ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Thùy Anh NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN CHO CÂY LÚA TẠI TỈNH HƢNG YÊN NHẰM CẢI TẠO ĐỘ PHÌ NHIÊU CỦA ĐẤT, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đặng Thùy Anh NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG RƠM RẠ LÀM PHÂN BÓN CHO CÂY LÚA TẠI TỈNH HƢNG YÊN NHẰM CẢI TẠO ĐỘ PHÌ NHIÊU CỦA ĐẤT, GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng Mã số : 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Mai Văn Trịnh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Trầ n Văn Thu ̣y Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp chương trình đào tạo Thạc sỹ Khoa học Môi trường hoàn thành kết trình học tập, rèn luyện tích lũy kiến thức Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Trước hết, xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt thầy cô Khoa Môi trường quan tâm tận tình truyền đạt kiến thức quý báu cho suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.Tiến sĩ Mai Văn Trịnh PGS TS Nguyễn Kiều Băng Tâm tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện giúp hoàn thành luận văn tốt Đồng thời, xin cảm ơn lãnh đạo UBND cấp, cộng đồng tỉnh Hưng Yên lãnh đạo anh chị đồng nghiệp Viện Môi trường Nông nghiệp tạo điều kiện cho suốt trình thực luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quí báu thầy cô bạn Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên Đặng Thùy Anh DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu C : Cácbon Ctv :Các thành viên TSH : Than sinh học ĐBSCL : Đồng sông Cửu Long TC : Hàm lƣợng Cácbon tổng số OC : Hàm lƣợng Các bon hữu Biofilter : Phƣơng pháp lọc sinh học Kts : Kali tổng số N : Nitơ Nts : Nitơ tổng số PC :Phân chuồ ng TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh T.P : Thành Phố Biochar :Than sinh học MỞ ĐẦU Lúa trồng phổ biến, quan trọng diện tích gieo trồng lúa chiếm đến 61% diện tích trồng trọt nƣớc 80% nông dân Việt Nam nông dân trồng lúa [33] Theo đánh giá Cục Trồng trọt nhiều nghiên cứu, lƣợng phụ phẩm sản xuất lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa sản xuất thóc có rơm rạ [33] Do vậy, năm tạo khối lƣợng rơm rạ dƣ thừa khổng lồ trình sản xuất chế biến Khối lƣợng rơm rạ lớn mà không đƣợc sử dụng hết nỗi lo bãi chứa, đe dọa ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt với địa phƣơng có tỷ lệ sản xuất nông nghiệp lớn Trƣớc đây, rơm rạ hầu nhƣ đƣợc sử dụng triệt để làm vật liệu xây dựng, làm nhà, nguyên liệu, chất đốt, phân bón Ngày nay, với phát triển công nghiệp hóa đô thị hóa, sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp ngày nhiều Con ngƣời không sử dụng nhiều phụ phẩm rơm rạ cho nhu cầu làm nhà, chất đốt thức ăn gia súc, rơm rạ thƣờng bị bỏ lại đồng ruộng sau thu hoạch, chí bị đốt ruộng gây hậu nghiêm trọng tới môi trƣờng đất, môi trƣờng không khí, tăng khả phát thải khí nhà kính ảnh hƣởng vấn đề nhân sinh xã hội khác Sử dụng rơm rạ dƣ thƣ̀a phát sinh tro ng sản xuất nông nghiệp vấn đề cấ p bách, vừa giải đƣợc ô nhiễm môi trƣờng vừa tận dụng đƣợc tài nguyên cácbon dinh dƣỡng cho tr ồng Sử dụng rơm rạ làm than sinh ho ̣c , phân compost vừa hạn chế hoạt động thải bỏ gây ô nhiễm môi trƣờng, giảm phát thải khí nhà kính có ý nghĩa trì sức sản xuất đất Hiện hình thức sử dụng rơm rạ làm phân bón đƣợc phổ biến rộng đặc thù sản xuất nông nghiệp vùng thái độ tiếp nhận nông dân Hƣng yên tỉnh có nông nghiệp phát triển nhiên chƣa trọng đến tận dụng rơm ̣ làm phân compost, than sinh ho ̣c tăng độ phì nhiêu suất trồng Vì vậy, Đề tài “Nghiên cứu tái sử dụng rơm rạ làm phân bón cho lúa tỉnh Hưng Yên nhằm cải tạo độ phì nhiêu đất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường” đƣợc tiến hành nhằm đánh giá khả cải tạo đất phân bón hữu làm từ rơm rạ , từ nâng cao nhận thức ngƣời dân việc tái sử dụng rơm ̣ , góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng Mục tiêu đề tài đánh giá hiệu việc tái sử dụng rơm rạ làm phân bón cải tạo đất giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng Nội dung nghiên cứu đề tài đánh giá hiệu bón kế t hơ ̣p than sinh học , phân compost tới độ phì nhiêu đất Bên cạnh đó, đề tài tiến hành đánh giá hiê ̣u quả môi trƣờng viê ̣c bón kết hợp than sinh học phân compost nhằm nâng cao lợi ích việc tái sử dụng rơm rạ làm phân bón, đề xuất số giải pháp quản lý sử dụng rơm rạ bảo vệ sinh thái môi trƣờng Địa bàn lựa chọn nghiên cứu đề tài cánh đồng lúa hộ dân thuộc xã Minh Phƣợng, huyện Tiên Lữ xã Trung Nghĩa, T.P Hƣng Yên, tỉnh Hƣng Yên Đây nơi có diện tích sản xuất lúa lớn xã với diện tích canh tác trung bình trồng lúa hộ đạt 1000 m2/hộ Nơi có vị trí đƣờng giao thông thuận tiện, hệ thống tƣới tiêu hợp lý, cho việc triển khai bố trí, theo dõi thí nghiệm địa bàn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổ ng quan về phế phu ̣ phẩ m nông nghiêp̣ và rơm ̣ sản xuất lúa Phụ phẩm nông nghiệp chất hữu cơ, non xanh, xơ cứng silic hóa nhƣ trấu hay lignin hóa nhƣ gỗ Chúng đƣợc xem nhƣ dạng tích chữ lƣợng từ mặt trời nhờ quá trình quang hợp quá trình sinh học khác Thực trạng phế phụ phẩm nông nghiệp rơm rạ sản xuất lúa Theo Liên Hiệp Quốc, tới tháng Bảy năm 2013, dân số giới đạt 7.2 tỷ ngƣời tới năm 2100 10.9 tỷ ngƣời mức sinh tăng cao nƣớc phát triển.Với lƣợng dân số giới đạt mức nhƣ vấn đề nhu cầu lƣơng thực đƣợc ƣu tiên hàng đầu, đòi hỏi ngƣời không ngừng mở rộng sản xuất cải thiện công nghệ sản xuất nông nghiệp đạt hiệu quả cao [12] Theo dự báo tổ chức Lƣơng thực giới (FAO), sản lƣợng ngũ cốc giới năm 2013 đạt mức kỷ lục 1.259 triệu tấn, tăng 8.5% so với năm trƣớc cao mức 1.167 triệu năm 2011 [12] Đồng nghĩa với nhu cầu lƣơng thực tăng hay diện tích sản xuất nông nghiệp tăng lƣợng phế phụ phẩm nông nghiệp tăng theo với lƣợng phát sinh khối lƣợng ngày lớn Bảng 1.1 Khối lƣợng phế thải để lại số lƣơng thực giới Cây trồng Lƣơng thực Lúa gạo Lúa mì Ngô Sản lƣơng Khối lƣợng phế thải (triệu tấn/năm) (tỷ tấn/năm) 2325.0 14.0 460.8 3.9 689.0 3.6 867.5 2.8 (Nguồn: Viê ̣n Môi trường nông nghiê ̣p, 2014) Thành phần chủ yếu phế phụ phẩm nông nghiệp phế thải hữu loại phế thải chiếm nhiều chất thải hữu Bảng 1.2 Lƣợng chất thải hữu giới năm 2011 Loại chất thải Số lƣợng (triệu tấn/ năm) Tàn dƣ thực vật đồng ruộng 1200 Bùn thải 650 Rác thải sinh hoạt 400 Rác vƣờn 690 Chất thải công nghiệp thực phẩm 420 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thùy Dương, 2011) Từ bảng ta thấy khối lƣợng tàn dƣ thực vật đồng ruộng thải môi trƣờng hàng năm lớn với 1200 triệu tấn/năm loại khác nhƣ bùn thải 650 triệu tấn/năm hay rác thải sinh hoạt chiếm 400 triệu tấn/năm rác vƣờn chiếm 690 triệu tấn/ năm chất thải công nghiệp thực phẩm chiếm 420 triệu tấn/ năm Nhƣ riêng chất thải hữu từ nông nghiệp chiếm 35.7% lƣợng chất hữu giới Từ cần có biện pháp xử lý sử dụng thích hợp tránh gây lãng phí làm ô nhiễm môi trƣờng [12] Kết ƣớc tính lƣợng phế phụ phẩm từ trồng trọt Viện Môi trƣờng Nông nghiệp cho thấy nƣớc ta có khoảng 61.43 triệu phế phụ phẩm (gồm 39.98 triệu rơm rạ, 7.99 triệu trấu, 4.45 triệu bã mía, 1.2 triệu thân mía, 4.43 triệu thân lõi ngô (Bảng 1.3) Bảng 1.3 Tiềm sinh khối phụ phẩm nông nghiệp Viêṭ Nam Nguồn sinh khối nông nghiệp Tiềm (triệu tấn) Tỷ lệ (%) Rơm rạ 39.98 65.10 Trấu 7.99 13.00 Bã mía 4.45 7.20 Ngô 4.43 7.20 Thân mía 1.20 1.95 Khác 3.37 5.55 Tổng 61.43 100.00 (Nguồn: Báo cáo tổng kết viện Môi trường Nông Nghiệp, 2014) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đỗ Ánh, Nguyễn Văn Bộ, Lê Văn Tiềm, Công Doãn Sắt (2000), Độ phì nhiêu đất dinh dưỡng trồng , nhà xuất Nông Nghiệp Cục thống kê thành phố Hƣng Yên (2015), Số liệu thống kê 2012 – 2014, Hƣng Yên Cục thông tin KH & CN quốc gia (2010), Tổng luận nguồn phế thải nông nghiệp rơm rạ kinh nghiệm giới xử lý tận dụng, Hà Nội Ngô Ngọc Hƣng, Võ Thị Gƣơng, Nguyễn Mỹ Hoa (2004), Phân hữu cơ, Khoa nông nghiệp- sinh học ứng dụng Đại học Cần Thơ Nguyễn Đƣ́c Lƣơ ̣ng , Nguyễn Thùy Dƣơng (2011), Lượng chấ t thải hữu thế giới,nhà xuất Nông Nghiệp Ngô Đức Minh, Nguyễn Công Vịnh (2005), Kết nghiên cứu tác động sử dụng nước thải thành phố tưới cho lúa Nam Định, Kết nghiên cứu khoa học 4, Viện Thổ nhƣỡng Nông Hóa, Nhà xuất Nông nghiệp, tr.571572 Nguyễn Hƣ̃u Ninh (2015), Lợi điểm và ứng dụng của than sinh học , Tạp chí khoa ho ̣c môi trƣờng Trƣơng Thị Cẩm Nhung (2008), Độ phì nhiêu đất dinh dưỡng trồng, Bộ môn Cảnh quan Kỹ thuật Hoa viên, Đại học Nông Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Thị Kim Oanh, Lý Bích Thùy, Danutawat Tipayarom, Bhai Raja Manadhar, Pongkiatkul Prapat, Christopher D Simpson, L-J Sally Liu, (2011), Xác định đặc tính phát thải bụi từ nguồn đốt rơm rạ, Môi trƣờng khí quyển, tr.45 10 Trần Thị Ngọc Sơn, Cao Ngọc Điệp, Lƣu Hồng Mẫn Trần Thị Anh Thƣ (2009), Nghiên cứu sử dụng phân rơm hữu phân sinh học phục vụ hệ thống sản xuất lúa Đồng sông Cửu Long, Tuyển tập Cây Lúa Việt Nam (tập II), NXB Nông nghiệp Hà nội (2009), Tr 225-238 11 Vũ Thắng (2010), Nghiên cứu sử dụng than sinh học (Biochar)cải thiện hữu cơ, nâng cao sức sản xuất đất, Báo cáo tổng hợp năm 2010, Viện Môi trƣờng Nông nghiệp Viện Khoa học Nông nghiệpViệt Nam 12 Hoàng Ngọc Thuận, Đặng Thanh Long (2010), “Sử dụng rơm rạ trồng vụ trước bón cho trồng vụ sau đất bạc màu Bắc Giang”, Tạp chí Khoa học Phát triển, Trƣờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, tập 8, tr.843-849 13 Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phƣơng Loan, Trần Văn Thể ctv (2013), Xây dựng mô hình thu gom, xử lý phế phụ phẩm trồng trọt nhằm giảm phát thải khí nhà kính nông thôn vùng đồng sông hồng, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ năm 2013, Viện môi trƣờng nông nghiệp 14 Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phƣơng Loan, Trần Văn Thể ctv (2013), Xây dựng mô hình thu gom, xử lý phế phụ phẩm trồng trọt nhằm giảm phát thải khí nhà kính nông thôn vùng đồng sông hồng, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ năm 2013, Viện môi trƣờng nông nghiệp 15 Mai Văn Trịnh nhóm tác giả (2014), Tài liệu hướng dẫn thu gom xử lý phụ phẩm sau trồng trọt, Viện môi trƣờng nông nghiệp,tr.6-8 16 Mai Văn Trịnh, Bùi Thị Phƣơng Loan, Trần Văn Thể ctv (2014), Xây dựng mô hình thu gom, xử lý phế phụ phẩm trồng trọt nhằm giảm phát thải khí nhà kính nông thôn vùng đồng sông hồng, Báo cáo tổng kết nhiệm vụ giai đoạn 2012-2014, Viện môi trƣờng nông nghiệp 17 Phạm Văn Toản, Trƣơng Hợp Tác (2004), Phân bón vi sinh nông nghiệp, Nhà xuất Nông Nghiệp 18 Lê Văn Tiềm(1998), Đánh giá chất hữu đất trồng Việt Nam, nhà xuất Nông Nghiệp, Hà Nội 19 Nguyễn Vy (2003), Độ phì nhiêu đất thực tế, nhà xuất Nghệ An Tiêng Anh 20 Boshier, J A (1993), Criteria for assessingappropriatetechnology for sewagetreatment and disposal, Water Science &Technology Vol 27 21 Batjes NH (1998), “Mitigation of atmospheric CO2 concentrations by increased cácbon sequestration in the soil” , Biol Fertil Soils, 27(3), pp 230– 235 22 Doerr, S H., R A Shakesby, and R P D Walsh (2000), “Soil water repellency: its causes, characteristics and hydro-geomorphological significance”, Earth-Science Reviews, 51, no 1-4 (August), pp 33-65 23 Fearnside PM (2000), “Global warming and tropical land-use change: greenhouse gas emissions from biomass burning, decomposition and soils in forest conversion, shifting cultivation and secondary vegetation”, Climatic Change, 46, pp 115-158 24 Steiner, C., Teixeira, W., Lehmann, J., Nehls, T., Vasconcelos de Macêdo, J., Blum, W and Zech, W (2007), “Long term effects of manure, charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil”, Plant and Soil, 291, pp 1-2 25 Tiessen H, Cuevas E, Chacon P (1994), “The role of soil organic matter in sustaining soil fertility”, Nature, 371, pp 783–785 26 Tryon EH (1948), “Effect of charcoal on certain physical, chemical, and biological properties of forest soils”, Ecol Monogr, 18, pp 81–115 27 Zech W, Senesi N, Guggenberger G, Kaiser K, Lehmann J, Miano T M, Miltner A, Schroth G (1997), “Factors controlling humification and mineralization of soil organic matter in the tropics”, Geoderma, 79, pp.117– 161 28 Lai R (1997), “Managing the crop residues after harvesting and residuce application in agricultural production”, Journal of Soil and Tillage-Volume 43, pp 81-107 29 Achim Dobermann and Thomas Fairhurst (2000), Rice Nutrient Disorders & Nutrient Management, IRRI, Philippines 30 Singh, G (1987), “Sugar cane trash management in India” Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America, v.18(1) Zhen L, M.A Zoebisch, G Chen and Z Feng, (2005), “Sustainability of farmers’ soil fertility management practice: case study in the North China Plain”, Journal of Environmental management, V 12, pp 11-21 118 31 Van Dillewijn C (1952), Botany of sugarcane, Waltham, Mass, USA The chronica Co Book Department, pp.196-269 32 Chan K Y., Heenan, D P., So H B (2003), “Sequestration of cácbon and changes in soil quality under conservation tillage on light-textured soils in Australia: a review”, Aust J Exp Agric, 43, pp 325–334 Trang web 33 PGS.TS.Bùi Bá Bổng (2011), Cây lúa Viê ̣t Nam, http://cayluongthuc.blogspot.com/2011/08/cay-lua-viet-nam-loi-gioithieu.html [...]... “Sequestration of cácbon and changes in soil quality under conservation tillage on light-textured soils in Australia: a review”, Aust J Exp Agric, 43, pp 325–334 Trang web 33 PGS.TS.Bùi Bá Bổng (2011), Cây lúa Viê ̣t Nam, http://cayluongthuc.blogspot.com/2011/08/cay-lua-viet-nam-loi-gioithieu.html 8 9