2 trong điều kiện có sự hiện diện của oxy (Dong et al.,
2002). Gluconacetobacter diazotrophicus chịu đựng được việc xử lý nhiệt và độ nặm,
nhưng hoạt tính enzym nitrogenase và các enzym biến dưỡng carbon của nó bị ảnh
hưởng bởi nồng độ muối cao với liều lượng 150-200 mmol NaCl (Tejera et al., 2003).
e) Vi sinh vật hòa tan lân:
Vi sinh vật hòa tan lân là nhóm các vi sinh vật có khả năng phân hủy các hợp chất
phosphate khó tan đã có sẵn trong đất hoặc được bón vào đất thành dạng dễ tan mà
cây trồng có thể hấp thu được (Lê Văn Tri, 2001).
Vi sinh vật phân giải lân gồm Aspergillus niger, một số loài thuộc chi vi khuẩn
Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus (Đường Hồng Dật, 2002a). Azomonas agilis sản
sinh ra một lượng lớn các acid hữu cơ để hòa tan phosphate và canxi làm gia tăng độ
màu mỡ của đất (Vanlada Sunantapongsuk et al., 2006). Một số lượng nhỏ các loài
thuộc giống Pseudomonas sensu stricto được biết có khả năng phân giải phosphate.
Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas corrugata,
Pseudomonas stutzeri và Pseudomonas fluorescens là các loài được nghiên cứu phổ
biến.
8
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
Tuy nhiên, nhiều loài vi khuẩn có khả năng hòa tan phosphate ở vùng rễ thực vật vẫn
chưa biết đến và cần được nghiên cứu nhiều hơn (Alvaro et al., 2003). Một số loài này
ngoài việc hút lân cung cấp cho cây, còn có khả năng huy động các nguyên tố Cu, Zn,
Fe… cho cây trồng (Đường Hồng Dật , 2002a).
f) Mối quan hệ giữa các vi sinh vật hữu ích:
Giữa các chủng vi sinh vật có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Người ta thấy nếu bổ
sung vi khuẩn Azospirillum vào chế phẩm có Rhizobium thì việc hình thành nốt sần
của Rhizobium sẽ tăng lên. Bổ sung vi khuẩn phân giải phosphate vào chế phẩm có
Azospirillum sẽ làm tăng hoạt tính cố định đạm của Azospirillum (Lê Văn Tri, 2001).
Trong phân trùng khi được cấy các chủng vi khuẩn cố định đạm Azotobacter
chroococcum, Azospirillum lipoferum và vi khuẩn hòa tan phosphate Pseudomonas
striata giúp làm tăng hàm lượng N và P của phân (Vievek & Singh, 2001).
2.2.4 Các dạng ủ phân hữu cơ vi sinh
Theo Misra et al. (2003) ủ phân hữu cơ có thể được chia ra làm 2 loại bởi quá trình
phân hủy tự nhiên: ủ phân kỵ khí và hiếu khí.
- Trong ủ phân kỵ khí, sự phân hủy xảy ra khi oxy không có hoặc được cung cấp hạn
chế. Theo phương pháp này, các vi sinh vật kỵ khí chiếm ưu thế và sinh ra các hợp
chất trung gian bao gồm methane, các acid hữu cơ, hydro sulphide và các chất khác.
Khi không có oxy, các hợp chất này tích lũy và không chuyển hóa nữa (Misra et al.,
2003). Nhiều hợp chất này có mùi bền và một vài chất thì có độc tố thực vật, chúng
làm yếu hoặc cản trở sự phát triển của rễ cây trồng, tạo ra mùn có tính acid, làm tăng
độ chua của đất (Nguyễn Thanh Hiền, 2003). Ủ kỵ khí là một quá trình nhiệt độ thấp,
nó không ảnh hưởng mạnh đến hạt giống cỏ dại và các mầm bệnh. Hơn nữa, quá trình
này thường tốn nhiều thời gian hơn ủ hiếu khí. Tuy nhiên, ủ phân kỵ khí là công việc
ít phức tạp và mất ít dinh dưỡng hơn (Misra et al., 2003). Trong ủ phân kỵ khí quá
trình phản nitrat hóa xảy ra rất mạnh, pH thích hợp cho quá trình này là trung tính
hoặc kiềm (pH = 7,0 - 8,2). Quá trình phản nitrat hóa trực tiếp gây ra do nhiều loài vi
sinh vật khác nhau. Trong đó đáng chú ý nhất là : Chromobacterium denitrificans,
Achromobacter stutzeri, Pseudomonas fluorescens..., chúng tham gia khử nitrat và
nitrit đến phân tử nitơ tự do, làm tổn thất lượng nitơ của phân (Nguyễn Đức Lượng,
1996).
- Ủ phân hiếu khí diễn ra ở nơi có nhiều oxy. Trong quá trình này, các vi sinh vật hiếu
khí phân cắt hợp chất hữu cơ và sản sinh ra CO2, NH3, nước, nhiệt và chất mùn, sản
phẩm cuối cùng tương đối ổn định. Mặc dù ủ phân hiếu khí có thể sản sinh ra các hợp
chất trung gian như các acid hữu cơ, các vi sinh vật hiếu khí tiếp tục phân hủy chúng.
Kết quả là phân hữu cơ ủ với dạng chất hữu cơ tương đối không bền, có ít rủi ro về
độc chất thực vật (Misra et al., 2003). Những sản phẩm trung gian trong quá trình
9
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
phân giải cellulose hiếu khí là nguồn carbon tốt nhất cho vi khuẩn cố định đạm
(Nguyễn Đức Lượng, 1996). Trong quá trình ủ phân hiếu khí, nhiệt độ lên men có thể
lên đến 50 - 60oC và thậm chí 70oC tùy loại và điều kiện của nguyên liệu thô, tạo ra
dạng mùn trung tính có hiệu quả trong việc nâng cao độ màu của đất (Nguyễn Thanh
Hiền, 2003). Ủ phân hiếu khí có ưu điểm là xử lý triệt để phế thải, không gây ô nhiễm
môi trường, tiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh, sản phẩm phân hữu cơ là phân
bón sạch (Hoàng Đức Liên & Tống Ngọc Tuấn, 2003).
2.2.5 Quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
Quá trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh được tiến hành qua 2 công đoạn: đầu tiên là ủ
hiếu khí nguyên vật liệu đã phối trộn theo tỷ lệ thích hợp tạo thành phân hữu cơ; trên
nền phân hữu cơ được tạo thành ta chủng vào các vi sinh vật hữu ích (cố định đạm và
hòa tan lân) để có phân hữu cơ vi sinh thích hợp.
A. Giai đoạn nhiệt độ trung bình
B. Giai đoạn nhiệt độ cao
C. Giai đoạn nguội
D. Giai đoạn hoàn thiện
Hình 2: Sự thay đổi nhiệt độ và pH của phân ủ theo thời gian
(Ministry of Agriculture & Food Canada, 1996)
* Công đoạn 1: Ủ phân hữu cơ
Theo Misra et al. (2003) quá trình ủ phân hiếu khí bắt đầu bằng việc tạo thành đống
nguyên liệu. Trong nhiều trường hợp, nhiệt độ nâng lên nhanh chóng đến 70 - 80oC
trong vòng một vài ngày đầu. Đầu tiên các sinh vật ưa nhiệt trung bình (nhiệt độ phát
triển tối ưu từ 20 - 45oC) tăng lên nhanh dựa vào lượng đường và các acid amin có
sẵn. Chúng sinh ra nhiệt bởi sự trao đổi chất của chính chúng và nâng nhiệt độ lên đến
mức mà ở đó hoạt động của chúng trở nên bị kìm hãm. Khi đó một vài loài nấm và vi
khuẩn ưa nhiệt (nhiệt độ phát triển tối ưu từ 50-70oC) tiếp tục tiến trình xử lý, nâng
nhiệt độ của khối nguyên liệu lên đến 65oC hoặc cao hơn. Giai đoạn có nhiệt độ cao
điểm này ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng phân ủ bởi vì nhiệt tiêu diệt các mầm
bệnh và các hạt cỏ dại. Sau giai đoạn hoạt động tích cực đến giai đoạn xử lý kéo dài,
và nhiệt độ đống ủ giảm dần. Bắt đầu của giai đoạn này được nhận biết khi đống ủ
10
Luận văn Tốt nghiệp khóa 12 - 2008
Trường Đại học Cần Thơ
không nóng lại nữa. Ở giai đoạn này, nhóm nấm ưa nhiệt khác bắt đầu phát triển.
Những nấm này đưa đến giai đoạn phân hủy chủ yếu vách tế bào thực vật như
cellulose và hemicellulose. Ủ phân kéo dài có thể đề phòng được các nguy hiểm do
việc sử dụng phân ủ chưa chín như tình trạng nghèo nitơ, sự thiếu hụt oxy, và các độc
chất acid hữu cơ trên cây trồng.
Cuối cùng nhiệt độ đống ủ giảm xuống đến nhiệt độ môi trường xung quanh. Vào lúc
ủ phân hoàn tất, đống ủ không thay đổi về hình dạng nữa và hoạt động sinh học trở
nên bớt đi mặc dù các sinh vật ưa nhiệt trung bình vẫn còn tồn tại trong phân. Nguyên
vật liệu ban đầu từ màu nâu đậm chuyển thành màu đen. Các hạt giảm kích thước và
trở nên rắn chắc giống kết cấu đất. Trong quá trình này, hàm lượng chất mùn gia tăng,
tỷ lệ giữa carbon và nitơ (C:N) giảm, pH trung tính.
Nhiệt
Hơi nước
- Khoáng chất
- Chất lỏng/Nước
- Hữu cơ tươi
Khí CO2
Đống ủ phân
- Mùn hoặc chất
hữu cơ phân hủy
- Khoáng chất
- Nước
Các vi sinh vật
O2
Hình 3: Quá trình sản xuất phân hữu cơ
(Pace et al., 1995)
* Công đoạn 2: Chủng các vi sinh vật hữu ích
Công đoạn này có tác dụng làm màu mỡ phân hữu cơ. Phân hữu cơ ủ thường nghèo
hàm lượng P (0,4 - 0,8%). Việc thêm P vào làm cho phân trở nên cân bằng hơn, và
cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng và phân hủy chất thải nhanh hơn. Sự
bổ sung P cũng làm giảm sự mất mát N. Phân hữu cơ có thể được làm màu mỡ thêm
bằng cách thêm vào quặng lân hoặc bột xương động vật (quặng lân giá trị thấp có thể
được sử dụng cho mục đích này), cũng có thể sử dụng xương động vật thô, phá vở nó
thành những mảnh nhỏ và cho vào đống ủ làm cải tiến đáng kể giá trị dinh dưỡng của
phân. Thêm tro củi làm gia tăng hàm lượng K của phân.
Chủng các vi khuẩn cố định đạm và hòa tan lân vào đống ủ. Phẩm chất của phân được
cải tiến nhiều hơn bởi việc chủng vi sinh vật lần thứ hai này Azotobacter, Azospirillum
11
