BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
NGUYỄN XUÂN DŨ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ RƠM NHẰM
CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRỒNG LÚA
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC
Cần Thơ – 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
NGUYỄN XUÂN DŨ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ RƠM NHẰM
CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRỒNG LÚA
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Chuyên ngành: Môi Trường Đất và Nước
Mã số: 62 44 03 03
LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TRƯƠNG THỊ NGA
Cần Thơ - 2016
TÓM TẮT
Trong sản xuất nông nghiệp hiện nay vấn đề thâm canh tăng vụ lúa làm cho
dưỡng chất trong đất bị cạn kiệt và mất cân đối và việc đốt đồng sau thu hoạch gây ô
nhiễm môi trường đang được quan tâm. Nghiên cứu được thực hiện nhằm đưa ra giải
pháp xử lý rơm tại ruộng giúp hạn chế đốt đồng góp phần cải thiện tính chất đất trồng
lúa thâm canh. Các nội dung thí nghiệm trong nghiên cứu nhằm đạt được các mục tiêu
cụ thể như: 1) Đánh giá hiện trạng xử lý rơm tại các vùng thâm canh lúa thuộc tỉnh Tiền
Giang và những ảnh hưởng của việc đốt đồng đến tính chất lý hóa đất lúa thâm canh; 2)
Đánh giá khả năng ủ phân compost từ rơm và quá trình phân hủy rơm trên ruộng với
việc bổ sung các chế phẩm sinh học; 3) Đánh giá hiệu quả của vùi rơm trên ruộng đến
tính chất lý hóa đất và 4) Đề xuất quy trình xử lý rơm trên đồng ruộng.
Kết quả đánh giá được hiện trạng xử lý rơm qua khảo sát hiện trạng sử dụng và
xử lý rơm sau thu hoạch tại Tiền Giang trên cơ sở phỏng vấn 400 hộ dân sử dụng phiếu
điều tra nông hộ tại các huyện Cái Bè, Cai Lậy, Chợ Gạo và Gò Công Tây. Có 92-97%
ý kiến trả lời của người dân ở các huyện khảo sát cho rằng đốt đồng ở vụ Đông Xuân,
trừ huyện Chợ Gạo có đến khoảng 95% số hộ tận dụng nguồn rơm sau thu hoạch. Vụ
Thu Đông có 25-54% ý kiến nông dân tại huyện Cái Bè và huyện Cai Lậy để rơm phân
hủy tự nhiên trên ruộng. Khảo sát, đánh giá tính chất lý hóa đất canh tác có đốt đồng lâu
năm và không đốt đồng tại huyện Cái Bè qua thu mẫu đất ở độ sâu 0-20 cm tại ấp Mỹ
Thuận, ấp Mỹ Trung xã Hậu Mỹ Bắc B và ấp Hậu Phú 1 xã Hậu Mỹ Bắc A. Tính chất
đất canh tác có đốt đồng lâu năm như pH, đạm dễ tiêu, lân dễ tiêu, kali trao đổi thấp và
có xu hướng tăng ở ruộng không đốt đồng. Đặc biệt, kết quả cho thấy đất đốt đồng lâu
năm có hàm lượng chất hữu cơ thấp. Nghiên cứu ủ phân compost và bón trả lại chất hữu
cơ từ rơm rạ và xử lý rơm tại ruộng là một giải pháp duy trì tính chất đất.
Nghiên cứu ủ phân compost từ rơm được bố trí gồm 5 nghiệm thức với các chế
phẩm Biomix, Emic, Trichomix-DT và nước thải Biogas. Kết quả cho thấy các chế
phẩm này và nước thải Biogas có hiệu quả thúc đẩy quá trình phân hủy và rút ngắn thời
gian phân hủy. Trong đó hai chế phẩm Trichomix-DT và Biomix đáp ứng được yêu cầu
xử lý trên đồng ruộng. Nghiên cứu xử lý rơm tại đồng ruộng với các chế phẩm sinh học
Biomix, Trichomix-DT, AT bio-decomposer. Kết quả cho thấy xử lý rơm trực tiếp trên
đồng ruộng bằng chế phẩm sinh học làm giảm 70% khối lượng rơm, cung cấp lượng
chất hữu cơ, làm tăng kali trao đổi trong đất. Bên cạnh đó góp phần làm tăng đạm dễ
tiêu (NH4+ và NO3-) và lân dễ tiêu. Nghiên cứu đã xây dựng được quy trình xử lý rơm
tại ruộng bằng chế phẩm sinh học thích hợp với điều kiện canh tác lúa ở huyện Cái Bè
và có thể nâng cao khả năng áp dụng nhằm quản lý bền vững tài nguyên đất trồng lúa
cụ thể trong điều kiện tỉnh Tiền Giang.
Từ khóa: chế phẩm sinh học, lý hóa đất, lúa, ủ phân compost, xử lý rơm.
i
ABSTRACT
Nowadays, the problems of intensive rice cultivation which have affected on depletion
and imbalance of nutrients in the soil and rice straw burning which have caused environmental
pollution should be solved for community. The study was conducted to propose solutions of
straw treatments on the fields to limit crop burning, which improves the quality of paddy soil
and decreases environmental pollution. Therefore, the aims of the study were 1) to assess the
current situation of straw treatments on the intensive rice cultivation regions in Tien Giang
province and the impact of rice straw burning on the physical and chemical properties of
intensive soil; 2) to evaluate the possibility of composting straw and the decomposition process
of straw on the fields with the addition of bio-products; 3) to evaluate the effectiveness of
burying straw on the fields to the soil physical and chemical properties, and 4) to recommend
straw treatment processes. By using questionnaires to interview four hundred households in
Cai Be, Cai Lay, Cho Gao and Go Cong Tay about their current rice straw using and rice straw
treatment after harvests.
The result of surveys showed that 92-97% households burnt rice straw after harvesting
in winter-spring croppings, except Cho Gao in which 95% of the households were
continuously using the source of rice straw after harvesting. In autumn-winter croppings, 2554% of interviewed households in Cai Be and Cai Lay let the straw decompose naturally on
the fields. The soil samples at a depth of 0 to 20 cm to assess the soil physical and chemical
properties were collected in My Thuan Hamlet and My Trung Hamlet of Hau My Bac B
Commune where people burn rice residues after harvest annually and Hau Phu 1 Hamlet of
Hau My Bac A Commune where people don’t use this method. The burning rice straw soils
have low pH, exchangeable ammonium, nitrate, phosphorus and potassium. These properties
tend to get higher in the without burning rice straw soils. Especially, the results indicated that
perennial burning cultivation soil had low organic matter concentration. Usage of organic
matter from rice straw decomposition was the solution to maintain soil quality. Therefore,
composting and handling straw in-situ was carried out.
Composting straw was conducted with 5 treatments with bioproducts, including Biomix,
Emic, Trichomix-DT and biogas wastewater. The result showed that these bio-products and
biogas wastewater enhanced the composting process and shortened the time of decomposition;
especially, the Trichomix-DT and Biomix were suitable for the treatment on the fields. The
practical results of the study indicated that straw treatment in-situ using Biomix, TrichomixDT, AT bio-decomposer could reduce 70% the volume of straw and provide more organic
matter and exchangeable potassium in the soil. Besides, the rice straw treatment on the fields
with the bioproducts helped increase exchangeable ammonium, nitrate and phosphorus
concentration in the soil. The study has developed the procedure of rice straw treatment in-situ
by using bio-products. The usage of this procedure is suitable for households with rice
cultivation conditions in Cai Be district. Furthermore, the application of the procedure could
be enhanced to manage sustainably the land resources in Tien Giang Province.
Keywords: bio-product, physical and chemical properties of soil, rice, composting, straw
treatment.
ii
LỜI CẢM ƠN
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trương Thị Nga, Người đã tận
tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và cho những lời khuyên dạy hết sức quý
báu để tôi hoàn thành luận án này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu trường Đại Học Cần Thơ,
Ban Chủ nhiệm khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Ban Giám Hiệu trường
Đại học Sài Gòn, Ban Chủ nhiệm Khoa Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành chương trình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến chú Lê Văn Cạn chủ ruộng nơi tôi bố trí thí
nghiệm đã tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành thí nghiệm ngoài đồng. Xin trân trọng
ghi nhớ những đóng góp chân tình, sự động viên của người thân, bạn bè giúp tôi vượt
qua khó khăn để hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã giúp đỡ và động viên tinh
thần để tôi hoàn thành tốt luận án.
Một lần nữa xin chân thành biết ơn.
Nguyễn Xuân Dũ
iii
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà chính tôi đã thực hiện. Tất cả các
số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác.
Tác giả luận án
Nguyễn Xuân Dũ
iv
MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT
i
ABSTRACT
ii
LỜI CẢM ƠN
iii
LỜI CAM ĐOAN
iv
MỤC LỤC
v
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
ix
DANH SÁCH BẢNG
x
DANH SÁCH HÌNH
xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1
1.1 Đặt vấn đề
1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1
1.3 Nội dung nghiên cứu
2
1.4 Tính mới của luận án
2
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu
2
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
2
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
5
2.1 Sản xuất lúa và các vấn đề môi trường trong sản xuất lúa
5
2.1.1 Sản xuất lúa ở đồng bằng Sông Cửu Long
5
2.1.2 Sản xuất lúa tại khu vực nghiên cứu
5
2.1.3 Các vấn đề môi trường do đốt đồng trong canh tác lúa
7
2.1.4 Một số kết quả nghiên cứu về vấn đề đốt đồng gây ảnh hưởng đến tính chất
lý hóa đất và năng suất lúa
8
2.1.5 Môi trường đất trồng lúa
9
2.2 Một số đặc tính lý, hóa học đất trong canh tác lúa
10
2.2.1 Dung trọng đất trồng lúa
10
2.2.2 pH đất trồng lúa
11
2.2.3 Độ dẫn điện trong đất (EC)
12
2.2.4 Eh đất trồng lúa
12
2.2.5 Đạm trong đất lúa
13
2.2.6 Lân trong đất lúa
15
v
2.2.7 Kali trong đất lúa
15
2.2.8 Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa
16
2.3 Vai trò và sự chuyển hóa chất hữu cơ trong đất
17
2.4 Sự phân hủy và khoáng hóa chất hữu cơ từ rơm rạ sau thu hoạch
19
2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy chất thải hữu cơ bằng ủ phân compost
21
2.5.1 Cơ chế của quá trình ủ phân compost
21
2.5.1.1 Sự phân hủy cellulose
21
2.5.1.2 Sự phân hủy lignin
23
2.5.1.3 Sự phân hủy protein
23
2.5.1.4 Sự phân hủy carbohydrate
23
2.5.2 Các giai đoạn trong quá trình ủ phân compost
24
2.5.3 Các yếu tố môi trường trong ủ phân compost
25
2.5.1 Ẩm độ của đống ủ
25
2.5.2 Thành phần nguyên liệu và tỷ số C/N
25
2.5.3 Nhiệt độ đống ủ
25
2.5.4 pH đống ủ
26
2.6 Các công trình nghiên cứu về biện pháp xử lý rơm rạ
26
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
29
3.1 Phương tiện nghiên cứu
29
3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
30
3.2.1 Nội dung 1. Khảo sát hiện trạng sử dụng và xử lý rơm sau thu hoạch tại khu
vực thâm canh lúa tỉnh Tiền Giang
30
3.2.2 Nội dung 2. Khảo sát, đánh giá tính chất lý hóa đất ở điều kiện canh tác có
đốt đồng lâu năm tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang
31
3.2.3 Nội dung 3. Nghiên cứu xử lý rơm bằng ủ phân compost và xử lý trực tiếp
trên đồng ruộng với các chế phẩm sinh học
34
3.2.4 Nội dung 4: Đánh giá đặc tính lý hóa đất thông qua xử lý rơm bằng chế
phẩm sinh học trên đồng ruộng
43
3.2.5 Nội dung 5. Triển khai quy trình áp dụng thực tế giải pháp xử lý rơm trên
đồng ruộng
44
3.3 Phương pháp xử lý số liệu
46
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
47
4.1 Phân tích và đánh giá hiện trạng xử lý rơm sau thu hoạch
47
4.1.1 Xử lý rơm rạ bằng hình thức đốt
49
4.1.2 Các hình thức sử dụng rơm rạ khác
50
vi
4.1.2.1 Sử dụng rơm trong chăn nuôi
50
4.1.2.2 Sử dụng rơm trong trồng dưa và các cây trồng cạn khác
51
4.1.2.3 Tận dụng rơm trồng nấm
51
4.1.2.4 Vùi rơm hay bỏ phân hủy rơm tự nhiên
51
4.1.3 Lượng rạ còn lại sau thu hoạch
52
4.1.4 Sử dụng phân bón
53
4.1.5 Hình thức thu hoạch
54
4.1.6 Năng suất lúa
55
4.1.7 Lợi nhuận trong canh tác lúa
55
4.1.8 Những thuận lợi và hạn chế của các biện pháp xử lý rơm của nông dân
56
4.2 Phân tích và đánh giá tính chất đất đốt đồng lâu năm
57
4.2.1 Phẫu diện điển hình tầng mặt đất trồng lúa
58
4.2.2 Tính chất đất đốt đồng tại huyện Cái Bè
58
4.2.2.1 Dung trọng đất trồng lúa
59
4.2.2.2 pH đất lúa
60
4.2.2.3 Chất hữu cơ trong đất
61
4.2.2.4 Hàm lượng đạm tổng số trong đất
62
4.2.2.5 Hàm lượng đạm NH4+-N trong đất
62
4.2.2.6 Hàm lượng đạm NO3--N trong đất
62
4.2.2.7 Hàm lượng lân tổng số trong đất
63
4.2.2.8 Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất
63
4.2.2.9 Hàm lượng kali trao đổi
64
4.3 Nghiên cứu xử lý rơm bằng các chế phẩm sinh học
65
4.3.1 Nghiên cứu lựa chọn chế phẩm sinh học xử lý rơm thông qua giải pháp ủ
phân compost
65
4.3.1.1 Diễn biến nhiệt độ trong quá trình xử lý rơm bằng cách ủ phân compost
65
4.3.1.2 Diễn biến Ẩm độ trong quá trình ủ phân compost
67
4.3.1.3 Sự giảm khối lượng rơm trong quá trình ủ phân compost
68
4.3.1.4 Diễn biến của giá trị pH trong quá trình ủ phân compost
69
4.3.1.5 Diễn biến hàm lượng carbon trong quá trình ủ phân compost
70
4.3.1.6 Diễn biến hàm lượng đạm tổng số trong quá trình ủ phân compost
72
4.3.1.7 Diễn biến tỷ số C/N trong quá trình ủ phân compost
73
4.3.1.8 Diễn biến hàm lượng lân tổng số trong quá trình ủ phân compost
75
4.3.1.9 Hiệu quả phân hủy rơm
76
vii
4.3.1.10 Đánh giả hiệu quả về mặt môi trường của giải pháp ủ phân compost từ
rơm
77
4.3.2 Khảo sát sự phân hủy rơm rạ ngoài đồng ruộng
78
4.3.2.1 Đánh giá sự phân hủy rơm vùi trong đất theo thời gian
79
4.3.2.2 Tỷ số C/N của rơm
81
4.3.2.3 Điện thế oxy hóa khử (Eh) của nước trong đất
82
4.4 Ảnh hưởng của các biện pháp xử lý rơm rạ đến tính chất đất và năng suất lúa
84
4.4.1 Mô tả phẫu diện tầng mặt đất sau khi kết thúc thí nghiệm
84
4.4.2 Đánh giá hiệu quả xử lý rơm bằng chế phẩn sinh học lên tính chất đất
85
4.4.2.1 Dung trọng đất
85
4.4.2.2 pH đất
86
4.4.2.3 Độ dẫn điện trong đất (EC)
87
4.4.2.4 Hàm lượng carbon trong đất
88
4.4.2.5 Hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất
90
4.4.2.6 Hàm lượng đạm tổng số trong đất
91
4.4.2.7 Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất
92
4.4.2.8 Tỷ số C/N của đất
94
4.4.2.9 Năng suất lúa
95
4.4.2.10 Năng suất lúa thực tế vụ xuân hè 2014
96
4.5 Tính chất đất sau khi kết thúc thí nghiệm
97
4.6 Đánh giá hiệu quả ứng dụng thực tế xử lý rơm trên đồng xuộng
99
4.6.1 Phân tích những thuận lợi và khó khăn của quy trình theo mô hình SWOT
100
4.6.2 Thuận lợi về mặt kỹ thuật
101
4.6.3 Lợi ích về mặt chi phí đầu tư
101
4.6.4 Lợi ích về mặt môi trường
102
4.7 Quy trình xử lý rơm trên đồng ruộng
103
4.7.1 Giai đoạn 1: Chuẩn bị
103
4.7.2 Giai đoạn 2: Pha và phun chế phẩm
103
4.7.3 Giai đoạn 3: Xới rơm vào đất
104
4.7.4 Giai đoạn 4: Gieo hạt
104
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
105
5.1 Kết luận
105
5.2 Đề xuất
105
TÀI LIỆU THAM KHẢO
106
viii
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
CB
CEC
CHC
ĐBSCL
DC
ĐX
EC
Eh
FAO
HT
N
NT
NT “A”
P
T/ha
USDA
Tiếng việt
Cái Bè
Khả năng trao đổi Cation (Cation exchange capacity)
Chất hữu cơ
Đồng bằng Sông Cửu Long
Đối chứng
Đông Xuân
Độ dẫn điện (Electrical conductivity)
Điện thế oxy hóa
Tổ chức nông nghiệp và lương nông thế giới
Hè Thu
Đạm
Nước thải
Nghiệm thức “A”
Lân
Tấn/hecta
Bộ Nông nghiệp Mỹ (United State Department of
Agriculture)
ix
DANH SÁCH BẢNG
Bảng
Bảng 2.1: Diện tích trồng lúa phân theo huyện (ha)
Trang
6
Bảng 2.2: Sản lượng lúa phân theo huyện (tấn)
6
Bảng 2.3: Hệ số phát thải của các khí CO, CO2, N2O và CH4
8
Bảng 1.4: Thế oxy hoá khử (Eh) của một số phản ứng hóa học trong đất
Bảng 3.1: Phương pháp phân tích mẫu đất
Bảng 3.2: Kết quả phân tích một số thành phần hóa học của rơm dùng
trong thí nghiệm
13
33
34
Bảng 3.3: Kết quả phân tích đạm tổng số và lân tổng số của nước thải
biogas dùng trong thí nghiệm
34
Bảng 3.4: Nghiệm thức thí nghiệm ủ phân compost từ rơm
35
Bảng 3.5: Phương pháp phân tích mẫu rơm
37
Bảng 3.6: Nghiệm thức thí nghiệm ngoài đồng
38
Bảng 3.7: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đất
39
Bảng 4.1: Ý kiến của nông hộ về các hình thức sử dụng rơm sau thu hoạch
48
Bảng 4.2: Chiều cao, khối lượng rạ còn lại trên ruộng lúa vụ Đông Xuân
53
Bảng 4.3: Nông dân sử dụng phân Lân và Kali trong khu vực nghiên cứu
54
Bảng 4.4: Mô tả phẫu diện điển hình tầng mặt đất không đốt đồng và đất
đốt đồng
58
Bảng 4.5: Tính chất đất đốt đồng lâu năm
59
Bảng 4.6: Tính chất đất không đốt đồng
59
Bảng 4.7: So sánh tính chất đất đốt đồng lâu năm và không đốt đồng
59
Bảng 4.8: Ước lượng khí phát thải do đốt đồng năm 2014
77
Bảng 4.9: Tỷ số C/N trong rơm của các nghiệm thức
81
Bảng 4.10: Mô tả phẫu diện điển hình tầng mặt đất đốt đồng lâu năm và
đất sau thí nghiệm
84
Bảng 4.11: Hàm lượng carbon (%) của các nghiệm thức
89
Bảng 4.12: Hàm lượng đạm tổng số (% N) theo nghiệm thức và thời gian
92
Bảng 4.13: Hàm lượng lân dễ tiêu (mg/kg) theo nghiệm thức và thời gian
93
Bảng 4.14: Tỷ số C/N trong đất của các nghiệm thức
94
Bảng 4.15: Năng suất lúa thực tế vụ Xuân Hè 2014
97
Bảng 4.16: Tính chất đất sau khi kết thúc thí nghiệm
98
x
DANH SÁCH HÌNH
Trang
HÌNH
Hình 3.1: Vị tri thu mẫu và khu vực nghiên cứu
32
Hình 3.2: Bố trí thí nghiệm ủ phân compost từ rơm
35
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng
38
Hình 4.1: Lợi nhuận thu được sau khi thu hoach lúa của nông dân
56
Hình 4.2. Dung trọng tại điều kiện canh tác có đốt đồng và không đốt đồng
60
Hình 4.3: Diễn biến nhiệt độ trong đống ủ phân compost ở các nghiệm thức
66
Hình 4.4: Ẩm độ trong đống ủ phân compost ở các nghiệm thức
67
Hình 4.5: Sự giảm khối lượng rơm khi kết thúc thí nghiệm
68
Hình 4.6: Giá trị pH của rơm trong đống ủ phân compost
69
Hình 4.7: Hàm lượng carbon của rơm trong đống ủ phân compost
71
Hình 4.8: Hàm lượng đạm tổng số của rơm trong quá trình ủ phân compost
72
Hình 4.9: Tỷ số C/N của rơm trong đống ủ phân compost
74
Hình 4.10: Hàm lượng lân (P) tổng số của rơm trong đống ủ phân compost
76
Hình 4.11: Khối lượng rơm theo thời gian thí nghiệm
79
Hình 4.12: Tương quan giữa C/N và trọng lượng khô của rơm
82
Hình 4.13: Diễn biến của điện thế oxy hóa khử (Eh) của nước trong đất
83
Hình 4.14: Dung trọng đất trước và sau thí nghiệm
86
Hình 4.15: Sự thay đổi EC đất ở các điều kiện xử lý
88
Hình 4.16: Hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất
90
Hình 4.17: Hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất khi kết thúc thí nghiệm
91
Hình 4.18: Năng suất lúa thực tế ở các nghiệm thức xử lý rơm
95
Hình 4.19: Phân tích SWOT mô hình xử lý rơm trên ruộng
101
Hình 4.20: Quy trình xử lý rơm trên đồng ruộng
104
xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số thì nhu cầu lương thực của cả
nước nói chung và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng ngày càng tăng.
Trồng lúa ba vụ/năm đã giúp cho sản lượng lúa tăng lên đến 14-16 tấn/ha/năm, bù
đắp được lượng lúa bị giảm do đất trồng lúa bị sử dụng vào mục đích khác (Nguyễn
Bảo Vệ, 2010). Với diện tích trồng lúa ở ĐBSCL khoảng 4,24 triệu ha (Tổng cục
thống kê, 2014) đã góp phần đảm bảo chiến lược an ninh lương thực quốc gia và xuất
khẩu. Tuy nhiên, những năm gần đây năng suất lúa ở những vùng thâm canh lúa có
chiều hướng giảm. Nguyên nhân là do sử dụng đất không hợp lý dẫn đến đất bị thoái
hóa. Trong đó canh tác lúa 3 vụ liên tục trong năm đã làm giảm sự phân hủy chất
hữu cơ trong đất, giảm khả năng hoạt động của sinh vật có lợi trong đất đã dẫn đến
giảm khả năng cung cấp dưỡng chất của đất cho cây lúa. Bên cạnh những ảnh hưởng
bất lợi trên, người dân thường xuyên đốt đồng sau mỗi vụ thu hoạch làm ảnh hưởng
nguồn chất hữu cơ và dưỡng chất trả lại cho đất. Ngoài ra việc đốt đồng còn làm ảnh
hưởng đến môi trường và sinh hoạt của người dân. Đốt đồng là một trong các nguyên
nhân gây ô nhiễm môi trường, phát thải khí nhà kính như CO2, CO, NOx, CH4. Những
kết quả nghiên cứu trong thời gian qua cho thấy có thể tận dụng nguồn rơm rạ để sản
xuất phân hữu cơ tại chỗ, làm tăng độ phì nhiêu cho đất, góp phần ổn định sự bền
vững cho đất thâm canh và năng suất lúa. Tuy nhiên, nếu ủ rơm theo cách truyền
thống, phơi khô và để rơm rạ phân hủy tự nhiên thì mất rất nhiều thời gian. Các
nghiên cứu thực nghiệm ở Viện lúa ĐBSCL về ảnh hưởng của các phụ phẩm hữu cơ
từ phế phẩm nông nghiệp được ghi nhận có hiệu quả làm giảm lượng phân bón sử
dụng và tăng thu nhập cho nông dân (Trần Thị Ngọc Sơn và ctv, 2009, Lưu Hồng
Mẫn, 2010). Những năm gần đây việc sử dụng phân hữu cơ trong sản xuất nông
nghiệp đã được người dân quan tâm và sử dụng. Thị trường phân hữu cơ khá đa dạng,
chất lượng rất biến động, một số được nhập khẩu với giá bán rất cao trong khi đó
nhiều phế phẩm nông nghiệp tại chỗ có thể tận dụng làm phân hữu cơ chất lượng cao
như rơm rạ, chất thải từ trại chăn nuôi, vừa giúp tăng hiệu quả trong sản xuất nông
nghiệp vừa giảm ô nhiễm môi trường. Hiện tại ở một số tỉnh trong khu vực ĐBSCL
thu hoạch lúa bằng máy gặt đập liên hợp, rơm phun rải rác trên mặt đất, ngoài việc
đốt đồng sau thu hoạch nông dân còn vùi rơm vào đất hay bỏ rơm trên đồng phân
hủy tự nhiên khi mùa lũ tới. Do đó, quá trình canh tác cần phải thực hiện các giải
pháp kỹ thuật để xử lý rơm trên đồng ruộng, hạn chế đốt đồng bảo nhằm vệ môi
trường, cải thiện tính chất đất, vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý rơm nhằm
cải thiện môi trường đất trồng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long” đã được thực
hiện.
1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
* Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp xử lý rơm tại ruộng
hạn chế đốt đồng góp phần cải thiện tính chất đất trồng lúa thâm canh.
* Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá hiện trạng xử lý rơm tại các vùng thâm canh lúa thuộc tỉnh Tiền Giang.
- Đánh giá ảnh hưởng của việc đốt đồng đến tính chất lý hóa đất lúa thâm canh.
- Đánh giá khả năng ủ phân compost từ rơm và quá trình phân hủy rơm trên ruộng
với việc bổ sung các chế phẩm sinh học.
- Đánh giá hiệu quả của việc vùi rơm trên ruộng đến tính chất lý hóa đất.
- Quy trình xử lý rơm trên đồng ruộng.
1.3 Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát hiện trạng sử dụng và xử lý rơm sau thu hoạch tại Tiền Giang.
- Khảo sát, đánh giá tính chất lý hóa đất ở điều kiện canh tác có đốt đồng lâu
năm tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang.
- Nghiên cứu ủ phân compost từ rơm và xử lý rơm trên đồng ruộng với các
chế phẩm sinh học
- Đánh giá tính chất lý hóa đất sau khi kết thúc thí nghiệm qua nhiều vụ thí
nghiệm liên tục từ vụ Đông Xuân năm 2013 đến vụ Đông Xuân năm 2015.
- Triển khai quy trình áp dụng thực tế xử lý rơm trên đồng ruộng
1.4 Tính mới của luận án
- Đánh giá được hiện trạng xử lý rơm và tính chất đất canh tác đốt đồng lâu
năm tại huyện Cái Bè tỉnh Tiền Giang tại thời điểm nghiên cứu (2013-2015).
- Lựa chọn được chế phẩm sinh học có hiệu quả trong xử lý rơm bằng ủ phân
compost và vùi rơm tại ruộng.
- Đánh giá được tốc độ phân hủy rơm trong điều kiện vùi rơm có sử dụng chế
phẩm sinh học tại đồng ruộng.
- Đánh giá được tác động của vùi rơm trên ruộng đến tính chất lý hóa đất và
năng xuất lúa tại vùng thâm canh lúa huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang.
- Đề xuất quy trình xử lý rơm tại ruộng thay thế đốt đồng phù hợp với đều
kiện thâm canh lúa tại huyện Cái Bè tỉnh Tiền Giang.
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là ruộng canh tác lúa thâm canh 3 vụ, đốt đồng lâu năm
và quá trình ủ sinh học.
2
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu:
* Không gian:
- Khảo sát hiện trạng sử dụng và xử lý rơm sau thu hoạch tại huyện Cái Bè,
Cai Lậy, Chợ Gạo và huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang.
- Bố trí thí nghiệm ủ phân compost từ rơm tại Khoa Môi trường và Tài nguyên
Thiên nhiên, Đại học Cần Thơ.
- Khảo sát lấy mẫu đất tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang
- Bố trí thí nghiệm xử lý rơm với chế phẩm sinh học tại huyện Cái Bè, tỉnh
Tiền Giang.
- Triển khai thực tế xử lý rơm trên đồng ruộng tại huyện Cái Bè, tỉnh Tiền
Giang.
* Thời gian:
- Khảo sát hiện trạng sử dụng và xử lý rơm sau thu hoạch thực hiện từ tháng
3 năm 2012 đến tháng 6 năm 2012.
- Bố trí thí nghiệm ủ phân compost từ rơm từ tháng 3 năm 2012 đến tháng 8
năm 2012.
- Khảo sát lấy mẫu đất tháng 3 năm 2013.
- Bố trí thí nghiệm xử lý rơm với chế phẩm sinh học trong vụ Xuân Hè và Hè
Thu 2013 và vụ Xuân Hè và Hè Thu 2014.
- Triển khai thực tế xử lý rơm trên đồng ruồng vụ Xuân Hè 2015.
* Quy mô:
- Vật liệu, phương tiện: sử dụng chế phẩm sinh học Biomix, Emic, TrichomixDT, nước thải sau hầm ủ Biogas, chế phẩm AT bio-Decomposer.
- Lấy mẫu: lấy 18 mẫu đất trong nghiên cứu thăm dò mùa Đông Xuân và Hè
Thu năm 2013 và 18 mẫu nghiên cứu trong mùa Đông Xuân năm 2015.
- Ủ phân compost: 50 kg rơm nguyên liệu, 12 đống ủ tương đương 1 m3.
- Vùi rơm tại ruộng: diện tích mỗi ô thí nghiệm 5 m x 6 m, 12 ô thí nghiệm.
- Đánh giá năng suất lúa, tính chất đất và quá trình phân hủy rơm.
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học về tính chất đất ruộng lúa
trong điều kiện canh tác có đốt đồng và không đốt đồng.
- Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho giảng dạy
và nghiên cứu trong với các đề tài tương tự.
- Kết quả có thể dùng tham khảo cho các mô hình áp dụng xử lý rơm rạ trên
đồng ruộng bằng chế phẩm sinh học.
- Quy trình có thể được sử dụng ở những nơi đốt đồng có điều kiện tương tự.
3
* Ý nghĩa thực tiễn
- Luận án cung cấp những thông tin khoa học về tính chất đất trong điều kiện
canh tác đốt đồng lâu năm và không đốt đồng cho các nhà quản lý, hoạch định chính
sách phát triển nông thôn và nông thôn mới. Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở
khuyến cáo nông dân canh tác lúa theo hướng không đốt đồng, hướng đến canh tác
lúa sinh thái và bền vững.
4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Sản xuất lúa và các vấn đề môi trường trong sản xuất lúa
2.1.1 Sản xuất lúa ở đồng bằng sông Cửu Long
Với dân số trên 90 triệu người, phần lớn dân cư sống trong vùng nông thôn và
hoạt động nông nghiệp, vì vậy kinh tế Việt Nam phụ thuộc rất nhiều vào cây lúa. Lúa
là cây trồng chủ lực của đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), chiếm vị trí hàng đầu
trong các loại cây nông nghiệp. Với vai trò và tích chất quan trọng của cây lúa nên
ĐBSCL là vựa lương thực chủ yếu của cả nước, chiếm hơn 90% lượng gạo xuất khẩu
hàng năm (Tổng cục thống kê, 2014). Việc sản xuất lúa ở ĐBSCL phát triển mạnh,
cùng với sự phát triển của hệ thống thủy lợi và thủy nông nội đồng, những tiến bộ kỹ
thuật được áp dụng rộng rãi trên đồng ruộng.
Với sản lượng lúa gạo lớn, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu thì hàng
năm lượng rơm rạ thu được trên diện tích đất lúa rất lớn. Theo Nguyễn Thành Hối
(2008) đối với các giống lúa cao sản tỷ lệ lượng rơm so với lúa là 1:1, điều này cho
thấy lượng rơm hàng năm ở ĐBSCL sinh ra rất lớn. Với sản lượng khoảng 25 triệu
tấn lúa thu hoạch được (Tổng cục thống kê, 2014) thì tương ứng trên 25 triệu tấn rơm
thải ra. Nếu tất cả nông dân ĐBSCL đều đốt đồng sẽ phát sinh một lượng lớn các khí
gây hiệu ứng nhà kính gây hại cho sức khỏe con người.
Song song với tập quán đốt đồng sau thu hoạch, nông dân không bón phân
hữu cơ và sử dụng máy cày để làm đất sau mỗi vụ trong điều kiện đất ướt. Điều này
dẫn đến thoái hóa về mặt vật lý cấu trúc đất bị phá hủy đã được ghi nhận (Trần Bá
Linh, 2006). Sự suy thoái dần các tính chất đất làm cho năng suất lúa ngày càng giảm
đi (Ngô Ngọc Hưng, 2009). Để đạt năng suất cao, nông dân đầu tư nhiều phân bón
làm cho giá thành sản xuất tăng từ đó lợi nhuận thu được từ canh tác lúa giảm thấp
(Nguyễn Thành Hối, 2008).
2.1.2 Sản xuất lúa tại khu vực nghiên cứu
Tiền Giang là một trong các tỉnh sản xuất lúa lớn trong khu vực ĐBSCL. Tỉnh
Tiền Giang có 11 đơn vị hành chính, bao gồm 01 thành phố, 02 thị xã và 08 huyện
với diện tích đất tự nhiên 250.830,34 ha, đất nông nghiệp 191.390,54 ha trong đó đất
trồng lúa 86.597,88 ha. Phần lớn các huyện đều sản xuất lúa ba vụ, đặc biệt huyện
Cái Bè là huyện sản xuất lúa ba vụ liên tục trong năm và có diện tích và sản lượng
lúa lớn nhất trong tỉnh, diện tích và sản lượng hàng năm được để hiện qua (Bảng 2.1
và Bảng 2.2).
5
Bảng 2.1: Diện tích trồng lúa phân theo huyện (ha)
Đơn vị
Mỹ Tho
TX Gò Công
TX Cai Lậy
Tân Phước
Cái Bè
Cai Lậy
Châu Thành
Chợ Gạo
G.Công Tây
G.Công Đông
Tân Phú Đông
Đ.Xuân
2011
H.Thu
623
4.753
6.002
17.495
16.100
5.140
8.530
11.087
11.159
334
609
4.815
8.641
34.669
31.355
7.436
8.158
10.549
11.200
2.347
Thu
Đông
614
4.978
790
2.286
8.050
10.688
10.830
2.734
Đ.Xuân
2012
H.Thu
611
4.787
6.436
17.573
15.706
5.125
8.013
10.906
11.219
211
603
4.857
9.957
34.838
31.158
7.274
7.687
10.864
11.176
2.507
Thu
Đông
606
4.969
728
2.569
7.556
10.767
10.657
2.062
Đ.Xuân
2013
H.Thu
459
4.790
6.607
17.329
15.425
4.979
7.500
10.888
11.298
73
447
4.785
9.809
34.761
30.691
7.539
6.434
10.552
11.259
1.982
Thu
Đông
448
4.959
758
1.974
6.198
10.648
10.565
2.468
2014
Đ.Xuân H.Thu
436
4.940
6.261
6.567
17.318
8.806
4.895
6.113
10.847
11.186
45
408
4.776
12.303
10.344
34.400
17.517
7.358
5.438
10.571
11.232
1.791
(Nguồn: Cục thống kê Tiền Giang. Niên giám thống kê, 2014)
Bảng 2.2: Sản lượng lúa phân theo huyện (tấn)
Đơn vị
2011
Đ.Xuân
H.Thu
Mỹ Tho
TX Gò Công
TX Cai Lậy
Tân Phước
Cái Bè
Cai Lậy
Châu Thành
Chợ Gạo
G.Công Tây
G.Công Đông
3.667
26.752
38.722
122.690
113.036
35.091
-
2.834
22.088
39.635
181.874
164.337
34.443
-
Tân Phú
Đông
-
-
2012
Thu
Đông
2.633
21.953
3.693
10.689
42.552
51.495
Đ.Xuân
H.Thu
3.842
28.243
42.477
131.484
117.636
35.267
-
3.010
22.972
45.277
185.640
163.757
35.101
-
-
-
-
2013
Thu
Đông
2.563
21.938
3.401
12.139
40.156
51.961
Đ.Xuân
H.Thu
2.946
27.782
42.944
129.282
115.086
34.854
-
2.285
22.609
44.967
189.000
167.214
37.965
34.777
-
-
-
-
2014
Thu
Đông
2.069
23.377
3.617
9.181
34.120
52.793
Đ.Xuân
H.Thu
2.708
29.905
45.921
43.340
132.485
67.229
34.754
-
2.154
22.449
69.719
50.808
198.261
100.162
38.661
30.063
-
-
-
-
(Nguồn: Cục thống kê Tiền Giang. Niên giám thống kê, 2014)
Sản lượng lúa của huyện Cái Bè những năm 2013 và 2014 khoảng 320.000 330.000 tấn/năm điều đó có nghĩa khoảng 330.000 tấn/năm rơm sinh ra trong sản
xuất. Do canh tác lúa liên tục và để chuẩn bị vụ mới nông dân phải đốt đồng nhằm
tận dụng thời gian và chi phí cho vụ mới. Theo nghiên cứu trước đây của Trần Bá
Linh và Lê Văn Khoa, (2006) cho thấy đất vùng thâm canh tại Tiền Giang đã xuất
hiện nén dẽ, dung trọng cao, ảnh hưởng năng suất lúa. Đốt đồng sẽ mất đi lượng lớn
chất hữu cơ và thải các chất khí gây ô nhiễm môi trường (Gadde et al., 2009; Trần
Bá Linh và ctv., 2010; Võ Thị Gương và ctv., 2010, Nguyễn Mậu Dũng, 2012;
Trương Thị Nga và ctv., 2013).
6
2.1.3 Các vấn đề môi trường do đốt đồng trong canh tác lúa.
Theo Bird et al. (2002) ở Mỹ, mỗi năm có hơn 200 triệu tấn rơm bị đốt. Năm
1989 có khoảng 400,000 ha lúa được trồng ở California, 95% đã bị đốt cháy trong
lĩnh vực này, gây ra ô nhiễm không khí ở Central Valley và trên toàn tiểu bang. Hiện
tượng đốt đồng rất lớn tại California và thải ra một lượng CO2 được ước tính nhiều
hơn sự phát thải của cả ngành công nghiệp phát điện. Từ những năm 1991 bang
California đã thông qua đạo luật về giới hạn đốt đồng. Pháp luật của tiểu bang
California thông qua vào năm 1991 (Đạo luật Connelly-Areias-Chandler Rice Straw
burning Reduction). Ở đạo luật này quy định nông dân không được đốt quá 25%
lượng rơm trên cánh đồng nếu không được sự chấp nhận của liên bang và trong tương
lai còn tiếp tục giảm tỷ lệ đốt đồng.
Ở các nước châu Á hàng năm quá trình đốt đồng trong canh tác lúa và các phế
phẩm nông nghiệp khác ngoài đồng phát thải một lượng lớn chất ô nhiễm và ước tính
khoảng 100.000 tấn SO2, 960.000 tấn NOx, 379 triệu tấn CO2, 23 triệu tấn CO và
680.000 tấn CH4 (Streets et al., 2003). Ảnh hưởng môi trường lớn nhất của việc đốt
rơm là lượng khói bụi thải ra gây ô nhiễm môi trường không khí và gây hại cho sức
khỏe của người dân làm việc trên đồng và cộng đồng xung quanh. Trong năm loại
khí CO2, CO, NO, NOx và SO2 đã được đo trong phòng thí nghiệm, CO2, CO, NO đã
được phát hiện và đều vượt ngưỡng cho phép đặc biệt đối với những người làm việc
trực tiếp trên ruộng hoặc nhà ở gần ruộng. Theo Ngô Thị Thanh Trúc (2005) ước tính
khi đốt 1 tấn rơm sẽ thải ra 1.067,55 kg CO2 và 12,62 kg NO. Nếu tính trên tổng
lượng rơm đốt ở 3 vụ trên địa bàn Ô Môn và Cai Lậy theo điều tra (3.606,37 tấn
rơm), lượng khí CO2 thải ra là 3.849,48 tấn và 45,51 tấn NO. Các loại khí thải khác
như SOx, NOx có thể tích tụ trong khí quyển gây ra tình trạng mưa axit cũng như gây
ra bệnh tật cho con người (Nguyễn Lân Dũng, 2011; Nguyễn Mậu Dũng, 2012).
Đốt đồng trong canh tác lúa thâm canh hàng năm thải ra một lượng lớn khói
bụi gây ô nhiễm môi trường không khí và gây hại cho sức khỏe của người dân làm
việc trên đồng và cộng đồng xung quanh (Nguyễn Mậu Dũng, 2012). Đốt đồng là
một giải pháp dễ thực hiện và có thể diệt trừ các dịch bệnh có thể gây hại cho lúa.
Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho rằng việc đốt đồng đã làm cho môi trường sinh thái
mất cân bằng, mất đi một số lượng đáng kể N, P và C trên đồng ruộng và làm tăng
lượng khí gây ô nhiễm môi trường. Theo ước tính khi đốt 1 tấn rơm có ẩm độ 12,617% sẽ phát thải trung bình 80 kg CO, 700 kg CO2, 0.07 kg N2O và 20 kg CH4. Nếu
độ ẩm của rơm tăng lên khi trong mùa mưa thì lượng N2O sẽ tăng (Trương Thị Nga
và ctv., 2013). Tùy theo ẩm độ rơm khi đốt hệ số phát thải có thể thay đổi tùy theo
từng loại khí sinh ra.
7
- Xem thêm -