Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas để canh tác hoa màu. (Research on using effluent from biogas digester growing cash crop)

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas để canh tác hoa màu. (Research on using effluent from biogas digester growing cash crop)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc Mã ngành: 62.54.03.03 NGUYỄN PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƢỚC SAU BIOGAS ĐỂ CANH TÁC HOA MÀU Cần Thơ, 2021
2. CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Thị Nga Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường Họp tại: Phòng Bảo Vệ Luận Án Tiến sĩ (Phòng họp 3, lầu 2), Khu II - Nhà Điều Hành, Trường Đại học Cần Thơ. Vào lúc: 14 giờ, ngày 17 tháng 11 năm 2018 Phản biện 1: PGS.TS. Đái Thị Xuân Trang Phản biện 2: GS.TS. Đống Thị Anh Đào Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ. Thư viện Quốc gia Việt Nam.
3. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ (1). Nguyễn Phương Thảo, Trần Đức Thạnh, Bùi Thị Nga, Châu Minh Khôi, 2017. Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm của nước thải biogas cho đất. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề: Môi trường và Biến đổi khí hậu (2017). 36-44. (2). Nguyễn Phương Thảo, Bùi Thị Nga, Nguyễn Thị Lan Anh, Trần Thị Thúy Vân, 2017. Nghiên cứu sử dụng nước thải biogas trồng bắp (Zea mays L.). Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Số 53. 53-64. (3). Nguyễn Phương Thảo, Bùi Thị Nga, Dương Tấn Phát, 2017. Nghiên cứu sử dụng nước thải biogas trồng dưa leo (Cucumis sativus L.) quy mô nông hộ tại tỉnh Sóc Trăng. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 13/2017. 31-38. (4). Nguyễn Phương Thảo, Bùi Thị Thùy Linh, Bùi Thị Nga, Châu Minh Khôi, 2017. Đánh giá đặc tính hóa học đất canh tác đậu bắp (Abelmoschus esculentus L.) tưới nước thải biogas tại huyện phong điền, thành phố Cần Thơ. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, Số 22/2017. 33-41. (5). Nguyễn Phương Thảo, Bùi Thị Nga, Châu Minh Khôi, Trần Đức Thạnh, 2018. Nghiên cứu hàm lượng đạm, lân hữu dụng trong đất trồng bắp (Zea mays L.) tưới nước thải biogas. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 19/2018. 58-65. (6). Nguyễn Phương Thảo, Bùi Thị Nga, Trần Đức Thạnh, 2019. Nghiên cứu hàm lượng đạm và lân trong đất trồng dưa leo (Cucumis sativus L.) bón kết hợp xỉ than tổ ong hấp phụ nước thải biogas. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 1/2019. 36-42. (7). Bùi Thị Nga, Nguyễn Phương Thảo, Huỳnh Văn Thảo, Nguyễn Thị Lan Anh, 2016. Nghiên cứu sử dụng nước thải từ mô hình khí sinh học trồng đậu bắp (Abelmoschus esculentus L.). Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 10/2016. 147-154. (8). Bùi Thị Nga, Nguyễn Phương Thảo, Huỳnh Văn Thảo, Lê Chí Nhân, 2016. Nghiên cứu sử dụng xỉ than tổ ong xử lý nước thải biogas để trồng rau cải xanh (Brassica juncea L.). Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 10/2016. 173-178.
4. (9). Nguyễn Thanh Văn, Bùi Thị Nga, Nguyễn Phương Thảo, Huỳnh Văn Thảo, 2017. Đánh giá hiệu suất xử lý nước thải sau túi ủ biogas của một số chế phẩm sinh học. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề: Môi trường và Biến đổi khí hậu (2017). 1-12. (10). Nguyễn Công Thuận, Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Hoàng Duy, Đặng Thanh Thảo, Bùi Thị Nga, 2020. Đặc điểm đạm và vi sinh vật trong đất trồng dưa leo được tưới nước thải sau túi ủ khí sinh học. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Số 3+4/2020. 25-33.
5. Chƣơng 1. MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Chăn nuôi heo và trồng lúa nước là hai hợp phần quan trọng, xuất hiện sớm nhất trong hệ thống nông nghiệp Việt Nam; chăn nuôi heo có vai trò cung cấp thực phẩm giá trị dinh dưỡng cao, nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và góp phần giữ vững cân bằng sinh thái giữa cây trồng, vật nuôi và con người. Mặt khác, chăn nuôi heo không chỉ tạo ra việc làm trong lúc nhàn rỗi mà còn là nguồn tài chính quan trọng cho hộ nông dân trong các hoạt động xã hội như học hành, lễ giỗ, cưới hỏi, lễ tết, và tân trang nhà cửa. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho ngành chăn nuôi là lượng chất thải từ hoạt động nuôi heo đã gây ảnh hưởng trực tiếp đến người nuôi, cộng đồng dân cư chung quanh và môi trường tự nhiên, điều này tác động đến việc duy trì và phát triển ngành chăn nuôi của vùng ĐBSCL nói riêng và cả nước nói chung. Trong những năm gần đây, công nghệ biogas đã khẳng định hiệu quả trong việc xử lý chất thải chăn nuôi góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường nông thôn. Bên cạnh việc giải quyết ô nhiễm do chất thải chăn nuôi, biogas còn cung cấp năng lượng sinh học phục vụ cho đun nấu và thắp sáng. Ở ĐBSCL, chăn nuôi heo quy mô nông hộ là chủ yếu, số lượng heo dao động từ 10-100 con, nhiều nhất ở trong khoảng 30-50 con, nên lượng nước sau biogas (nước thải biogas) từ hệ thống biogas khá lớn. Tuy nhiên, NSB chưa được quan tâm xử lý triệt để, người dân chưa sử dụng mà thải bỏ ra hệ thống mương vườn hoặc thải trực tiếp ra hệ thống kênh rạch, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm thủy vực tiếp nhận do hàm lượng chất hữu cơ, đạm và lân khá cao với nồng độ đạm amôn dao động + - khoảng 218-290 mg/L N-NH4 , đạm nitrat 1,14-1,29 mg/L N-NO3 . Một số nghiên cứu tận dụng nước thải biogas thay thế phân hóa học (PHH) cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng đã được báo cáo như sử dụng NSB thay thế PHH canh tác cây ớt, trồng nấm và trồng dưa hấu, giúp cây phát triển tốt và cho năng suất tương đương PHH. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ hoặc chế phẩm sinh học để xử lý NSB và sử dụng vật liệu đã hấp phụ NSB để trồng rau. Các nghiên cứu đã cho thấy NSB là nguồn dinh dưỡng thay thế cho PHH trong canh tác hoa màu; tuy nhiên các nghiên cứu này chưa có báo cáo về khả năng cung cấp đạm của NSB; hàm lượng đạm và vi sinh vật hiếu khí trong đất tưới NSB; hàm lượng nitrat và E.coli trong sản phẩm rau màu; lượng NSB, lượng PHH giảm được mỗi vụ trồng. Trên cơ sở kế thừa và tiếp tục nghiên cứu một số hạn chế vừa được đề cập của các nghiên cứu trước, đề tài đã triển khai các nội dung nghiên cứu dựa trên các câu hỏi (1) NSB có khả năng cung cấp đạm cho đất và mối liên hệ giữa hoạt động vi sinh vật với hàm lượng đạm được cung cấp như thế nào; (2) Mật số vi sinh vật hiếu khí và hàm lượng đạm trong đất trồng hoa màu tưới NSB như thế nào; (3) 1
6. Lượng PHH và lượng NSB đã được giảm và chất lượng nông sản như thế nào khi canh tác hoa màu sử dụng NSB. Ở ĐBSCL cây bắp, đậu bắp và dưa leo là loại hoa màu được trồng quanh năm và phổ biến do phù hợp với điều kiện khí hậu, đất đai, tập quán canh tác và tạo thu nhập ổn định. Với các đặc điểm dễ trồng, ít sâu bệnh, năng suất ổn định và chịu hạn tốt nên cây bắp đang được quan tâm trước xu thế hạn mặn gia tăng; cây đậu bắp là loại rau được sử dụng hàng ngày trong bữa ăn với nhiều dược tính tốt cho sức khỏe; cây dưa leo là cây thân leo, trái có giá trị dinh dưỡng và được tiêu thụ mạnh trên thị trường nội địa. Đạm là dinh dưỡng thiết yếu và đặc thù đối với cây bắp, đậu bắp và dưa leo, trong khi đó nước sau biogas chứa hàm lượng đạm khá cao nên có khả năng đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho các loại cây trồng này. Với các đặc điểm vừa đề cập và trong xu hướng đa dạng các sản phẩm nông nghiệp sạch, an toàn cho người sử dụng thì cây bắp, đậu bắp và dưa leo là đối tượng được lựa chọn để triển khai các thí nghiệm trồng hoa màu. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu sử dụng NSB để canh tác hoa màu” đã được thực hiện. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas nhằm tận dụng dinh dưỡng thay thế phân hóa học canh tác hoa màu góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường chăn nuôi và cải thiện thu nhập nông hộ. 1.3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm hữu dụng, hoạt động của vi sinh vật đất của NSB và đánh giá tăng trưởng của cây bắp, cây đậu bắp trồng trong chậu. Nghiên cứu diễn biến đạm hữu dụng, vi sinh vật trong đất và năng suất trồng cây bắp, cây đậu bắp, cây dưa leo tưới NSB trong điều kiện ngoài đồng. Đánh giá hiệu quả môi trường, hiệu quả kinh tế và đề xuất hướng dẫn sử dụng NSB canh tác cây bắp, cây đậu bắp và cây dưa leo. 1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án Là công trình nghiên cứu được thực hiện một cách có hệ thống từ phòng thí nghiệm đến ngoài đồng, kết quả đã đóng góp số liệu nghiên cứu về sử dụng NSB canh tác hoa màu phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo các ngành học về môi trường và nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu đã góp phần khẳng định sử dụng NSB canh tác hoa màu mang lại hiệu quả về môi trường và kinh tế cao hơn sử dụng PHH; sản phẩm nông sản đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm về nitrat, E.coli; kết quả này đóng góp dữ liệu khoa học cho công tác khuyến nông góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường và phát triển nền nông nghiệp bền vững ở vùng ĐBSCL. 2
7. 1.5 Điểm mới của luận án Nước sau biogas cung cấp đạm hữu dụng cho đất và mối tương quan giữa hàm lượng đạm này với hoạt động của vi sinh vật trong đất có bổ sung NSB. Mật số vi sinh vật hiếu khí trong đất tưới NSB tăng cao hơn so với bón PHH và hàm lượng đạm nitrat trong đất tưới NSB giảm có ý nghĩa so với bón PHH vào cuối vụ. Sử dụng NSB canh tác cây bắp, dưa leo giảm được lượng PHH trong canh tác hoa màu, giảm được lượng NSB thải ra thủy vực; đạt được hiệu quả đồng vốn cao hơn so với bón PHH; xây dựng được hướng dẫn sử dụng NSB canh tác hoa màu và khuyến cáo nông hộ sử dụng trên địa bàn nghiên cứu. 1.6 Kết cấu của luận án Luận án bao gồm 5 chương với 116 trang: Chương 1- Giới thiệu (trang 1÷4); Chương 2- Tổng quan tài liệu (trang 5÷38); Chương 3- Phương pháp nghiên cứu (trang 39÷66 với 6 thí nghiệm); Chương 4- Kết quả và thảo luận (trang 67÷115); Chương 5- Kết luận và đề xuất (trang 116). Trong nội dung chính có 58 bảng và 34 hình. Bài viết sử dụng 101 tài liệu tham khảo, bao gồm 17 tài liệu tiếng Anh và 84 tài liệu tiếng Việt. Chƣơng 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về biogas Biogas là khí được sinh ra nhờ quá trình phân giải các chất thải hữu cơ chăn nuôi trong môi trường kỵ khí nhờ vi sinh vật. Ở ĐBSCL, nguyên liệu cho quá trình ủ khí sinh học thường là phân heo, phân bò và đã được nghiên cứu trên rơm, lục bình, cỏ vườn, bèo, thân cây bắp. Hầm ủ biogas là kết quả hợp tác nghiên cứu giữa các nhà khoa học trong và ngoài nước tạo nên một mô hình canh tác mới VACB. Túi ủ biogas là một trong các kiểu mô hình biogas được sử dụng phổ biến ở ĐBSCL, đã được áp dụng hiệu quả cho hộ chăn nuôi với qui mô từ 10-50 con heo. Chất thải sau hệ thống biogas gồm chất rắn và chất lỏng, chất lỏng (nước sau biogas) chứa chất hữu cơ cao, không đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định. NSB giàu chất hữu cơ, đạm và lân và các nguyên tố vi lượng, hàm lượng một số kim loại nặng thấp, không tìm thấy vi sinh vật gây bệnh (Salmonella), nhưng vẫn xuất hiện trứng ký sinh trùng, mật số E.coli và Coliform cao hơn mức cho phép nên hạn chế khả năng ứng dụng do nguy cơ tiềm ẩn các vi sinh vật gây bệnh trên rau ăn lá. Trước khi tiến hành nghiên cứu chính của luận án, tình hình sử dụng NSB đã được khảo sát tại hộ chăn nuôi trên địa bàn huyện Phong Điền, quận Cái Răng và quận Bình Thủy thành phố Cần Thơ. Lượng NSB phụ thuộc vào lượng nước tắm heo và dội rửa chuồng trại, chủ yếu ở mức 1-5 m3/ngày. Có đến hơn 59,4%-73,3% nông hộ thải bỏ NSB ra môi trường dưới 2 hình thức là 3
8. thải trực tiếp ra kênh, rạch và thải vào mương, ao tù. Tỉ lệ hộ sử dụng NSB để tưới cây ăn trái rất thấp (15,6%-26,7%). Các hộ sử dụng NSB tưới chủ yếu cho các loại cây ăn trái và chưa hiểu biết nguồn nước thải này như nguồn dinh dưỡng thay thế cho PHH. 2.2 Các nghiên cứu sử dụng nƣớc sau biogas Nghiên cứu của Vijay et al. (2006) cho thấy NSB được sử dụng kết hợp với PHH bón làm tăng năng suất đậu, mướp, và ngô so với bón phân chuồng kết hợp PHH. NSB còn làm tăng năng suất cây bo bo (Sebastian Hupfauf et al., 2016), bổ sung chất dinh dưỡng (C, N và P) trong quá trình trồng nấm (Sreesha Malayil et al., 2016), cho hiệu quả khống chế bệnh héo rũ do nấm Fusarium sp. trên cây dưa hấu (Yun Cao et al., 2016). Thử nghiệm thay thế phân bón NPK bằng NSB tưới cho cải xanh và xà lách cho thấy thay thế 20% đạt hiệu quả cao nhất, rau không phát hiện trứng giun và mầm bệnh, hàm lượng nitrat tồn dư trong rau ở ngưỡng an toàn, đất sau thu hoạch đủ điều kiện an toàn để tiếp tục trồng các vụ sau và hiệu quả kinh tế cao, năng suất rau nhiều hơn và thời gian thu hoạch sớm hơn. Hàm lượng lân và kim loại nặng trong đất tăng rất ít sau 2 vụ thí nghiệm (Ngô Quang Vinh, 2010). Tưới NSB không có và có bổ sung PHH cây cải xanh đều cho năng suất cao hơn so với chỉ sử dụng PHH (Nguyễn Thị Nhật Linh, 2011). Tưới NSB cho cây ớt định kỳ là 5 ngày/lần với các tỷ lệ NSB 75% và 100%, kết quả tưới NSB tỷ lệ 75% có chiều cao cây, số trái và cân nặng của trái khác biệt không có ý nghĩa so với tưới hoàn toàn bằng PHH (Phạm Việt Nữ và ctv., 2015). Kết quả nghiên cứu cho thấy tro trấu và tro than đá đều có khả năng hấp phụ đạm, lân trong NSB nhưng tro trấu hấp phụ cao hơn tro than đá và hấp phụ đạm cao hơn lân. Sử dụng tro trấu và tro than đá đã hấp phụ đạm, lân trong NSB phối trộn với đất để trồng rau cải xanh đạt năng suất 420 g/chậu và 344 g/chậu (Nguyễn Thị Kiều Phương, 2011). Nghiên cứu của Huỳnh Thị Mỹ Duyên và ctv. (2011) đã cho thấy sử dụng than đước và than tràm hấp phụ đạm, lân trong NSB để trồng rau xà lách năng suất là 76,2-90,5 g/chậu và bón phân urea là 32,5g/chậu. Sử dụng than tràm hấp phụ đạm, lân trong NSB để trồng rau mô hình VACB, khả năng hấp phụ đạm, lân của than tràm đạt hiệu quả cao ở tỉ lệ - + 300 g than với 6 L nước thải, hấp phụ đạm NO3 thấp, hấp phụ đạm NH4 tăng theo thời gian và tốt nhất là 20 giờ. Kết quả sử dụng than tràm hấp phụ NSB làm phân bón rất có hiệu quả đến sự tăng trưởng của cải xanh so với sử dụng phân vô cơ, khi sử dụng than tràm sau hấp phụ với lượng đạm cung cấp cho cây chỉ bằng ½ lượng đạm của phân vô cơ (Trần Ngọc Điền, 2012). Dùng than đước hấp phụ đạm, lân trong NSB để trồng rau mô hình VACB (Huỳnh Công Khánh, 2012) cho thấy than đước hấp phụ đạm là chủ yếu, hấp phụ lân rất thấp, làm vật liệu trộn vào đất trồng cải xanh có khối lượng cao hơn với không có than đước. 4
9. Nghiên cứu của Bùi Thị Nga và ctv. (2016) cho thấy thời gian hấp phụ là 40 giờ, 5 L NSB, 1,5 kg xỉ than tổ ong, hiệu suất hấp phụ đạm là 27,3%, lân là 37,1%. Sử dụng xỉ than tổ ong hấp phụ đạm, lân trong NSB trồng cải xanh kết hợp bón PHH cho năng suất rau cao hơn bón 100% PHH và có mật số E.coli đạt QCVN 8-3:2012 BYT, hàm lượng nitrat đạt ngưỡng an toàn theo quyết định số 99/2008/QĐ-BNN, giúp cải thiện đặc tính lý, hóa học của đất so với trồng bằng PHH. Các nghiên cứu đã cho thấy tưới NSB để trồng cây cho kết quả sinh trưởng và năng suất cao tương đương so với PHH. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa công bố về liên hệ giữa hàm lượng đạm và vi sinh vật đất; diễn biến hàm lượng đạm hữu dụng trong đất trồng hoa màu tưới nước thải biogas và bón PHH chưa được đánh giá. Các nghiên cứu sử dụng các vật liệu hấp phụ NSB để trồng cây cho kết quả sinh trưởng và năng suất cao tương đương với PHH. Các nghiên cứu khuyến cáo sử dụng NSB trồng cây, tuy nhiên, đánh giá hiệu quả môi trường và hiệu quả kinh tế của việc sử dụng NSB trồng hoa màu chưa được phân tích và đề cập. 2.3 Tổng quan về đạm trong cây và trong đất Đạm là dinh dưỡng thiết yếu của thực vật, được rễ cây hấp thụ từ môi + - trường ở dạng NH4 và NO3 . Sự đồng hóa nitơ trong mô thực vật gồm 2 quá trình: khử nitrat và đồng hóa amôn. Đạm là nguyên tố mà cây cần nhiều nhưng đất lại chứa ít. Hàm lượng N trong đất phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng hữu cơ. Vi sinh vật sẽ biến đổi chất hữu cơ thành N vô cơ, khoáng hóa là một tiến trình cơ bản quan trọng để cung cấp N cho cả trong tự nhiên và hệ + - thống cây trồng. Các dạng NH4 và NO3 dễ dàng chuyển biến qua lại và động + - thái của chúng trong đất khá phức tạp. Hàm lượng NH4 và NO3 cho biết lượng N hữu dụng cho cây trồng. 2.4 Tổng quan về cây bắp, đậu bắp và dƣa leo Cây bắp, đậu bắp và dưa leo là các loại hoa màu đứng thứ hạng đầu trong các loại cây trồng phổ biến ở ĐBSCL, Việt Nam và trên thế giới. Chúng đều là các loại lương thực, thực phẩm được đa số người dân sử dụng trong bữa ăn hàng ngày vì chứa hàm lượng dinh dưỡng cao và có dược tính tốt cho sức khỏe con người. Trước tình trạng khí hậu ngày càng cực đoan, xu hướng hạn mặn gia tăng, các loại cây trồng này càng được chú trọng cho việc chuyển đổi cơ cấu nông nghiệp ở nước ta hiện nay do các đặc tính thích hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và tập quán canh tác của người dân. Bên cạnh đó, theo xu hướng tăng trưởng kinh tế hiện nay, các loại cây hoa màu này dần trở thành các sản phẩm chủ lực trong nền nông nghiệp hiện đại với thị trường tiêu thụ trong nước, mang lại thu nhập ổn định cho người nông dân. Chính vì vậy 3 5
10. loại hoa màu này được lựa chọn để nghiên cứu trồng với NSB nhằm cho thấy khả năng áp dụng của NSB trong điều kiện thực tế. Chƣơng 3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu - Thí nghiệm đã được tiến hành tại Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ và tại các nông hộ ở quận Cái Răng, huyện Phong Điền thành phố Cần Thơ và huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng. Phân tích mẫu đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Khoa học môi trường, Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên và Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp, trường Đại học Cần Thơ. - Thời gian nghiên cứu: từ 3/2015 đến 6/2018. 3.2 Vật liệu thí nghiệm - Các hộ Ông Nguyễn Văn Bình, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ, hộ Bà Trần Thị Hồng Ngoan, quận Cái Răng thành phố Cần Thơ và hộ Ông Dương Tấn Thành, huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng có quy mô chăn nuôi heo 30-50 con, túi ủ biogas có chiều dài 10 m, đường kính 1,5 m, hệ thống vận hành không có khuấy trộn, nguyên liệu nạp là phân heo và nước dội rửa chuồng nuôi heo mỗi ngày 1 lần vào buổi sáng, các hộ có đất canh tác trồng hoa màu, vị trí gần túi ủ biogas (≤100 m). NSB được thu từ túi ủ biogas sau khi vệ sinh chuồng 10 phút, trữ vào thùng nhựa 500 L từ 2-3 ngày, sau đó sử dụng để tưới cho cây, thời gian tưới vào buổi chiều. Định kỳ tưới là 5 ngày 1 lần, kế thừa từ nghiên cứu của Bùi Thị Nga và ctv. (2015b), Phạm Việt Nữ và ctv. (2015). NSB được phân tích định kỳ 10 ngày 1 lần trước đợt tưới. Nước được sử dụng để tưới hoa màu trong các thí nghiệm là nước kênh bên cạnh khu đất trồng hoa màu của nông hộ, đang được sử dụng cho canh tác; nước kênh được thông với sông và trao đổi nước hàng ngày theo chế độ thủy triều. Đất sử dụng cho thí nghiệm trong phòng được thu tại huyện Phong Điền (Cần Thơ) và đất trồng hoa màu trong thí nghiệm tại huyện Phong Điền, quận Cái Răng (Cần Thơ) là đất phù sa Fluvi-Mollic Gleysols và huyện Mỹ Tú (Sóc Trăng) là đất phù sa Dystri-Vertic Luvisols, đất tại các địa điểm là của các nông hộ chuyên trồng các loại cây hoa màu như đậu xanh, bắp, đậu bắp và khổ qua. - Phân hóa học: Phân Urê (N) 46%, Phân KCl (K2O) 60%, Phân DAP (N) 18%, lân (P2O5) 46% do công ty phân bón và hóa chất dầu khí – PVFCCo sản xuất, Phân NPK (16-16-8) (N) 16%, lân (P2O5) 16%, kali (K2O) 8% do công ty phân bón Việt Nhật – JVF sản xuất, Phân Super lân (P2O5) 16% do công ty cổ phần phân bón Miền Nam sản xuất. 6
11. - Xỉ than tổ ong được thu gom từ các căn tin tại trường Đại học Cần Thơ, phơi khô, đập vỡ thành những mảnh nhỏ có kích thước dao động trong khoảng từ 0,1 – 2,0 mm. - Giống bắp nếp Milky 36 do công ty giống cây trồng Chánh Nông phân phối, Giống đậu bắp VN-1 do công ty cổ phần giống cây trồng Miền Nam phân phối, Giống đậu bắp cao sản NANO 01 do Công ty TNHH Nanoseed phân phối, Giống dưa leo F1 114 do Công ty TNHH Nông nghiệp Chánh Phong sản xuất, Giống dưa leo lai F1 CAESAR 17 do Công ty cổ phần và phát triển đầu tư Nhiệt Đới sản xuất. Đây là các giống được người dân địa phương tại nơi thực hiện thí nghiệm trồng phổ biến. 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án đã được thực hiện với 3 nội dung nghiên cứu, mỗi nội dung nghiên cứu bao gồm 2 thí nghiệm được thực hiện theo trình tự như sau: 3.3.1 Nội dung 1: Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm hữu dụng và tƣơng quan giữa hàm lƣợng đạm với vi sinh vật đất đƣợc bổ sung nƣớc sau biogas trong điều kiện phòng thí nghiệm Thí nghiệm 1 được thực hiện trong điều kiện không có trồng cây, đất được bổ sung thể tích nước khử khoáng và NSB đạt ẩm độ 60%, mỗi nghiệm thức được lặp lại 4 lần, gồm 4 nghiệm thức sau: TN1-1: 100% nước khử khoáng TN1-2: bổ sung 50% nước sau biogas + 50% nước khử khoáng TN1-3: bổ sung 75% nước sau biogas + 25% nước khử khoáng TN1-4: bổ sung 100% nước sau biogas + - * Chỉ tiêu theo dõi: Hàm lượng N-NH4 (mg/kg), hàm lượng N-NO3 (mg/kg), hàm lượng CO2 (mg/kg). * Mục đích của thí nghiệm: Đánh giá được khả năng cung cấp đạm từ NSB với tỷ lệ khác nhau so với nghiệm thức đất không có bổ sung NSB; Đánh giá được mối liên hệ giữa hàm lượng đạm hữu dụng với hoạt động của vi sinh vật đất; đây là cơ sở để bố trí các nghiệm thức trồng cây trong chậu theo các tỷ lệ NSB khác nhau của thí nghiệm 2. Thí nghiệm 2: Đánh giá tăng trƣởng của cây bắp, cây đậu bắp trồng trong chậu điều kiện ngoài đồng * Mục đích: Đánh giá tăng trưởng và năng suất của cây trồng ở các nghiệm thức với tỷ lệ NSB khác nhau so với nghiệm thức bón PHH; chọn được nghiệm thức tưới NSB có tăng trưởng, năng suất cây trồng tương đương PHH để bố trí thí nghiệm trồng cây ngoài đồng tại nông hộ. 7
12. a) Đánh giá tăng trƣởng của cây bắp trồng trong chậu điều kiện ngoài đồng Thí nghiệm đã được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên ở điều kiện trồng trong chậu với mỗi nghiệm thức được thực hiện 4 lần lặp lại, gồm 4 nghiệm thức: TN2-B-1: Trồng bắp trong chậu sử dụng phân hóa học TN2-B-2: Trồng bắp trong chậu tưới 100% nước sau biogas TN2-B-3: Trồng bắp trong chậu tưới 75% nước sau biogas + 25% nước kênh TN2-B-4: Trồng bắp trong chậu tưới 50% nước sau biogas + 50 % nước kênh * Chỉ tiêu theo dõi: Chiều cao cây bắp được đo 10 ngày/lần, từ 10 - 60 ngày sau khi gieo. Số hạt/trái, khối lượng hạt tươi, hạt khô, năng suất trái được thu khi thu hoạch. b) Đánh giá tăng trƣởng của cây đậu bắp trồng trong chậu điều kiện ngoài đồng Thí nghiệm đã được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên ở điều kiện trồng trong chậu, mỗi nghiệm thức được thực hiện 4 lần lặp lại, gồm 4 nghiệm thức. TN2-ĐB-1: Trồng đậu bắp trong chậu sử dụng phân hóa học TN2-ĐB-2: Trồng đậu bắp trong chậu tưới 100% nước sau biogas TN2-ĐB-3: Trồng đậu bắp trong chậu tưới 75% nước sau biogas + 25% nước kênh TN2-ĐB-4: Trồng đậu bắp trong chậu tưới 50% nước sau biogas + 50 % nước kênh * Chỉ tiêu theo dõi: Chiều cao cây đậu bắp được đo 15 ngày/lần, từ 15 - 90 ngày sau khi gieo. Số trái và năng suất được thu khi thu hoạch. 3.3.2 Nội dung 2 Thí nghiệm 3: Đánh giá diễn biến hàm lƣợng đạm hữu dụng trong đất và năng suất trồng cây bắp và cây đậu bắp tƣới nƣớc sau biogas trong điều kiện ngoài đồng * Mục đích: Khảo sát hàm lượng đạm hữu dụng trong đất trong quá trình sinh trưởng của cây và tăng trưởng của cây trồng điều kiện ngoài đồng tưới NSB với các tỷ lệ khác nhau; đồng thời theo dõi hàm lượng đạm trong đất giữa nghiệm thức tưới NSB và nghiệm thức bón PHH nhằm xác định sự tồn dư đạm trong đất vào cuối vụ giữa các nghiệm thức. a) Trồng cây bắp trong điều kiện ngoài đồng Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần, gồm 3 nghiệm thức sau đây: TN3-B-1: Trồng cây bắp ngoài đồng sử dụng phân hóa học TN3-B-2: Trồng cây bắp ngoài đồng tưới 100% nước sau biogas TN3-B-3: Trồng cây bắp ngoài đồng tưới 75% nước sau biogas + 25% nước kênh * Chỉ tiêu theo dõi: 8
13. + - + Hàm lượng N-NH4 , N-NO3 trong đất được phân tích ở thời điểm cây bắp 15, 25, 45 NSKG. + Chiều cao cây bắp được đo 10 ngày/lần, từ 10 - 60 ngày sau khi gieo. + Số hạt/trái, khối lượng hạt khô, khối lượng hạt tươi, năng suất trái được thu khi thu hoạch. + Chất lượng trái thu hoạch: hàm lượng nitrat trong hạt, thu 1 mẫu/nghiệm thức. b) Trồng cây đậu bắp trong điều kiện ngoài đồng Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần, gồm 3 nghiệm thức sau đây: TN3-ĐB-1: Trồng cây đậu bắp ngoài đồng sử dụng phân hóa học TN3-ĐB-2: Trồng cây đậu bắp ngoài đồng tưới 100% nước sau biogas TN3-ĐB-3: Trồng cây đậu bắp ngoài đồng tưới 75% nước sau biogas + 25% nước kênh * Chỉ tiêu theo dõi: + - + Hàm lượng N-NH4 , N-NO3 trong đất được phân tích ở thời điểm 20, 35, 50 NSKG. + Chiều cao cây đậu bắp được đo 15 ngày/lần, từ 15 - 90 NSKG. + Số trái và năng suất trái được thu khi thu hoạch. + Chất lượng trái thu hoạch: hàm lượng nitrat trong trái, thu 1 mẫu/nghiệm thức. Thí nghiệm 4: Đánh giá diễn biến hàm lƣợng đạm hữu dụng và vi sinh vật đất trong đất và năng suất trồng cây dƣa leo tƣới nƣớc sau biogas điều kiện ngoài đồng Kết quả thí nghiệm 3 cho thấy lượng đạm cung cấp từ phân hóa học và NSB có ảnh hưởng đến năng suất cây hoa màu, nên thí nghiệm 4 được triển khai với các nghiệm thức tưới NSB có thể tích được xác định dựa trên lượng phân N hóa học được khuyến cáo bón cho cây. * Mục đích: Đánh giá được diễn biến hàm lượng đạm hữu dụng, vi sinh vật trong đất trồng cây dưa leo và tăng trưởng của cây dưa leo tưới NSB với các tỷ lệ khác nhau so với bón PHH; đánh giá phẩm chất trái trồng bằng NSB. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần, gồm 3 nghiệm thức sau đây: TN4-1: Trồng dưa leo ngoài đồng sử dụng 100% phân N, P, K hóa học TN4-2: Trồng dưa leo ngoài đồng tưới nước sau biogas theo 75% lượng phân N hóa học TN4-3: Trồng dưa leo ngoài đồng tưới nước sau biogas theo 50% lượng phân N hóa học * Chỉ tiêu theo dõi: + - + Hàm lượng N-NH4 , N-NO3 , mật số vi sinh vật hiếu khí trong đất được phân tích ở thời điểm đầu vụ, 15, 30, 45 NSKG và cuối vụ. 9
14. + Chiều dài dây chính được đo vào 20, 30 và 40 NSKG. + Chiều dài trái, đường kính trái, năng suất trái thực tế được thu khi bắt đầu thu hoạch trái đến kết thúc thu hoạch. + Chất lượng trái thu hoạch: chỉ tiêu E.coli và hàm lượng nitrat trong trái. 3.3.3 Nội dung 3 Thí nghiệm 5: Đánh giá hiệu quả môi trƣờng và hiệu quả kinh tế của việc trồng cây bắp, đậu bắp và dƣa leo tƣới nƣớc sau biogas quy mô nông hộ Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần, gồm 3 nghiệm thức đối với mỗi loại cây trồng. Bảng 3.1: Nghiệm thức của thí nghiệm 5 Loại cây Nghiệm Cách thực hiện trồng thức Bắp TN5-B-1 Trồng cây bắp sử dụng 100% phân N, P, K hóa học TN5-B-2 Trồng cây bắp tưới nước sau biogas theo 75% lượng phân N hóa học TN5-B-3 Trồng cây bắp tưới nước sau biogas theo 50% lượng phân N hóa học Đậu bắp TN5-ĐB-1 Trồng cây đậu bắp sử dụng 100% phân N, P, K hóa học TN5-ĐB-2 Trồng cây đậu bắp tưới nước sau biogas theo 100% lượng phân N hóa học TN5-ĐB-3 Trồng cây đậu bắp tưới nước sau biogas theo 75% lượng phân N hóa học Dưa leo TN5-DL-1 Trồng cây dưa leo sử dụng 100% phân N, P, K hóa học TN5-DL-2 Trồng cây dưa leo tưới nước sau biogas theo 75% lượng phân N hóa học TN5-DL-3 Trồng cây dưa leo tưới nước sau biogas theo 50% lượng phân N hóa học * Chỉ tiêu theo dõi: + Năng suất trái thực tế được thu khi thu hoạch trái (bắp), khi bắt đầu thu hoạch trái đến kết thúc thu hoạch (đậu bắp, dưa leo) + Chất lượng trái thu hoạch: hàm lượng nitrat trong hạt (bắp), trong trái (đậu bắp). + Chất lượng trái thu hoạch: chỉ tiêu E.coli và hàm lượng nitrat trong trái/hạt (bắp, đậu bắp, dưa leo), độ giòn, độ ngọt của trái (dưa leo). Thí nghiệm 6: Đánh giá hiệu quả môi trƣờng và hiệu quả kinh tế của việc trồng cây dƣa leo với vật liệu hấp phụ nƣớc sau biogas quy mô nông hộ * Mục đích: Thí nghiệm 6 được triển khai để xác định năng suất của cây trồng, lượng NSB, lượng đạm, lân trong NSB, lượng xỉ than tổ ong hạn chế thải ra môi trường, tính toán lợi ích môi trường và hiệu quả đồng vốn của việc trồng cây dưa leo trồng với vật liệu hấp phụ NSB (xỉ than tổ ong hấp phụ NSB 10
15. – TO-B) kết hợp với PHH nhằm so sánh với phương pháp trồng hoa màu tưới NSB. Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần, gồm 3 nghiệm thức sau đây: TN6-DL-1: Trồng dưa leo sử dụng 100% phân N, P, K hóa học TN6-DL-2: Trồng dưa leo sử dụng TO-B theo 75% lượng phân N hóa học + 25% phân hóa học TN6-DL-3: Trồng dưa leo sử dụng TO-B theo 50% lượng phân N hóa học + 50% phân hóa học * Chỉ tiêu theo dõi: + Năng suất trái thực tế được thu khi bắt đầu thu hoạch trái đến kết thúc thu hoạch. + Chất lượng trái: chỉ tiêu E.coli và hàm lượng nitrat trong trái, độ giòn, độ ngọt của trái được phân tích sau khi thu hoạch. Dựa trên quy trình kỹ thuật trồng cây bắp nếp (Nguyễn Thị Lang, 2009) và quy trình kỹ thuật trồng dưa leo (Trần Thị Ba, 2010) bằng PHH đã được công bố, xây dựng hướng dẫn sử dụng NSB trồng hoa màu. 3.4 Phƣơng pháp phân tích Các phương pháp phân tích được thể hiện ở Bảng 3.1. Bảng 3.2: Chỉ tiêu và các phương pháp phân tích TT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Ngưỡng phát hiện (LOD) I Mẫu nước 1 pH Đo trực tiếp 0,01 + 2 N-NH4 (mg/L) Indophenol blue 0,2 3 TKN (mg/L) Kjeldah (TCVN 6638:2000) 0,3 3- 4 P-PO4 (mg/L) Phương pháp Ascorbic axit 0,02 5 Tổng Coliform MPN (TCVN 8775:2011) 3 (MPN/100mL) 6 E.coli (MPN/100mL) TCVN:NMKL 125:2005 3 II Mẫu đất 1 pHnước Trích bằng nước cất, tỉ lệ 1:5 0,01 (đất: nước), đo bằng pH kế 2 EC Trích bằng nước cất, tỉ lệ 1:5 0,1 (đất: nước), đo bằng EC kế 3 Chất hữu cơ (%) Phương pháp Walkley – Black: oxy hóa 0,1 bằng H2SO4 đặc – K2Cr2O7 chuẩn độ bằng FeSO4 + 4 N-NH4 (mg/kg) Trích bằng đất tươi và dung dịch trích KCl 0,2 2M tỉ lệ 1:10, so màu - 5 N-NO3 (mg/kg) Trích bằng đất tươi và dung dịch trích KCl 0,05 2M tỉ lệ 1:10, so màu 3- 6 Lân dễ tiêu (P-PO4 ) Phương pháp axit Ascorbic, so màu 0,02 (mg/kg) 7 CO2 (mg/kg) Phương pháp Anderson (1982) 0,2 11
16. TT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Ngưỡng phát hiện (LOD) 8 Độ ẩm (%) Phương pháp sấy khô - III Cây trồng 1 Chiều cao cây/Chiều Đo từ gốc đến ngọn (đỉnh sinh trưởng của - dài dây chính (cm) cây) 2 Số trái Thu vào thời điểm còn đủ non phù hợp và - ghi nhận tổng số trái thu hoạch 3 Khối lượng trái (g) Cân khối lượng tươi của tất cả trái với 10 - cây/liếp rồi lấy giá trị trung bình 4 Số hàng/trái, số Đếm số hàng, số hạt trên mỗi trái của tất cả - hạt/trái trái với 10 cây/liếp rồi lấy giá trị trung bình 5 Khối lượng hạt (g) Thu hoạch toàn bộ trái, tách hạt khỏi trái - và cân khối lượng tươi và khối lượng khô (sau khi sấy ở nhiệt độ 70 oC) của hạt. 6 Năng suất trái thực tế Cân khối lượng tất cả trái rồi quy ra năng - suất - 7 NO3 (mg/kg) Phương pháp so màu 4,7 8 E.coli (CFU/g) Phương pháp MPN 1,0 9 Độ giòn (/4mm) Đo trực tiếp bằng máy đo cấu trúc Rheotex 1,0 10 Độ ngọt (brix) Đo trực tiếp bằng Brix kế 0,2 3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu Số liệu của các thí nghiệm được tính toán, tổng hợp, kiểm tra tính tương quan giữa các yếu tố bằng phần mềm Microsoft Excel 2010. Số liệu được kiểm tra phân phối chuẩn tính đồng nhất của phương sai trước khi thực hiện thống kê, so sánh kết quả giữa các nghiệm thức bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA, phép kiểm định Duncan ở độ tin cậy 95% bằng phần mềm SPSS 20.0. Giới hạn: kết quả không thể hiện hệ số biến động CV (%). Các số liệu thống kê mô tả được sử dụng để vẽ đồ thị bằng phần mềm Microsoft Excel 2010. Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Khả năng cung cấp đạm hữu dụng, hoạt động của vi sinh vật đất và tăng trƣởng của cây bắp, cây đậu bắp trồng trong chậu Kết quả thực hiện thí nghiệm với điều kiện trong phòng và đất không có trồng cây cho thấy hàm lượng đạm amôn trong đất đạt được cao nhất tại ngày 20. Lượng đạm amôn cung cấp cho đất gia tăng theo sự tăng thể tích NSB bổ sung vào trong đất. Kết thúc quá trình theo dõi ở 30 ngày, hàm lượng đạm amôn trong đất có bổ sung NSB lần lượt là 68,5 mg/kg, 107 mg/kg và 141 mg/kg, cao hơn so với đất ban đầu (10,4 mg/kg), trong khi không bổ sung NSB thấp hơn (7,28 mg/kg). 12
17. Từ ngày thứ 5 trở đi hàm lượng đạm nitrat trong đất có sự khác biệt giữa không được bổ sung và được bổ sung NSB. Ở nghiệm thức không bổ sung NSB, hàm lượng N-NO3 tăng cao nhất vào ngày 15 (20,0 mg/kg) và thấp nhất ở ngày 20 (7,60 mg/kg). Các nghiệm thức có bổ sung NSB, hàm lượng N- - NO3 tăng liên tục theo thời gian, đáng kể từ ngày 25 và đạt cao nhất vào ngày 30 lần lượt là 63,70±4,88 mg/kg, 74,1±3,31 mg/kg và 78,9±3,08 mg/kg. - Hình 4.1: Diễn biến hàm lượng đạm Hình 4.2: Hàm lượng N-NO3 amôn trong đất theo thời gian (mg/kg) trong đất theo thời gian Sự gia tăng liên tục của hàm lượng đạm hữu dụng trong đất cho thấy khi bổ sung NSB đã xảy ra sự khoáng hóa đạm hữu cơ trong NSB thành đạm amôn và có sự chuyển hóa đạm amôn sang dạng nitrat. Hàm lượng đạm hữu dụng trong đất cao nhất ở nghiệm thức bổ sung 100% NSB và giảm dần theo sự giảm lượng NSB được bổ sung. Điều này cho thấy lượng đạm hữu dụng được cung cấp cho đất gia tăng theo sự gia tăng thể tích NSB. Hoạt động của vi sinh vật đất được xác định thông qua hàm lượng CO2 trong đất sinh ra do sự hô hấp của vi sinh vật đất. Hàm lượng CO2 trong đất có bổ sung NSB có mối tương quan thuận với hàm lượng đạm hữu dụng trong đất và ngược lại nghiệm thức không bổ sung NSB có tương quan nghịch. Hình 4.3: Hàm lượng đạm hữu dụng Hình 4.4: Diễn biến hoạt động của vi (mg/kg) trong đất theo thời gian sinh vật đất (CO2) theo thời gian Kết quả thí nghiệm cho thấy việc bổ sung NSB cung cấp đạm cho đất và thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật đất. Lượng đạm cung cấp cho đất tăng theo sự gia tăng lượng NSB bổ sung vào đất. Hoạt động của vi sinh vật đất tăng theo lượng NSB bổ sung cho đất và tương quan với lượng đạm cung cấp cho đất, cao nhất ở tỷ lệ NSB 100%, tiếp theo là 75% và thấp nhất là 50%. 13
18. Hình 4.5: Mối tương quan giữa hàm lượng đạm hữu dụng và hoạt động của vi sinh vật đất (CO2) ở các nghiệm thức Chiều cao cây không khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức tưới NSB; bắp bón PHH có chiều cao cây thấp nhất và có sự khác biệt so với tưới 75% NSB. Nghiệm thức tưới 75% NSB đạt cao tương đương với nghiệm thức PHH. Tưới 100% và 50% NSB cho kết quả thấp hơn tỷ lệ tưới 75% cho thấy sự dư thừa đạm và sự thiếu hụt đạm đều làm suy giảm khối lượng trái bắp. Bảng 4.1: Đặc điểm của trái bắp ở các nghiệm thức thí nghiệm trồng trong chậu Chỉ tiêu Nghiệm thức PHH 100%NSB 75%NSB +25%NK 50%NSB +50%NK Số hạt/trái 393±45,4a 386±42,9a 412±28,9a 377±28,5a Số hàng/trái 14,8±0,48a 14,0±0,86a 14,0±0,0a 13,5±0,5a KL hạt tươi (g/trái) 176±29,0ab 149±17,3bc 164±3,10abc 146±13,9c KL hạt khô (g/trái) 89,3±10,8a 67,6±8,23b 86,5±3,12a 66,5±5,75b Năng suất (g/chậu) 315±39,8a 275±14,9b 322±12,7a 244±23,0b Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3. Giá trị trung bình trong cùng hàng có kí tự giống nhau (a, b, c) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. PHH: Sử dụng phân hóa học, NSB: nước sau biogas, NK: nước kênh. Kết quả cho thấy chiều cao cây đậu bắp các nghiệm thức tưới nước sau biogas không khác biệt so với bón phân hóa học. Cây đậu bắp tưới 100% NSB có số trái và năng suất tương đương sử dụng phân hóa học và cao hơn so với tưới 75% và 50% NSB (Bảng 4.2). 14
19. Bảng 4.2: Số trái và năng suất cây đậu bắp trồng trong chậu Nghiệm thức Số trái (trái/chậu) Năng suất (g/chậu) PHH 27,0±2,16a 656±66,3a 100%NSB 28,8±2,06a 718±47,8a 75%NSB+25%NK 17,5±1,00b 423±58,6b 50%NSB+50%NK 16,8±0,96b 425±31,3b Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3. Giá trị trung bình trong cùng cột có kí tự giống nhau (a, b) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. PHH: Sử dụng phân hóa học, NSB: nước sau biogas, NK: nước kênh. 4.2 Diễn biến đạm hữu dụng, vi sinh vật trong đất trồng cây bắp, cây đậu bắp, cây dƣa leo tƣới nƣớc sau biogas trong điều kiện ngoài đồng a) Cây bắp + Kết quả cho thấy ở 25 NSKG, NH4 giảm do cây bắp phát triển mạnh hấp - thu nhiều đạm và chuyển hóa thành NO3 trong điều kiện thoáng khí. Hàm + - lượng N-NH4 tăng ở 40 NSKG do bón PHH ở 40 NSKG. Hàm lượng N-NO3 + tăng ở 15 NSKG do được chuyển hóa từ đạm NH4 và giảm ở 25 NSKG do + lượng đạm NH4 trong đất giảm. Nhờ có hoạt động của vi sinh vật đất tưới NSB, cây hấp thu đạm hữu dụng thuận lợi hơn so với bón PHH, hàm lượng - đạm hữu dụng, chủ yếu là N-NO3 tích lũy trong đất tưới NSB sau thu hoạch thấp hơn bón PHH. Hình 4.6: Hàm lượng đạm Hình 4.7: Hàm lượng Hình 4.8: Hàm lượng amôn trong đất trồng bắp đạm nitrat trong đất đạm hữu dụng trong theo thời gian trồng bắp theo thời gian đất trồng bắp theo thời gian Cây bắp ở nghiệm thức tưới 75% NSB có chiều cao vượt trội hơn so với bón PHH và tưới 100% NSB (p 0,05) (Bảng 4.3), mặc dù lượng đạm được cung cấp từ việc tưới nước sau biogas thấp hơn. 15
20. Bảng 4.3: Các chỉ tiêu năng suất của cây bắp trong điều kiện ngoài đồng Nghiệm thức Chỉ tiêu theo dõi Số hạt/trái Số Năng suất Năng suất Năng suất hàng/trái hạt tươi hạt khô trái (tấn/ha) (tấn/ha) (tấn/ha) PHH 432±4,31a 15,2±0,40a 9,6±0,5a 6,8±2,4a 17,3 ± 0,5a 100%NSB 442±4,97a 15,1±0,42a 10,0±0,4a 5,5±0,2a 17,9 ± 0,3a 75%NSB+25%NK 428±11,6a 15,2±0,53a 9,9±0,4a 5,5±0,3a 17,6 ± 0,4a Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3. Giá trị trung bình trong cùng hàng có kí tự giống nhau (a, b, c) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. PHH: Sử dụng phân hóa học, NSB: nước sau biogas, NK: nước kênh. NSKG: Ngày sau khi gieo. Hàm lượng nitrat trong hạt bắp ở tất cả các nghiệm thức đều rất thấp so với ngưỡng an toàn cho phép của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (<300 mg/kg), dư lượng nitrat trong khoảng 0,33-0,72 mg/kg. b) Cây đậu bắp + Hàm lượng đạm N-NH4 trong đất tưới 100% NSB và bón PHH tăng từ lúc mới gieo cho đến ngày thứ 35, trong khi tưới 75% NSB chỉ tăng đến ngày thứ 20 và giảm dần cho đến lúc thu hoạch. Do từ thời điểm 35 NSKG cây đậu + bắp hấp thu nhiều đạm NH4 để phát triển chiều cao, đồng thời chuyển hóa - - thành NO3 nên hàm lượng N-NO3 ở các nghiệm thức đều tăng ở ngày thứ 35 và giảm dần đến khi kết thúc. Hàm lượng đạm trong đất bón PHH thấp hơn so với tưới 100% NSB cho thấy lượng đạm sinh ra từ sự phân hủy NSB có sự khoáng hóa mạnh nhờ vi sinh vật đất và có khả năng xảy ra quá trình cố định + đạm, trong khi đó lượng đạm NH4 từ PHH cao, được cây trồng trực tiếp hấp thu, nhưng cung cấp lượng đạm cho cây trồng rất nhỏ và lượng còn lại dễ bị bốc thoát do điều kiện thoáng khí. Hình 4.9: Hàm lượng Hình 4.10: Hàm lượng Hình 4.11: Hàm lượng đạm đạm amôn trong đất đạm nitrat trong đất hữu dụng trong đất trồng cây trồng cây đậu bắp theo trồng cây đậu bắp theo đậu bắp theo thời gian thời gian thời gian 16
21. Chiều cao cây đậu bắp bón PHH thấp hơn tưới 100% NSB ở ngày thứ 45 và ngày thứ 90 (p<0,05), lượng đạm trong đất cung cấp cho cây đậu bắp tưới 100% và 75% NSB đều đáp ứng sự phát triển chiều cao của cây. Bảng 4.4: Số trái và năng suất đậu bắp trong điều kiện ngoài đồng Giai đoạn sinh trưởng (NSKG) Chỉ tiêu Nghiệm thức Tổng 45 – 59 60 – 74 75 – 90 PHH 14,7±1,53aB 34,0±1,73aA 35,7±4,04aA 84,0±1,9b Số trái 100%NSB 14,3±1,53aC 34,7±2,08aB 38,7±1,53aA 87,6±1,9a (trái/m2) 75%NSB+25%NK 16,0±0,87aB 34,3±3,79aA 32,0±3,61aA 82,6±0,6b Năng PHH 3,4±0,8aB 9,3±0,9aA 10,9±1,7aA 23,7±0,66b suất 100%NSB 3,0±0,5aC 9,8±0,3aB 12,3±0,5aA 25,2±0,36a (tấn/ha) 75%NSB+25%NK 3,4±0,4aB 9,9±1,3aA 10,1±1,4aA 23,2±0,38b Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3. Các giá trị trong cùng một cột có kí tự giống nhau (a, b, c) và các giá trị trong cùng một hàng có kí tự giống nhau (A, B, C) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. PHH: Sử dụng phân hóa học, NSB: nước sau biogas, NK: nước kênh. NSKG: Ngày sau khi gieo. Mặc dù số trái và năng suất giữa các nghiệm thức khác biệt không có ý nghĩa ở mỗi giai đoạn, nhưng cây đậu bắp tưới 100% NSB duy trì khả năng cho trái tốt ở giai đoạn cuối vụ nên đạt được tổng số trái và năng suất cao hơn so với hai nghiệm thức còn lại (Bảng 4.4). Hàm lượng nitrat trong trái đậu bắp ở các nghiệm thức trong khoảng không phát hiện đến 0,42 mg/kg, đều thấp hơn mức giới hạn tối đa cho phép của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (hàm lượng nitrat < 200 mg/kg). c) Cây dƣa leo + Hàm lượng đạm NH4 các nghiệm thức tăng từ khi gieo đến 15 NSKG và giảm mạnh ở 30 NSKG do cây hấp thu mạnh để ra hoa và tạo trái. Ở 45 + NSKG cây giảm hấp thu đạm, lượng đạm NH4 trong đất bón PHH không - chênh lệch so với đất tưới NSB do bị bốc thoát, bay hơi. Hàm lượng N-NO3 + đất bón PHH chỉ tăng ở ngày thứ 15 và sau đó giảm dần do đạm NH4 hóa học bị mất đi theo thời gian, tưới NSB có sự tăng liên tục đến cuối vụ. Hình 4.12: Hàm lượng đạm amôn Hình 4.13: Hàm lượng đạm nitrat trong đất trồng dưa leo theo thời trong đất trồng dưa leo theo thời gian gian 17
22. Hàm lượng đạm hữu dụng trong đất bón PHH tăng đến 15 NSKG và giảm đến cuối vụ do bị chuyển hóa hoặc rửa trôi. Đất được tưới NSB có hàm lượng đạm hữu dụng tăng từ ngày 15 đến cuối vụ, tưới NSB với tỷ lệ 75% và 50% theo lượng phân N hóa học tương đương nhau cho thấy tưới 75% có sự khoáng hóa đạm nhanh và cây hấp thu đạm nhiều hơn làm giảm lượng đạm tích lũy trong đất. Hàm lượng đạm hữu dụng trong đất bón PHH và tưới NSB theo 75% lượng phân N hóa học đầu vụ đến 30 NSKG cao hơn tưới NSB theo 50% lượng phân N hóa học đã lý giải cho sự tăng mật số VSV HK trong đất ở 2 nghiệm thức này đạt được mức tối đa nhanh hơn. Từ 30-45 NSKG, mật số VSV HK trong đất 2 nghiệm thức này không tăng do lượng đạm hữu dụng giảm, nhưng mật số VSV HK đất tưới NSB theo 50% lượng phân N vẫn đang phát triển mạnh, nên tiếp tục tăng đạt cao nhất ở 45 NSKG. Điều này cho thấy có sự tương quan giữa lượng đạm cung cấp cho đất với lượng đạm hữu dụng và sự phát triển của VSV HK trong đất trồng hoa màu. Ở 30 NSKG (giai đoạn cây ra hoa), mật số VSV HK đất tưới NSB theo 75% lượng N PHH cao hơn bón PHH cho thấy tưới NSB chứa hàm lượng hữu cơ, đạm, lân cao làm tăng số lượng vi sinh vật, nên dù lượng đạm cung cấp cho đất thấp hơn, vẫn có sự phát triển nhanh về mật số VSV đất. Hình 4.14: Hàm lượng đạm hữu Hình 4.15: Mật số vi sinh vật hiếu khí dụng trong đất trồng dưa leo theo trong đất trồng dưa leo theo thời gian thời gian Chiều dài dây dưa leo không có sự khác biệt giữa bón PHH và tưới NSB (p>0,05) cho thấy cây dưa leo hấp thu đạm phân hủy từ NSB tốt hơn từ PHH, nên lượng đạm được cung cấp cho đất thấp hơn cây vẫn phát triển tốt. Kích thước trái dưa leo không có khác biệt giữa tưới NSB theo 75% lượng phân N hóa học và bón PHH cho thấy cây dưa leo hấp thu đạm từ NSB làm tăng phẩm chất và năng suất trái tốt hơn nên chỉ với 75% lượng đạm vẫn đạt kích thước trái lớn tương đương. Trái dưa leo ở nghiệm thức tưới NSB tỷ lệ 50% lượng phân N nhỏ hơn cho thấy lượng đạm cung cấp có ảnh hưởng đến kích thước trái (Bảng 4.5). 18
23. Bảng 4.5: Khối lượng trái, số trái và năng suất dưa leo Chỉ tiêu theo dõi Nghiệm thức Khối lượng trái (g/trái) Số trái (trái/dây) Năng suất (tấn/ha) PHH 97,5±1,10b 9,00±0,30b 21,7±1,8a NSB (75%N) 100±0,51a 10,0±0,72a 21,6±3,3a NSB (50%N) 95,9±0,51c 8,03±0,12c 15,4±3,2b Ghi chú: Số liệu được trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3. Giá trị trung bình có kí tự giống nhau (a, b,c) khác biệt không có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. PHH: Sử dụng 100% phân N, P, K hóa học, NSB: nước sau biogas,%N: theo % lượng N phân hóa học. Kết quả cho thấy cây dưa leo hấp thu tốt đạm từ NSB hơn so với PHH làm tăng năng suất. Tưới NSB theo 50% lượng phân N hóa học cung cấp không cung cấp đủ đạm cho cây nên đạt kết quả thấp hơn. Hàm lượng nitrat và mật số E.coli trong trái dưa leo ở các nghiệm thức theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về mức độ an toàn vệ sinh thực phẩm. Hàm lượng nitrat trong trái lần lượt là 40,5 mg/kg, 56,1 mg/kg và 42,8 mg/kg và có sự hiện diện của E.coli với mật số rất thấp lần lượt là 1,87 CFU/g, 2,58 CFU/g, và 1,35 CFU/g. 4.3 Hiệu quả môi trƣờng, hiệu quả kinh tế và hƣớng dẫn sử dụng nƣớc sau biogas canh tác hoa màu Kết quả cho thấy tưới NSB trồng bắp giúp giảm lượng nước thải ra môi trường và lượng chất ô nhiễm cao (đạm TKN 18,7 g/m2, ước tính là 187 kg/ha, lân 4,47 g/m2, ước tính là 44,7 kg/ha), trồng dưa leo giảm lượng NSB 30,8 L/m2 (ước tính là 308 m3/ha), chất ô nhiễm đạm TKN 16,25 g/m2 (ước tính là 162,5 kg/ha), lân 3,66 g/m2 (ước tính là 36,6 kg/ha) và trồng đậu bắp giảm lượng NSB là 15,1 L/m2 (ước tính là 151 m3/ha), đạm TKN 7,34 g/m2 (ước tính là 73,4 kg/ha), lân 2,84 g/m2 (ước tính là 28,4 kg/ha). Bên cạnh đó, khi sử dụng NSB còn có thể giảm được lượng đạm dư thừa tồn dư trong đất do bón PHH, làm giảm ô nhiễm đất. Việc sử dụng vật liệu hấp phụ là xỉ than tổ ong sau khi hấp phụ NSB phối trộn vào đất để trồng hoa màu giúp xử lý lượng NSB lớn, giảm được các chất ô nhiễm đạm, lân thải ra môi trường, tận dụng chất dinh dưỡng và tiết kiệm nước tưới cho cây với lượng NSB là 80,3 L/m2 (ước tính là 803 m3/ha), lượng đạm TKN 39,3 g/m2 (ước tính là 393 kg/ha) và lượng lân 9,72 g/m2 (ước tính là 97,2 kg/ha). Ngoài ra, sử dụng xỉ than tổ ong hấp phụ NSB trồng hoa màu còn góp phần giảm lượng xỉ than tổ ong thải ra môi trường. Hàm lượng nitrat trong hạt bắp, trái đậu bắp, trái dưa leo ở các nghiệm thức bón PHH, tưới NSB và phối trộn xỉ than tổ ong hấp phụ NSB với PHH đều trong mức giới hạn tối đa cho phép về hàm lượng nitrat (NO3) và mật độ E.coli theo quy định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Khi sử dụng NSB trồng hoa màu bằng cách phối trộn vật liệu hấp phụ thay thế một 19
24. phần lượng PHH sẽ hạn chế được lượng nước thải và các chất ô nhiễm môi trường rất lớn (cao gấp 2,6 lần) so với tưới NSB. Ngoài ra, nếu các hộ chăn nuôi bị bắt buộc phải xử lý NSB trước khi xả thải ra môi trường thì chi phí này rất lớn. Khi giảm được lượng NSB nhờ canh tác hoa màu thì hộ chăn nuôi có thể giảm thêm được chi phí cho việc xử lý lượng nước thải tương ứng. Hiệu quả sử dụng NSB trồng cây bắp, đậu bắp và dưa leo còn được thể hiện qua lượng PHH giảm do được thay thế bằng NSB. Phương pháp phối trộn vật liệu hấp phụ vẫn còn sử dụng PHH, chưa được thay thế hoàn toàn như ở phương pháp tưới NSB (Bảng 4.6). Kết quả phân tích cho thấy dưa leo trồng ở cả hai phương pháp sử dụng NSB có độ giòn tương đương với sử dụng PHH. Cây dưa leo được tưới NSB cho trái dưa leo có độ ngọt hơn so với sử dụng PHH. Bảng 4.6: Tổng hợp hiệu quả của việc sử dụng nước sau biogas canh tác hoa màu Loại Cách cung Lượng nước sau Lượng xỉ than Hiệu Tổng lượng cây cấp dinh biogas tổ ong quả phân N, P, K trồng dưỡng cho đồng hóa học cây trồng L/m2 m3/ha kg/m2 tấn/ha vốn g/m2 kg/ha (ước (ước (ước tính) tính) tính) PHH - - - - 0,69 58,8 588 Bắp NSB 35 350 - - 1,17 - - Đậu PHH - - - - 1,15 28,92 289,2 bắp NSB 20,3 203 - - 0,74 - - Dưa PHH - - - - 1,20 53,8 538 leo NSB 30,8 308 - - 2,12 - - Dưa PHH - - - - 0,25 53,8 538 leo TO-B 80,3 803 24,1 241 -0,04 26,9 269 Ghi chú: Tổng lượng phân hóa học (N-P-K) trồng bắp: (24,2-24,2-10,4), trồng đậu bắp: (9,5-12,1-7,32), trồng dưa leo: (21,5-18,3-14). PHH: Sử dụng 100% phân N, P, K hóa học, NSB: Tưới nước sau biogas theo 75% lượng N phân hóa học, TO-B: Sử dụng xỉ than tổ ong hấp phụ nước sau biogas theo 50% lượng phân N hóa học + 50% phân hóa học.(-): Không sử dụng. Việc kết hợp vật liệu hấp phụ NSB với PHH mang lại hiệu quả môi trường rất lớn từ việc giảm thiểu lượng NSB và lượng xỉ than tổ ong thải ra môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này hạn chế do việc sử dụng PHH vẫn được duy trì và canh tác không đạt hiệu quả đồng vốn. Hơn nữa, việc thu gom khối lượng rất lớn xỉ than tổ ong làm tốn nhiều công lao động nên không khuyến khích người nông dân áp dụng. Do vậy hướng dẫn sử dụng NSB canh tác bắp và dưa leo theo cách tưới đã được xây dựng. 20
25. Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Kết quả nghiên cứu đã cho thấy NSB có khả năng cung cấp đạm hữu dụng cho đất, hàm lượng đạm hữu dụng cung cấp cho đất tương quan với hoạt động của vi sinh vật đất và gia tăng theo thể tích NSB được bổ sung vào đất; + NSB có nồng độ đạm dao động TKN 218-523 mg/L, N-NH4 150-326 mg/L đáp ứng được sự phát triển của cây và đạt năng suất tương đương với bón PHH. Mật số vi sinh vật hiếu khí trong đất trồng dưa leo tưới NSB cao hơn so với bón PHH; hàm lượng đạm nitrat trong đất được tưới NSB thấp hơn trong đất bón PHH. Hàm lượng đạm hữu dụng trong đất tưới NSB thấp hơn trong đất bón PHH nhưng cho năng suất hoa màu đạt tương đương với bón PHH. Sử dụng NSB tưới cho cây bắp, đậu bắp và dưa leo đã giảm được 100% lượng phân hóa học tương ứng là 58,8, 28,92, và 53,8 g/m2/vụ. Canh tác bắp, đậu bắp và dưa leo đã giảm được lượng nước sau biogas thải vào thủy vực tiếp nhận lần lượt là 35, 30,8 và 20,3 L/m2. Sản phẩm hoa màu đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm với chỉ tiêu E.coli và nitrat; chất lượng trái dưa leo có độ giòn tương đương, độ ngọt cao hơn so với sử dụng phân hóa học. Canh tác cây bắp và cây dưa leo tưới nước sau biogas đạt hiệu quả đồng vốn cao hơn bón phân hóa học. Trồng dưa leo với vật liệu hấp phụ nước sau biogas đã giảm được lượng nước sau biogas cao gấp 2,6 lần so với phương pháp tưới nhưng hiệu quả đồng vốn đạt giá trị âm. Canh tác hoa màu với phương pháp tưới trực tiếp nước sau biogas đạt hiệu quả hơn so với sử dụng vật liệu hấp phụ. Dựa vào kết quả đề tài, hướng dẫn sử dụng nước sau biogas thay thế phân hóa học tưới cây bắp và dưa leo đã được xây dựng và khuyến cáo nông hộ sử dụng trên địa bàn nghiên cứu. 5.2 Kiến nghị Nghiên cứu đặc tính lý học, chất hữu cơ và vi sinh vật chuyển hóa đạm trong đất canh tác hoa màu tưới nước sau biogas qua nhiều vụ trồng. Nghiên cứu cân bằng đạm và nước của việc canh tác hoa màu sử dụng nước sau biogas sau mỗi vụ trồng. 21