Tài liệu Thử nghiệm sản xuất phân bón từ phụ phẩm biogas bằng phương pháp làm khô qua hệ thống lò sấy và đánh giá sơ bộ hiệu quả trên một số loại cây trồng ngắn ngày.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ------------------------- PHẠM ĐỨC CẢNH Tên đề tài: THử NGHIệM SảN XUấT PHÂN BÓN Từ PHụ PHẩM BIOGAS BằNG PHƢƠNG PHÁP LÀM KHÔ QUA Hệ THốNG LÒ SấY VÀ ĐÁNH GIÁ SƠ Bộ HIệU QUả TRÊN MộT Số LOạI CÂY TRồNG NGắN NGÀY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính qui Chuyên ngành/ngành : Công nghệ sinh học Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2012 - 2016 Thái Nguyên, 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ------------------------- PHẠM ĐỨC CẢNH Tên đề tài: THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT PHÂN BÓN TỪ PHỤ PHẨM BIOGAS BẰNG PHƢƠNG PHÁP LÀM KHÔ QUA HỆ THỐNG LÒ SẤY VÀ ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HIỆU QUẢ TRÊN MỘT SỐ LOẠI CÂY TRỒNG NGẮN NGÀY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính qui Chuyên ngành/ngành: Công nghệ sinh học Lớp : 44 - CNSH Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2012 – 2016 Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Dƣơng Mạnh Cƣờng Thái Nguyên, 2016 i LỜI CẢM ƠN Được sự đồng ý của Ban Giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Sinh học-Công nghệ Thực phẩm, trong thời gian thực tập tốt nghiệp, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Thử nghiệm sản xuất phân bón từ phụ phẩm Biogas bằng phƣơng pháp làm khô qua hệ thống lò sấy và đánh giá sơ bộ hiệu quả trên một số loại cây trồng ngắn ngày”. Sau thời gian tham gia nghiên cứu thực hiện đề tài, đến nay em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: ThS. Dương Mạnh Cường, Khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thực hiện đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Vi Đại Lâm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian học tập. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên để em có tự tin trong học tập và thực tập tốt nghiệp. Dù đã cố gắng nhiều, xong bài khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận được chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô cùng toàn thể các bạn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tất cả ! Thái nguyên, tháng 05 năm 2016 Sinh viên Phạm Đức Cảnh ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng N, P, K có trong phụ phẩm biogas .............................. 10 Bảng 2.2: Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước xả biogas ................ 11 Bảng 3.1: Bố trí công thức đánh giá sơ bộ với một số loại cây trồng. ........... 21 Bảng 3.2: Bố trí công thức với phụ phẩm biogas đã được sấy khô ................ 23 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của phụ phẩm biogas và phân bón hóa học NPK đến khả năng nảy mầm .......................................................................... 27 Bảng 4.2: Chiều cao cây cải ngồng HN888 ở các lần nhắc lại. ...................... 28 Bảng 4.3: Chiều dài cây bí đỏ siêu ngọn Tân Nông và các lần nhắc lại......... 30 Bảng 4.4: Chiều dài cây bí đỏ ăn ngọn Tre Việt ............................................. 30 Bảng 4.5: Khối lượng phụ phẩm biogas khi sấy khô ở 105oC........................ 33 Bảng 4.6: Bố trí công thức sau khi phụ phẩm đã được sấy khô ở 105oC ....... 34 Bảng 4.7: Bố trí công thức phụ phẩm làm khô trực tiếp................................. 35 Bảng 4.8: Kết quả theo dõi sau khả năng nảy mầm khi gieo hạt.................... 35 Bảng 4.9: Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao cây cải canh mơ lùn Hoàng Mai số 1........................................................................................... 36 Bảng 4.10: Chiều cao cây cải canh mơ lùn Hoàng Mai số 1 ở các lần nhắc lại ................................................................................... 36 Bảng 4.11: Hàm lượng đạm tổng số trong các mẫu đất .................................. 40 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 4.1: Biểu đồ chiều cao cây cải ngồng HN888 ........................................ 29 Hình 4.2: Chiều cao cải ngồng sau 45 ngày.................................................... 29 Hình 4.3: Biểu đồ chiều dài cây bí đỏ siêu ngọn Tân Nông ........................... 31 Hình 4.4: Biểu đồ chiều dài bí đỏ ăn ngọn Tre Việt ....................................... 32 Hình 4.5: Sâu hại ảnh hưởng đến cây trồng .................................................... 33 Hình 4.6: Phụ phẩm biogas trước và sau khi làm khô .................................... 34 Hình 4.7: Biểu đồ chiều cao cây cải canh mơ lùn Hoàng Mai số 1 tại thời điểm 20 ngày ................................................................................... 38 Hình 4.8: Biểu đồ chiều cao cây khi được bón phân của 2 phương pháp làm khô khác nhau ................................................................................. 39 Hình 4.9: Mẫu trước và sau khi chuẩn độ ....................................................... 40 iv DANH MỤC CÁC TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT CT : Công thức DNA : Deoxyribonucleic acid ĐC : Đối chứng NN : Nông nghiệp NPK : Phân hóa học bón lót NPK PTNT : Phát triển Nông thôn RNA : Ribonucleic acid TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam V : Thể tích VSV : Vi sinh vật v MỤC LỤC PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ................................................................ 3 1.2.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................ 3 1.2.2. Yêu cầu của đề tài ............................................................................. 4 1.3. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................... 4 1.3.1. Ý nghĩa trong khoa học..................................................................... 4 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tế ........................................................................ 4 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 5 2.1. Cở sở khoa học........................................................................................ 5 2.1.1. Tổng quan về phân bón..................................................................... 5 2.1.2. Khái quát về biogas........................................................................... 8 2.1.3. Vai trò nitơ đến cây trồng. .............................................................. 12 2.1.4. Đặc điểm sinh trưởng của một số loại cây trồng ............................ 14 2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................... 18 2.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................... 18 2.2.2. Tình hình nghiên trên thế giới ........................................................ 19 PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..20 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 20 3.1.1. Đối tượng ........................................................................................ 20 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 20 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu ......................................... 20 3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ....................................................................... 20 3.2.2. Thời gian nghiên cứu. ..................................................................... 20 3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 20 3.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 21 vi 3.4.1. Đánh giá sơ bộ ảnh hưởng của biogas và phân bón hóa học đến cây trồng ............................................................................................ 21 3.4.2. Thiết lập quy trình sấy khô phụ phẩm bằng hệ thống lò sấy trong các khoảng thời gian khác nhau ................................................................ 22 3.4.3. So sánh ảnh hưởng của phụ phẩm sấy ở nhiệt độ cao và phụ phẩm làm khô trực tiếp ....................................................................................... 23 3.4.4. Xác định hàm lượng Nitơ trong các mẫu đất.................................. 23 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 27 4.1. Đánh giá sơ bộ ảnh hưởng hỗn hợp phụ phẩm biogas và phân hóa học đến cây trồng ................................................................................................ 27 4.1.1. Ảnh hưởng hỗn hợp phụ phẩm biogas và phân hóa học đến khả năng sinh trưởng của các loại cây ............................................................. 27 4.1.2. Ảnh hưởng hỗn hợp phụ phẩm biogas và phân hóa học đến chiều dài cây ............................................................................................ 28 4.2. Khối lượng khô phụ phẩm biogas sau khi sấy khô ở các khoảng thời gian 33 4.3. So sánh ảnh hưởng của phụ phẩm sấy ở nhiệt độ cao và phụ phẩm làm khô trực tiếp ................................................................................................. 34 4.3.1. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng nảy mầm.......................... 35 4.3.2. Ảnh hưởng phân bón đến chiều cao cây ......................................... 36 4.3.3. So sánh với công thức sử dụng với phương pháp làm khô trực tiếp .....38 4.4. Xác định hàm lượng Nitơ trong các mẫu đất ........................................ 39 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 42 5.1 Kết luận .................................................................................................. 42 5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trong nông nghiệp hiện nay phân bón là yếu tố không thể tách rời. Phân bón là thức ăn của cây trồng, có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canh tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Các sản phẩm phân bón chia làm hai loại: Phân vô cơ hay phân hóa học: là các loại phân có chứa yếu tố dinh dưỡng dưới dạng muối khoáng (vô cơ) thu được nhờ các quá trình vật lý, hóa học. Hiện nay phân hóa học được sử dụng nhiều trong hoạt động sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, không phải tất cả lượng phân bón trên được cho vào đất, được phun trên lá… cây sẽ hấp thụ hết để nuôi cây lớn lên từng ngày. Theo số liệu tính toán của các chuyên gia trong lĩnh vực nông hóa học ở Việt Nam, hiện nay hiệu suất sử dụng phân đạm mới chỉ đạt từ 30-45%, lân từ 4045% và kali từ 40-50%, tùy theo chân đất, giống cây trồng, thời vụ, phương pháp bón, loại phân bón… Như vậy, còn 60-65% lượng đạm tương đương với 1,77 triệu tấn urê, 55-60% lượng lân tương đương với 2,07 triệu tấn supe lân và 55-60% lượng kali tương đương với 344 nghìn tấn Kali Clorua (KCl) được bón vào đất nhưng chưa được cây trồng sử dụng. Trong số phân bón cây không sử dụng được, một phần còn được giữ lại trong các keo đất là nguồn dinh dưỡng dự trữ cho vụ sau; một phần bị rửa trôi theo nước mặt và chảy vào các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt; một phần bị trực di (thấm rút theo chiều dọc) xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi do tác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hóa gây ô nhiễm không khí… Như vậy gây ô nhiễm môi trường của phân bón trên diện rộng và lâu dài của phân bón là việc xảy ra hàng ngày hàng giờ của vùng sản xuất nông nghiệp. 2 Phân hữu cơ: bao gồm các loại phân có nguồn gốc là sản phẩm hữu cơ, như các loại phân chuồng, phân xanh, thân lá cây trồng được dùng để bón ruộng...tận dụng các nguồn chất thải là biện pháp hiệu quả và kinh tế trong giải quyết ô nhiễm chất thải hữu cơ vào đất hoặc nguồn nước từ sản xuất nông nghiệp. Trong các giải pháp được đặt ra thì làm phân hữu cơ là giải pháp đơn giản, hiệu quả và mang lại nhiều thuận lợi nhất (Thambirajah, 1993). Phân hữu cơ là những vật liệu có hoạt tính sinh học cao là kết quả của quá trình phân huỷ chất hữu cơ dưới những điều kiện được kiểm soát. Phân hữu cơ được sử dụng nhằm cải thiện tính chất đất và cung cấp dưỡng chất cho cây trồng. Bón phân hữu cơ mang lại nhiều lợi ích cho đất, trong cải thiện chất lượng đất trên vùng đất bạc màu, lượng chất hữu cơ thấp do canh tác liên tục. Bón phân hữu cơ sẽ giúp tăng lượng chất hữu cơ có ý nghĩa trong đất (Mark, 1995). Theo nghiên cứu của Mark bón 10 tấn phân hữu cơ trên 1ha đất với độ sâu 10cm lớp đất mặt có 1% chất hữu cơ sẽ làm tăng lượng chất hữu cơ trong đất lên khoảng 25%. Nghiên cứu về việc ảnh hưởng của việc bón phân hữu cơ và vô cơ với năng suất bắp và tính chất hóa học đất trên một vùng trồng bắp ở Kenya cho thấy năng suất bắp đạt cao nhất 5,4 – 5,5 tấn/ha đối với nghiệm thức có bón phân hữu cơ so với nghiệm thức đối chất chỉ đạt 1,5 tấn/ha qua bảy vụ trồng. Sau hai năm thí nghiệm tổng lượng carbon và đạm trong đất được cải thiện rõ rệt (Daniel, 2000). Nằm trong thành phần phân hữu cơ hiện nay phân bón từ phụ phẩm biogas đang và sẽ trở thành một yếu tố chính, theo Ho Thi Lan Huong (2002) cho biết: phong trào xây dựng các hầm biogas qui mô gia đình, trang trại và ở các hộ chăn nuôi gia súc ở nước ta đang được phát triển. Biogas hiện chủ yếu được dùng thay thế chất đốt, kết quả khá tích cực về cả hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường. Nguồn biogas nhận được từ các hầm khí sinh học đã cung 3 cấp nhiên liệu phục vụ việc đun nấu, giảm được hiện tượng chặt phá rừng làm chất đốt ở nông thôn. Nguồn khí này có thể được dùng làm nhiên liệu cho động cơ để dẫn động các máy công tác như: bơm nước, máy xay xát, máy lạnh...góp phần tiết kiệm chi phí năng lượng, giảm giá thành sản xuất, góp phần tích cực vào việc cải thiện đời sống cho người dân. Hiệu quả của hầm ủ biogas mang lại rất lớn, ngoài việc xử lý tốt chất thải chăn nuôi, chất cặn từ hầm ủ còn được dùng làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, một thực tế cho thấy các công trình hầm biogas mới chỉ dừng lại ở việc sử dụng khí gas để phục vụ chất đốt, thắp sáng mà chưa tận dụng hết những lợi ích của công trình biogas có thể mang lại. Trong đó, việc sử dụng nguồn phụ phẩm: bã thải, nước xả của hầm để bón cho cây trồng là một nguồn lợi phân bón hữu cơ chưa được sử dụng. Do các loại phụ phẩm này tồn tại ở thể lỏng và đặc, dẫn đến hạn chế trong việc bảo quản và vận chuyển. Ở nhiều cơ sở chăn nuôi quy mô lớn, việc dư thừa phụ phẩm biogas và thiếu hướng giải quyết phù hợp đang là một thách thức và trở ngại lớn.Vì vậy, nhằm mục đích sử dụng triệt để phần phụ phẩm biogas để tạo ra các sản phẩm phân hữu cơ với khả năng tăng năng xuất cây trồng. Xuất pháy từ thực tế đó, tôi đã chọn đề tài: “Thử nghiệm sản xuất phân bón từ phụ phẩm biogas bằng phương pháp làm khô qua hệ thống lò sấy và đánh giá sơ bộ hiệu quả trên một số loại cây trồng ngắn ngày” 1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1.2.1. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá phân bón hữu cơ từ phụ phẩm biogas. - Xây dựng phương pháp làm khô phụ phẩm - Bước đầu đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ từ phụ phẩm biogas đã được sấy khô đối với một số nhóm cây trồng ngắn ngày. 4 1.2.2. Yêu cầu của đề tài - Thu thập phụ phẩm biogas và thiết lập quy trình sấy khô. - Xác định công thức phẩm biogas phù hợp cho một số loại rau - Kiểm tra, đánh giá để xác định tính ảnh hưởng của phụ phẩm biogas đến khả năng sinh trưởng và phát triển của một số loại rau. 1.3. Ý nghĩa của đề tài 1.3.1. Ý nghĩa trong khoa học Kết qủa là tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu tiếp theo về việc xử lí phụ phẩm biogas làm phân bón trong trồng trọt. 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tế Kết quả góp phần xử lí, sử dụng nguồn phụ phẩm biogas và hạn chế được lượng phân hóa học giúp giảm thiểu lượng ô nhiễm môi trường. 5 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Cở sở khoa học 2.1.1. Tổng quan về phân bón Cây trồng có thể sinh trưởng và phát triển bình thường ngày cả khi không được bón phân. Nhưng để đạt được năng suất, ổn định thì sử dụng phân bón được xem là giải pháp hữu hiệu nhất. Thực tế sản xuất cho thấy, một giống cây trồng nào đó dù có tiềm năng năng suất cao bao nhiêu đi chăng nữa nhưng không được chăm bón tốt, được gieo trồng trong điều kiện khí hậu thuận lợi và nhất là không được bón phân một cách cân đối và hợp lí thì cũng khó đạt được mức năng suất như mong muốn. Điều này thể hiện rõ ở các quốc gia mà ở đó trình độ thâm canh cũng như khả năng đầu tư của người sản xuất còn hạn chế. Chính vì vậy mà nhu cầu sử dụng phân bón ở các quốc gia này ngày một tăng. Bón phân cân đối và hợp lí sẽ có tác dụng nâng cao chất lượng nông sản. Việc bón thừa hay thiếu chất dinh dưỡng đều làm giảm chất lượng nông sản của tất cả các loại cây trồng và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và gia súc (Trần Thị Thu Hà, 2009). 2.1.1.1. Tác động phân hóa học đến môi trường. Với sự ra đời của phân bón hóa học, năng suất và sản lượng cây trồng tăng vượt bậc mà minh chứng cụ thể đó là cuộc cách mạng xanh diễn ra vào nữa sau thế kỷ thứ XX. Tuy nhiên việc sử dụng lâu dài phân hóa học mà không bổ sung các nguồn phân hữu cơ hay việc lạm dụng chúng quá mức nhằm nâng cao năng suất và tạo ra những sản phẩm đẹp mắt đã để lại nhiều hệ lụy cho môi trường và sức khỏe người tiêu dùng và đây là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng thoái hóa đất mà nhiều người vẫn lầm tưởng rằng nó có khả năng cải tạo đất. 6 Phân hóa học là các loại muối khoáng có chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Các loại phân vô cơ thường dùng là phân đạm, lân, kali, phân hỗn hợp, phân trung lượng, vi lượng và các loại phân bón lá. Ta biết lượng hấp thu của rễ thực vật tương đối nhỏ và mỗi loài thì có một nhu cầu dinh dưỡng riêng, việc bón quá nhiều phân hoá học sẽ dẫn đến tình trạng dư thừa mà thực vật không thể hấp thu hết và chúng lưu lại trong đất, qua phân giải chuyển hoá chúng biến thành những hợp chất gây nguồn ô nhiễm cho mạch nước ngầm và các dòng sông. Cùng với sự tăng lên về số lượng sử dụng phân hoá học, độ sâu và độ rộng thì tình trạng ô nhiễm đất ngày càng nghiêm trọng. Theo Dương Thị Oanh (2014): “đối với loại phân đạm vô cơ (N)- một loại phân mang lại hiệu quả rõ rệt nhất cho năng suất cây trồng nhưng cũng dễ gây ô nhiễm cho môi trường đất do tồn dư của nó. Phần lớn nitrat phân bón dư thừa được giữ lại trong đất, chúng ngấm xuống nước ngầm dưới dạng NO3-. Trong môi trường đất, nó làm tăng tính chua vì dạng acid HNO3 rất phổ biến. Ngoài ra, nếu trong sản phẩm có chứa nhiều đạm, nhất là không cân đối thì đạm sẽ chuyển từ NH4- sang NO3-, khi vào cơ thể người NO3- sẽ chuyển sang dạng NO2-, gây hại cho tim, phổi và gan. Một dạng phân hóa học khác cũng gây ô nhiễm môi trường đất là phân lân, với lượng lân cao, sẽ gây chua cho môi trường sinh thái đất. Mặt khác các dạng phân hóa học đều là các muối của acid (hoặc là muối kép hoặc là muối đơn). Vì vậy khi hòa tan thường gây chua cho môi trường đất. Trong phân supe lân thường có 5% acid tự nhiên. Riêng lượng acid do H2SO4 nào cũng làm cho môi trường đất bị chua thêm. Mặt khác sự tích lũy cao các hóa chất dạng phân bón cũng gây hại cho môi trường sinh thái đất về mặt cơ lí tính. Đất nén chặt độ co trương kém, kết cấu vững chắc, không tơi xốp mà nông dân gọi là đất trở nên chai cứng, tính thông khí kém đi, vi sinh vật ít đi vì hóa chất hủy diệt vi sinh vật”. 7 Bên cạnh đó, các loại phân vô cơ còn chứa một số kim loại nặng, các kim loại này tích lũy trong đất làm đất bị nhiễm độc, đồng thời khi được cây trồng hấp thụ, nó sẽ tích lũy trong sản phẩm. Người và gia súc dùng sản phẩm chứa các kim loại này lâu ngày sẽ bị nhiễm độc. Phân vô cơ có nhiều tác dụng, là yếu tố cần thiết cho thâm canh tăng năng suất. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sử dụng đúng kỹ thuật biết kết hợp với các loại phân bón hữu cơ khác nhằm đạt được năng suất cây trồng cao nhất, góp phần làm hạn chế và ngăn ngừa tình trạng đất bị ô nhiễm, thoái hóa và bạc màu. 2.1.1.2. Tác động phân hữu cơ đến môi trường Phân hữu cơ có tên gọi như vậy vì trong đó thành phần hữu cơ là cơ bản nhất. Hiện nay phân hữu cơ được chia làm 4 loại: - Phân hữu cơ truyền thống: chúng được tạo ra từ nguồn nguyên liệu và cách xử lý truyền thống. Nguồn nguyên liệu đấy có thể là chất thải của vật nuôi, là phế phẩm trong nông nghiệp, là phân xanh. - Phân hữu cơ sinh học: có nguồn nguyên liệu hữu cơ (có thể có thêm than bùn) được xử lý và lên men theo một quy trình công nghiệp với sự tham gia của một hay nhiều chủng vi sinh vật. - Phân hữu cơ vi sinh: có nguồn nguyên liệu và quy trình công nghiệp như phân hữu cơ sinh học nhưng có một hoặc nhiều chủng vi sinh vật vẫn còn sống và sẽ hoạt động khi được bón vào đất. - Phân hữu cơ khoáng: là phân hữu cơ sinh học được trộn thêm phân vô cơ. Bón phân hữu cơ làm tăng năng suất cây trồng. Kết quả nghiên cứu khoa học trong rất nhiều năm của các viện, trường, cũng như kết quả điều tra kinh nghiệm của các hộ nông dân cho thấy, năng suất cây trồng và hiệu quả kinh tế cao, ổn định ở những nơi có bón tỷ lệ N hữu cơ và N vô cơ cân đối với tỷ lệ N tính từ hữu cơ chiếm khoảng 25-30% tổng nhu cầu của cây trồng. Ước tính do 8 bón phân hữu cơ năng suất cây trồng đã tăng được 10-20%. Nếu tính riêng về thóc do bón phân hữu cơ (chủ yếu là phân chuồng) đã đạt khoảng 2,5-3,0 triệu tấn thóc/năm. Bón phân hữu cơ còn làm giảm bớt lượng phân khoáng cần bón do phân hữu cơ có chứa các nguyên tố di dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng. Theo Bùi Huy Hiền (2010b): “bón chất hữu cơ sẽ cải thiện được các tính chất vật lý đất, hóa học và sinh học của đất; đồng thời hạn chế mức độ độc hại của một số nguyên tố như: nhôm (Al), sắt (Fe); giảm bớt sự cố định lân trong đất dưới tác dụng kết hợp Al3+, Fe3+ dưới dạng phức chất; nâng cao sự hoà tan lân ở dạng phốt phát sắt hoá trị ba dưới tác dụng khử ôxy. Bón phân hữu cơ có tác dụng làm giảm rửa trôi, giảm bốc hơi của phân đạm bón vào. Do đó, hiệu quả sử dụng của phân đạm vô cơ tăng lên”. 2.1.2. Khái quát về biogas Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí được tạo ra nhờ quá trình lên men các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. Do có thành phần chính là khí methane (CH4) nên khí sinh học có thể cháy được và sinh ra nhiệt năng. Biogas có thể được tạo ra bằng cách lên men kỵ khí các chất thải trong chăn nuôi nhờ sử dụng các hệ thống ống nối và bể chứa phù hợp. Sự tăng trưởng của vi khuẩn tùy thuộc vào loại phân sử dụng và điều kiện nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn trong bể biogas là: nhóm vi khuẩn phân giải cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí methan. - Nhóm vi khuẩn phân giải cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym cellulose. Chúng phân giải cellulose trong điều kiện kị khí cho ra CO2, H2 và một số chất tan trong nước như sản phẩm trung gian. Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc dùng cho nhóm vi khuẩn sinh khí methane. - Nhóm vi khuẩn sinh khí methane: mỗi loài vi khuẩn methane chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó việc lên men kị khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn methane. Điều kiện cho các vi khuẩn methane phát 9 triển mạnh là phải có lượng CO2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N = 1:20. - Trong quá trình lên men kỵ khí các loài vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt không những do nhiệt độ mà còn do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng… Mức độ tiêu diệt các các vi sinh vật gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến 100%. Bằng cách lên men kỵ khí sản sinh ra một hỗn hợp khí từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn kỵ khí. Quá trình này được chia làm 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các chất có trọng lượng thấp hơn acid hữu cơ, đường, glyxerin… (gọi chung là cacbonhydrate). - Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn methane để chuyển hầu như toàn bộ các chất cacbonhydrat thành CH4 và CO2. Giai đoạn đầu có sự tạo thành các acid hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt (lên men acid). Các acid hữu cơ và hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2 và cả CH4 (bắt đầu lên men methan). Các vi sinh vật kỵ khí phát triển mạnh còn các vi sinh vật hiếu khí bị tiêu diệt. Các vi khuẩn methane phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4. Biogas đã được ứng dụng ở nhiều vùng nông thôn Việt Nam trong những năm qua nhằm mục đích xử lý chất thải chăn nuôi và tạo ra nguồn nhiên liệu cho đun nấu và thắp sáng. Trong quá trình sản xuất khí biogas, những phụ phẩm như nước xả và bã cặn được sinh ra. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra những thành phần dinh dưỡng quan trọng trong phụ phẩm biogas. Do 10 vậy, có thể được sử dụng làm phân bón cho cây trồng, tạo nguồn cung cấp phân hữu cơ quan trọng cho cây (Hoàng Kim Giao, 2011). 2.1.2.1. Thành phần phụ phẩm biogas Phụ phẩm biogas là sản phẩm ở dạng lỏng và rắn của quá trình phân giải cơ chất. phụ phẩm biogas gồm 3 phần là nước xả, bã cặn và váng. Trong đó 93% nước, 7% chất khô trong đó 4,5% là hợp chất hữu cơ và 2,5% là các chất vô cơ. Thành phần chính của phụ phẩn khí sinh học: - Những chất hữu cơ ở thể rắn (chất mùn) - Các chất dinh dưỡng dễ hòa tan (có đặc tính phân bón và tác dụng cải tạo đất) - Các nguyên tố vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn…) - Những tế bào mới hình thành trong quá trình phân giải. Thành phần của phụ phẩm biogas phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu nạp. Hàm lượng NPK trong đó thường rất khác nhau và phụ thuộc vào nguyên liệu nạp và tỷ lệ pha loãng nguyên liệu (Hoàng Kim Giao, 2011). Ở Việt Nam, nguyên liệu nạp chủ yếu là chất thải lợn, phân trâu bò, phân người và phân gia cầm. Các chất dinh dưỡng N, P, K có hàm lượng dao dộng trong bảng sau: Bảng 2.1: Hàm lƣợng N, P, K có trong phụ phẩm biogas Nước xả Bã cặn N (g/l) P2O5 (g/l) K2O (g/l) 0,077 – 0,85 0,05 – 0,24 0,097 – 1,22 5,6 3,6 0,9 (Nguồn: Hoàng Kim Giao, 2011) Các nghiên cứu cũng đưa ra kết quả phân tích về một số chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng trong nước xả khí sinh học: 11 Bảng 2.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong nƣớc xả biogas Pb (mg/l) As (mg/l) Hg (mg/l) Cd (mg/l) 0,0625 0,045 0,003 0,009 ≤ 0,1 0,05 – 0,1 ≤ 0,001 Phân tích của Viện chăn nuôi (2008) TCVN cho nước tưới (TCVN 6773 – 0,005 – 0,001 2000) (Nguồn: Hoàng Kim Giao, 2011) 2.1.2.2. Tình hình sử dụng của phụ phẩm biogas Phụ phẩm biogas được ứng dụng trong nông nghiệp với nhiều lợi ích khác nhau (Lê Thuật, 2014). - Sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Phụ phẩm biogas là một loại phân hữu cơ với hai đặc tính quan trọng là giàu dinh dưỡng và sạch. Loại phân hữu cơ này vừa có tác dụng nhanh vừa có tác dụng chậm do chứa hai thành phần: + Nước xả: là loại phân bón có tác dụng nhanh, chứa nhiều chất dinh dưỡng hòa tan trong nước nên cây trồng dễ hấp thu khi tưới nước xả cho cây, hiệu quả của chất dinh dưỡng cao + Bã cặn: gồm các nguyên tố dinh dưỡng, các hợp chất hữu cơ và các chất hấp thu nhiều yếu tố dinh dưỡng có hiệu quả. Cho đến nay, phụ phẩm biogas đã được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp như dùng làm phân bón cho cây trồng với những lượi ích sau: + Cải tạo đất: Phụ phẩm khí sinh học chứa nhiều chất hữu cơ nên khi sử dụng lâu dài cho đất sẽ có tác dụng cải thiện khả năng canh tác của đất, tăng hoạt 12 động của hệ vi sinh vật đất thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, tăng cường và duy trì độ phì nhiêu của đất, cải thiện cấu trúc và tính chất lí học của đất. + Tăng năng suất cây trồng: Sử dụng phụ phẩm sẽ làm tăng khả năng sinh trưởng và phát triển từ đó làm cho năng suất cây trồng tăng. + Hạn chế sâu bệnh: Bón phụ phẩm biogas có thể kìm hãm, hạn chế một số loại sâu bệnh. Nếu trộn phụ phẩm với một lượng nhỏ thuốc trừ sâu sẽ làm tăng hiệu quả thuốc trừ sâu, hiệu quả nhanh do đó giảm bớt lượng thuốc trừ sâu bón cho cây trồng, hạn chế độc hại, ô nhiễm môi trường. - Sử dụng phụ phẩm khí sinh học làm thức ăn bổ sung cho lợn: Chứa 1 lượng nhất định axit amin, vitamin, axit hữu cơ, các chất khoáng… là các chất dinh dưỡng cần thiết cho gia súc và hầu hết vi trùng hiếu khí gây bệnh và trứng giun sán trong nước xả đã bị tiêu diệt. Ngoài ra phụ phẩm còn chứ nhiều enzyme có tác dụng tăng tính thèm ăn, tăng hiệu quả chuyển hóa thức ăn của vật nuôi. - Sử dụng phụ phẩm biogas làm thức ăn nuối cá: Phụ phẩm biogas giàu nitơ, photpho và kali dễ hấp thụ cho các loài tảo làm thức ăn cho cá. Phụ phẩm này chỉ chứa một lượng nhỏ chất hữu cơ, do đó không làm tăng hàm lượng CO2 trong nước, gây cho cá chết như khi bón phân tươi. 2.1.3. Vai trò nitơ đến cây trồng. Nitơ chỉ thường chiếm 1-5% khối lượng khô của thực vật. Tuy nhiên, đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, nitơ có vai trò sinh lý đặc biệt quan trọng đối với sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất. Nitơ có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có vai trò quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng, đến hoạt động sinh lý của cây. Nitơ là nguyên tố đặc thù của protein mà protein lại có vai trò cực kì quan trọng đối với cây trồng. Protein là thành phần chủ yếu tham gia cấu trúc nên hệ