The study of composting sludge from supper-intensive shrimp farming ponds to make organic fertilizer for the cultivation of Lactuca Sativa

Abstract

Aquaculture, especially shrimp farming, is bringing significant economic benefits to coastal residents in the Mekong Delta region in general and Ben Tre province in particular. Alongside the benefits, the shrimp farming industry is also discharging a massive amount of waste, including wastewater and sludge after each farming cycle, which is significantly impacting the environment. This study employed the aerobic composting method to decompose organic matter using a combination of shrimp pond sludge and coconut coir pith as the composting materials. The research results showed that after 65 days of composting, the total nitrogen content reached 7.51 g/kg; TOC content reached 10.9%; organic matter content was 18.8%; phosphorus content was 1030 mg/kg; available potassium reached 7.2 g/kg; with a pH of 8.19. The C/N ratio after composting was 19.7, which is very suitable for plant growth. Additionally, the obtained organic fertilizer was used to grow Lactuca Sativa to evaluate the fertilizer's effectiveness in improving soil nutrients. Monitoring the growth results of lettuce showed that the organic fertilizer positively influenced plant growth, but attention must be paid to the fertilization rate due to the high salinity in the fertilizer (EC = 12 mS/cm). With a simple process and low investment costs, the method of treating pond sludge through aerobic composting would bring environmental benefits and save fertilizer costs for the farming community.

MỞ ĐẦU

Vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nằm ở hạ lưu sông Mê Công, là vùng đóng vai trò quan trọng trong an ninh lương thực của nước ta, với thế mạnh kinh tế chủ yếu là nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Nuôi trồng thủy hải sản, đặc biệt là hoạt động nuôi tôm, tại vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đã đóng vai trò vô cùng quan trọng và mang lại những đóng góp kinh tế đáng kể cho đất nước 1 . Năm 2022, tổng sản lượng thủy sản nuôi trồng của vùng ĐBSCL là hơn 3,6 triệu tấn, chiếm hơn 70% tổng sản lượng thủy sản nuôi trồng của cả nước; trong đó sản lượng tôm nuôi là gần 1 triệu tấn (chiếm gần 30%) (theo Tổng cục Thống kê - 2022). Qua đó có thể thấy ngành nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm đang mang lại những lợi ích kinh tế to lớn, góp phần cải thiện chất lượng đời sống cho người dân địa phương. Theo kết quả thống kê, ĐBSCL là vùng nuôi tôm thương phẩm lớn nhất cả nước, chủ yếu là nuôi tôm thẻ chân trắng ( Litopenaeus vannamei ). Các trang trại nuôi tôm thâm canh trong vùng chỉ chiếm 5,6% tổng diện tích nhưng sản lượng mang lại tương đối cao, dao động từ 8 đến 10 tấn/ha 2 . Bến Tre là một trong những tỉnh đi đầu trong hoạt động nuôi tôm của vùng với diện tích nuôi tăng dần trong những năm gần đây, đặc biệt ở là hoạt động nuôi ở 2 huyện ven biển là Thạnh Phú và Ba Tri. Sản lượng tôm nuôi năm 2022 của tỉnh là 118.609 tấn với 2 loại chủ yếu là tôm sú ( Penaeus monodon ) và tôm thẻ chân trắng (theo Tổng cục Thống kê - 2022). Hoạt động nuôi tôm tại vùng này không chỉ mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho các tỉnh mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống của cộng đồng dân cư nơi đây. Mặc dù mang lại những kết quả tích cực, nhưng song song đó ngành nuôi trồng thủy sản nói chung và nuôi tôm nói riêng của tỉnh đang đối mặt với những thách thức đáng kể. Vấn đề lớn nhất hiện nay là sự phát sinh lượng lớn chất thải trong quá trình nuôi tôm. Nếu không được xử lí triệt để, lượng chất thải này có thể gây ảnh hưởng đến môi trường vùng nuôi.

Với diện tích nuôi tăng dần trong những năm gần đây thì lượng chất thải phát sinh từ hoạt động nuôi tôm ở Bến Tre đang ngày một lớn hơn và gây sức ép đến môi trường đất, nước và không khí ở vùng nuôi. Chất thải trong quá trình nuôi tôm gồm nước thải và bùn thải đáy ao. Nước thải từ ao nuôi nếu không được xử lí đúng cách trước khi thải ra môi trường sẽ dẫn đến tích tụ lâu dài, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều mầm bệnh. Điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu vào trong quá trình nuôi tôm 3 gây giảm sản lượng cũng như năng suất nuôi tôm. Các thành phần hữu cơ trong nước thải ao nuôi như thức ăn thừa và phân thải gây suy thoái môi trường của cả nguồn nước tiếp nhận và trầm tích 4 . Mặt khác, trong quá trình nuôi, ao nuôi cũng phát sinh lượng lớn bùn ao tôm với thành phần chủ yếu là phân tôm và lượng thức ăn thừa. Sau mỗi vụ nuôi, đặc biệt là nuôi thâm canh và bán thâm canh, sản sinh ra một lượng lớn chất thải, trong đó có bùn đáy chiếm từ 30 đến 60 tấn trên mỗi hecta nuôi 5 . Việc xử lý lượng bùn đặc này gây ra gánh nặng môi trường ngày càng tăng, bùn thường được thải trực tiếp ra môi trường, làm ô nhiễm đất và gây ô nhiễm nguồn nước gần đó 5 , 6 . Bùn ao nuôi tôm rất giàu nitơ do hàm lượng protein cao trong thức ăn cho tôm 7 và sự tích tụ bùn có thể gây ra bệnh tôm do vi khuẩn và vi rút, cũng như suy giảm chất lượng nước ao nuôi 8 , 9 . Nếu lượng bùn thải không được xử lí đúng cách, nó sẽ có những tác động nghiêm trọng đến môi trường và người dân khu vực nơi đây. Đối với người dân, bùn thải này có thể gây hại đến sức khỏe và gây thiệt hại kinh tế đối với sản lượng và chất lượng tôm thương phẩm của các hộ nuôi trong khu vực. Về mặt môi trường, môi trường đất, nước sẽ bị ô nhiễm, suy thoái đồng thời sẽ phát sinh lượng lớn khí nhà kính do quá trình phản ứng, trao đổi chất làm chuyển hóa các chất hữu cơ có trong bùn thải 6 . Vì thế, vấn đề cấp bách là cần có các biện pháp quản lý cũng như xử lí các chất thải từ hoạt động nuôi tôm.

Bùn ao tôm có thành phần gồm giá trị pH trung tính hoặc kiềm yếu (7,4 - 7,8), độ mặn từ ít đến mặn trung bình (1,28 - 4,19 ‰), giàu hàm lượng chất hữu cơ (11,1 - 23,2%), tổng hàm lượng Nitơ khoảng 0,6 - 0,8%, và hàm lượng Photpho hữu dụng (687 – 11455 ppm P ₂ O ₅ ). Không có dấu hiệu ô nhiễm bởi kim loại nặng như Pb, Cd, As, Hg và không có vi khuẩn Salmonella , điều này làm cho bùn ao tôm trở thành nguyên liệu phù hợp để làm phân hữu cơ 10 . Dựa vào đặc điểm và tính chất của bùn ao tôm nuôi tôm, phương pháp xử lí thường được đề xuất để xử lí là ứng dụng quá trình phân hủy kỵ khí tạo khí sinh học hoặc ủ hiếu khí tạo thành phân hữu cơ 11 , 12 . Trong đó, sử dụng bùn ao tôm ủ hiếu khí tạo thành phân bón hữu cơ là giải pháp được quan tâm nhất vì quy trình dễ vận hành và chi phí đầu tư thấp 5 . Điển hình là các nghiên cứu đã thực hiện như nghiên cứu của Kosobucki (2000) đã tiến hành nghiên cứu về các phương pháp ủ compost hiếu khí, áp dụng các biện pháp để loại bỏ các chất gây hại và vi sinh vật có hại từ bùn 13 . Ngoài ra, trong nghiên cứu của Lê Thị Kim Oanh và các cộng sự vào năm 2015, họ đã khảo sát quá trình ủ hiếu khí của bùn thải trong quá trình xử lí nước thải tại nhà máy chế biến cá da trơn. Đặc biệt, họ kết hợp bùn thải với các phụ phẩm từ trồng trọt như rơm rạ hoặc mạt cưa, nhằm tối ưu hóa quá trình phân hủy và tái sử dụng các nguyên liệu này thành compost 14 . Có thể coi những nghiên cứu này là một trong những bằng chứng đầu tiên về xử lí bùn ao tôm bằng phương pháp ủ phân hữu cơ, góp phần giảm ô nhiễm môi trường và tạo ra sản phẩm phân hữu cơ thân thiện môi trường, góp phần cải tạo đất và gia tăng năng suất cây trồng.

Một trong những vấn đề nghiêm trọng mà đất nông nghiệp trên thế giới phải đối mặt là tình trạng thiếu chất hữu cơ. Điều này có thể được gây ra bởi nhiều quá trình vật lý, hóa học, sinh học và sinh thái làm giảm chất lượng đất 15 . Mặt khác, ngoài nuôi tôm, Bến Tre cũng là tỉnh có thế mạnh về ngành nông nghiệp với nhiều loại hình sản xuất như trồng lúa, hoa màu và cây ăn quả. Điều này chứng tỏ lượng phụ phẩm phát sinh trong quá trình canh tác như xơ dừa, bã mía, rơm rạ, trấu… là vô cùng lớn. Nếu có thể tận dụng được lượng phụ phẩm này để xử lí bùn thải nuôi tôm sẽ hướng đi mang lại nhiều lợi ích về môi trường như giảm ô nhiễm, cải tạo, tăng cường hàm lượng hữu cơ cho đất. Đã có nhiều nghiên cứu kết hợp các phụ phẩm nông nghiệp và bùn ao tôm trong quá trình trộn ủ để sản xuất phân bón hữu cơ nhằm tái sử dụng nguồn dinh dưỡng trong bùn ao tôm và góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường. Moretti (2015) đã có nghiên cứu chi tiết về việc cải thiện tính chất hóa học và sinh học của bùn, nhằm giảm thiểu hàm lượng các kim loại nặng và vi sinh vật có hại thông qua quá trình ủ phân. Nghiên cứu này bao gồm việc bổ sung phụ phẩm là cành cây vào quá trình xử lí bùn. Phương pháp này không chỉ nhằm tăng cường khả năng phân hủy tự nhiên của bùn mà còn giúp tạo ra một loại phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng, an toàn và có thể tái sử dụng trong nông nghiệp và các ngành sản xuất khác 16 . Nghiên cứu đã tiến hành để khảo sát việc áp dụng phân hữu cơ từ bùn ao tôm nuôi tôm thẻ thâm canh vào việc trồng cải ngọt ( Brassica integrifolia ) tại Đầm Dơi, tỉnh Cà Mau 17 . Trung và các cộng sự (2022) đã thực hiện sự kết hợp giữa quá trình ủ bùn ao tôm với rơm rạ trong 52 ngày. Kết quả cho thấy các thuộc tính của bùn ao tôm từ quá trình nuôi tôm đã có sự biến đổi đáng kể trong quá trình ủ (composting), và bùn này cũng chứa đựng các yếu tố dinh dưỡng, đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết cho phân bón hữu cơ được áp dụng trong trồng trọt 18 . Sự cải thiện về hàm lượng hữu cơ có trong đất và mức tăng năng suất của rau khi được bón phân hữu cơ đã được nghiên cứu là từ 23 – 56 tấn/ha 19 . Trong các nghiên cứu đã thực hiện đa phần các chỉ tiêu dinh dưỡng của phân hữu cơ đều thích hợp cho cây trồng nhưng còn hạn chế là độ mặn vẫn cao sau quá trình ủ nên cần lưu ý khi sử dụng cho cây trồng 18 . Trong nghiên cứu của Huyền và cộng sự (2021) đã thực hiện rửa mặn cho bùn bằng nước mưa trong 1,5 tháng, sau đó tiến hành ủ bùn đã rửa mặn với rơm rạ ở quy mô công nghiệp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phân bón hữu cơ sản xuất từ bùn thải đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn cần thiết, bao gồm thành phần dinh dưỡng hữu cơ với tổng carbon hữu cơ đạt 15,98%, cùng với các dinh dưỡng đa lượng như N (1,12%), P ₂ O ₅ (0,81%), và K ₂ O (2,41%). Ngoài ra, phân bón này đã đáp ứng các yêu cầu về kim loại vi lượng và kim loại nặng. Cụ thể, hàm lượng Cu (đồng) là 0,2 ppm và Zn (kẽm) là 0,27 ppm. Về các chỉ tiêu kim loại nặng, hàm lượng Pb (chì) là 103,5 ppm và Cd (cadimi) là 0,87 ppm. Tất cả các chỉ số này đều nằm dưới mức cho phép theo quy định theo Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 01-189:2019/BNNPTNT) về phân bón hữu cơ, đảm bảo an toàn cho việc sử dụng trong nông nghiệp 20 .

Ủ phân là một quá trình ủ hiếu khí, hình thành phân bón hữu cơ với các hoạt động của vi sinh vật có thể được sử dụng để cải tạo đất. Ủ phân là một quá trình phân hủy kéo dài, để đẩy nhanh quá trình ủ phân và giảm thất thoát nitơ, nhiều chất phụ gia khác nhau như tro, chất vô cơ, phosphogypsum, đường thốt nốt, vôi, than sinh học, thạch cao, polyethylene glycol, các chủng vi khuẩn khác nhau thường được thêm vào 21 . Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là các chất giống như mùn giúp cải thiện các đặc tính lý hóa và sinh học của đất 22 . Thành phần, tính chất của phân hữu cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu phối trộn, tỉ lệ phối trộn hay đặc điểm của bùn thải 18 . Ở những vùng nuôi khác nhau, do thổ nhưỡng của vùng nuôi và kỹ thuật nuôi khác nhau sẽ ảnh hưởng đến đặc tính của bùn ao tôm 23 . Vì thế, cần có nhiều nghiên cứu hơn về các vật liệu cũng như tỉ lệ phối trộn khác nhau với các thành phần bùn ao tôm khác nhau để nghiên cứu sự hiệu quả tạo thành phân hữu cơ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã lựa chọn bùn ao tôm từ hệ thống nuôi tôm siêu thâm canh tại Thạnh Phú, Bến Tre, và kết hợp nó với mụn xơ dừa - một loại phụ phẩm nông nghiệp phổ biến ở địa phương - để sử dụng làm vật liệu ủ. Sau quá trình ủ, chúng tôi thu được phân hữu cơ và áp dụng nó vào việc trồng hoa màu. Cụ thể, cây cải xà lách ( Lactuca sativa ) đã được lựa chọn để làm mô hình đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vật liệu nghiên cứu

(1) Bùn ao tôm ( Figure 1 a) được thu mỗi ngày qua quá trình si phông đáy ao nuôi tôm tại xã Thạnh Hải, huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre. Lượng bùn sau khi si phông được dẫn qua mương lắng. Tại mương lắng xảy ra quá trình thoát nước và bay hơi làm giảm độ ẩm của bùn. Mẫu bùn thải được lấy tại mương lắng bằng gầu tại 5 vị trí trong ao. Mẫu được trộn đều và thu lấy khoảng 10 kg đất ướt, bảo quản lạnh và vận chuyển đến khu vực thực nghiệm để tiến hành ủ. Nhiệt độ tại thời điểm lấy mẫu bùn là 28,5 ⁰ C, độ ẩm bùn lúc thu mẫu khoảng 72 %.

(2) Mụn xơ dừa ( Figure 1 b) được lấy từ thân các cây dừa hoai mục với khối lượng mẫu thu khoảng 5 kg tại vùng nghiên cứu bằng xẻng nhỏ. Mụn xơ dừa ở Bến Tre sau phân tích có độ ẩm khoảng 30%, chứa hàm lượng carbon (C) cao khoảng 40%, nitơ (N) khoảng 1%, và phốt pho (P) khoảng 0,2%. Mẫu sẽ được lưu tại vị trí thoáng khí, để khô gió 8 tiếng trước khi ủ.

(3) Chế phẩm sinh học (EM) sử dụng trong quá trình ủ ( Figure 1 c) được Công ty Cổ phần thương mại dịch vụ Tin Cậy cung cấp. EM có dạng dung dịch lỏng màu vàng nâu với tổng số vi sinh vật có lợi 10 ⁹ CFU/lít (số liệu do Công ty cung cấp), trong đó bao gồm các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn axit lactic, nấm men.

Figure 1 . Vật liệu nghiên cứu: a) Bùn ao tôm; b) Mụn xơ dừa; c) Chế phẩm EM.

Quy trình sản xuất chế phẩm EM thứ cấp

Chuẩn bị hỗn hợp bao gồm 1 lít chế phẩm EM, 1 lít mật rỉ đường và 18 lít nước. Trộn đều hỗn hợp, tiến hành đổ dung dịch vào can nhựa hoặc thùng chứa có nắp đậy kín và bảo quản ở nhiệt độ thường, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp. Chế phẩm EM thứ cấp được tạo ra từ quá trình lên men kỵ khí chế phẩm EM gốc sau 45 ngày (được thực hiện trước khi tiến hành ủ phân). Mục đích tạo ra chế phẩm EM thứ cấp từ EM sơ cấp là tăng cường hiệu quả phân giải chất hữu cơ của dung dịch, đồng thời giảm chi phí sản xuất so với việc sử dụng EM sơ cấp.

Quy trình ủ phân từ bùn ao tôm kết hợp mụn xơ dừa

Tiến hành ủ phân hữu cơ bao gồm: bùn ao tôm nuôi tôm siêu thâm canh, mụn dừa, và hỗn hợp dung dịch EM thứ cấp trong 65 ngày; trong đó bổ sung nước mỗi lần cách nhau 2 ngày với tỉ lệ 130 mL/kg mẻ ủ, và hỗn hợp dung dịch EM thứ cấp bổ sung mỗi lần cách nhau 4 ngày với tỉ lệ 80 mL/kg mẻ ủ, khối ủ được đảo trộn hàng ngày trong suốt quá trình ủ và duy trì độ ẩm khoảng từ 60% đến 70%. Tỉ lệ khối lượng phối trộn giữa bùn ao tôm nuôi tôm siêu thâm canh và mụn dừa theo tỉ lệ 7:3 (Sau nhiều lần thử nghiệm tỉ lệ giữa các nghiệm thức tác giả nhận định tỉ lệ này tối ưu hóa sự phân hủy hữu cơ, cung cấp đủ dinh dưỡng và độ thoáng khí cần thiết). Khối ủ đã được áp dụng phương pháp ủ thoáng khí tự nhiên với kỹ thuật đảo trộn (Windrow Composting) thủ công trong khay chứa mẫu có diện tích bề mặt rộng.

Phương pháp phân tích

Trong quá trình ủ, chúng tôi đã theo dõi và đo đạc diễn biến nhiệt độ với tần suất là 3 ngày/lần vào thời điểm cuối ngày bằng nhiệt kế. Độ ẩm đã được xác định bằng phương pháp khối lượng theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10788:2015. Các chỉ tiêu khác được thực hiện theo phương pháp nêu ở Table 1 . Các chỉ tiêu được thực hiện tại Viện Môi trường và tài nguyên, và trung tâm dịch vụ phân tích bên ngoài (Eurofins).

Table 1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu lí hóa của mẫu bùn trước và trong thời gian ủ

Phương pháp thử nghiệm phân hữu cơ trên rau xà lách

Chuẩn bị đất, hạt giống và thùng xốp để trồng rau xà lách. Đất, hạt giống cải xà lách được Công Ty TNHH Thiết Bị Sân Vườn Maka cung cấp. Chuẩn bị 03 thùng xốp với kích thước DxRxC là 31x21.5x24.5 cm. Đất được trộn đều với phân hữu cơ (sau 65 ngày ủ) với các nghiệm thức NT1, NT2, NT3 được cho vào thùng xốp. Hạt giống cải xà lách được ngâm trong nước ấm theo (tỷ lệ pha nước là 2 phần nước sôi + 3 phần nước lạnh) khoảng từ 4-5 tiếng trước khi gieo. Tiến hành gieo trực tiếp hạt lên đất đã phối trộn với phân theo các tỉ lệ ở các nghiệm thức, sau đó phủ một lớp đất mỏng lên trên, mật độ trồng theo diện tích bề mặt 20x20cm. Cụ thể các nghiệm thức được tiến hành như sau:

NT1: Tỉ lệ 100% đất + hạt giống cây cải xà lách

NT2: Tỉ lệ 90% đất + 10% phân hữu cơ + hạt giống cải xà lách

NT3: Tỉ lệ 80% đất + 20% phân hữu cơ + hạt giống cải xà lách

Tưới nước cây mỗi ngày một lần vào buổi sáng với lượng nước vừa đủ làm ướt bề mặt đất trồng cây. Tiến hành đếm số cây nảy mầm, đo chiều cao cây và chiều rộng lá lớn nhất ở mỗi nghiệm thức sau mỗi ngày trong vòng 45 ngày để thử nghiệm hiệu quả tăng trưởng.

Xử lý số liệu

Số liệu thí nghiệm được nhập trên phầm mềm Excel để tiến hành tính toán và vẽ đồ thị thể hiện mối tương quan của các thông số ở mỗi nghiệm thức.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Đặc tính của bùn ao tôm trước và sau khi ủ

Table 2 Đặc tính bùn ao tôm trước và sau 65 ngày ủ

Figure 2 . Khối ủ trong khi ủ (a) và sau 65 ngày ủ (b).

Theo như kết quả được trình bày trong Table 2 và mô tả ở Figure 2 , về mặt cảm quan, mẫu bùn ban đầu có màu đen sẫm, sau khi được bổ sung mụn dừa đã chuyển sang màu nâu vàng. Chế phẩm EM thứ cấp được thêm vào giúp xử lí mùi hôi của bùn ao tôm đồng thời tăng hiệu quả hoạt động của vi sinh vật trong quá trình ủ. Mụn dừa được thêm vào làm giảm độ ẩm của bùn ban đầu từ 72 % xuống còn 63 % thích hợp cho quá trình ủ. Mụn dừa được thêm cũng giúp khối ủ thoáng khí hơn, tăng hiệu quả ủ. Việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp như mụn dừa để làm phân trộn là tối ưu vì nó đảm bảo cấu trúc xốp và thông khí thích hợp để phân hủy tối đa lượng bùn ao tôm được sử dụng 15 .

Trong quá trình ủ, giá trị pH của khối ủ đã có sự thay đổi từ 5,29 ban đầu lên đến 8,19 vào giai đoạn cuối. Khoảng giá trị pH từ 5,5 đến 8,5 được xem là lý tưởng cho các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ trong quá trình này 18 . Sự biến đổi pH này chủ yếu là do các phản ứng tạo acid hữu cơ, những acid này có vai trò quan trọng làm cơ chất cho các vi sinh vật trong quá trình ủ tiếp theo 18 . Độ dẫn điện (EC) giảm từ 15,23 thành 12,00 mS/cm sau 65 ngày ủ. Độ dẫn điện đại diện cho lượng muối hòa tan có trong hợp chất hữu cơ thể hiện giá trị độ mặn của mẫu phân hữu cơ sau quá trình ủ. Qua đó có thể thấy độ mặn của mẫu bùn trước khi ủ ở mức cao, từ đất rất mặn chuyển sang đất mặn nhiều sau 65 ngày ủ. Hiệu quả khử mặn trong quá trình ủ không cao, độ mặn cao sẽ gây ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng trong quá trình ủ, vì vậy nhóm nghiên cứu nhận thấy cần có các biện pháp khử mặn trước hoặc trong quá trình ủ phân.

Trong quá trình ủ, hàm lượng nitơ tổng giảm từ 9,2 g/kg xuống 7,5 g/kg. Lượng nitơ mất mát có thể được lí giải là do các vi sinh vật phân hủy các hợp chất có chứa nitơ tạo thành N ₂ hay NH ₃ tự do bay hơi trong suốt quá trình ủ 15 . Hàm lượng kali dễ tiêu tăng liên tục trong suốt quá trình ủ từ 4,3 – 7,2 g/kg. Đồng thời, hàm lượng photpho dễ tiêu cũng tăng lên đáng kể từ 6,8 – 10,3 g/kg. Trong khi đó hàm lượng chất hữu cơ và tổng cacbon hữu cơ cũng tăng lần lượt là 2,6 lần và 2,3 lần so với ban đầu. Sự thay đổi này có thể do sự bổ sung hàm lượng cacbon từ mụn xơ dừa. Điều này làm tỉ lệ C/N tăng mạnh từ 5,2 thành 19,7 (tương đối thích hợp cho sự phát triển của cây trồng) sau quá trình ủ 24 .

Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ

Figure 3 . Biến thiên nhiệt độ trong quá trình ủ.

Nhiệt độ ( Figure 3 ) là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quá trình theo dõi diễn biến và kiểm soát quá trình ủ, bởi vì nhiệt độ liên quan mật thiết tới quá trình hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi sinh vật. Nhiệt độ lúc bắt đầu ủ có giá trị là 28,5 ^o C bằng với nhiệt độ môi trường. Trong quá trình ủ, nhiệt độ đã dần tăng và đạt mức cao nhất vào ngày ủ thứ 36, đo được là 44,6 ^o C. Điều này cho thấy sự hoạt động mạnh mẽ của vi sinh vật trong khối ủ, khi chúng phân giải chất hữu cơ và sản sinh nhiệt. Đồng thời, khối lượng lớn của hỗn hợp ủ giúp duy trì nhiệt độ cao. Nhiệt độ này có thể hữu ích trong việc loại bỏ các mầm bệnh có thể có trong bùn thải, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình phân hủy hữu cơ 25 . Kết quả này tương đương với nghiên cứu của Kalatzi (2006), trong đó nhiệt độ cao nhất được đo sau 30 ngày ủ là 39 ^o C 26 . Tương tự, Wei (2014) đã thực hiện ủ phân gà và thân cây cà chua cùng 1 % zeolite với nhiệt độ cao nhất là 4 ^o C sau 24 ngày ủ 27 . Các hợp chất hữu cơ có trong bùn ao tôm đóng vai trò chủ yếu là nguồn cung cấp cơ chất cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, tăng cường trao đổi chất làm phát sinh nhiệt và CO ₂ .

Sau ngày ủ thứ 36, nhiệt độ khối ủ giảm dần và đạt mức ổn định ở khoảng thời gian từ 45 – 65 ngày ủ với giá trị trung bình khoảng 32 ^o C, điều này chứng tỏ hoạt động phân giải chất hữu cơ của VSV đã kết thúc, số lượng VSV giảm do sự thiếu hụt oxi và các dưỡng chất.

Sự biến thiên của độ pH trong quá trình ủ

Figure 4 . Biến thiên của độ pH trong quá trình ủ.

Giá trị pH đóng vai trò quan trọng như một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của phân bón hữu cơ. Phạm vi pH từ 5,5 đến 8,5 được xem là lý tưởng để hỗ trợ hoạt động của vi sinh vật trong quá trình phân hủy chất hữu cơ 18 . Trong quá trình ủ, giá trị pH của đống ủ giảm nhẹ trong khoảng 7 ngày đầu tiên, từ 5,29 xuống còn 4,87, sau đó tăng dần và đạt mức ổn định sau 60 ngày với giá trị pH đạt 8,19 ( Figure 4 ). Giá trị pH này không gây ảnh hưởng tới cây trồng khi sử dụng phân hữu cơ khi đã ủ xong. Các phản ứng tạo axit hữu cơ trong hoạt động trao đổi chất của VSV làm thay đổi giá trị pH. Sau khi các hợp chất hữu cơ được chuyển hóa thành đường, vi sinh vật (VSV) sử dụng đường này để sản xuất axit lactic và các axit khác, dẫn đến giảm giá trị pH. Sau đó, VSV tiếp tục phân giải các axit hữu cơ thành CO ₂ và NH ₃ , từ đó làm tăng giá trị pH của môi trường 18 , 28 .

Sự biến thiên của độ ẩm trong quá trình ủ

Figure 5 . Sự biến thiên của độ ẩm trong quá trình ủ

Độ ẩm đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật trong quá trình ủ phân. Ban đầu, độ ẩm của mẫu bùn là 72 %. Sau khi thêm mụn dừa, giá trị độ ẩm đã giảm xuống còn 67 %. Giá trị này phù hợp với nhận xét của Bertoldi (1983). Khi vật liệu hữu cơ được phối trộn với bùn thải, việc duy trì độ ẩm trong khoảng 65-67 % được xem là quan trọng để đảm bảo hiệu quả của quá trình ủ. Độ ẩm này không chỉ tạo điều kiện lý tưởng cho sự phân hủy sinh học mà còn thúc đẩy hoạt động của vi khuẩn hiếu khí, giúp chúng phân giải các hợp chất hữu cơ thành những sản phẩm có ích như axit hữu cơ và khí CO ₂ . Điều này không chỉ cải thiện chất lượng phân hữu cơ mà còn giảm thiểu sự phát thải khí methan, góp phần làm giảm tác động tiêu cực lên môi trường 29 . Ở Figure 5 giá trị độ ẩm duy trì 60-70 % trong suốt 50 ngày đầu tiên của quá trình ủ vì có sự bổ sung nước thường xuyên để duy trì độ ẩm, đảm bảo các điều kiện cho VSV hoạt động tốt. Kết thúc quá trình ủ, đống ủ được để nơi thoáng mát, bay hơi tự nhiên ở nhiệt độ thường nên độ ẩm giảm dần.

Sự ảnh hưởng của phân hữu cơ lên sự phát triển của cây cải xà lách (Lactuca sativa)

Figure 6 . Sự sinh trưởng của cây xà lách nảy mầm sau 2 ngày gieo hạt: a) NT1; b) NT2; c) NT3.

Table 3 Đặc điểm sinh trưởng của cây xà lách trong các nghiệm thức. Đơn vị tính: cm

Figure 7 . Sự sinh trưởng của cây cải xà lách sau khi bón phân hữu cơ

Kết quả sự sinh trưởng của rau xà lách được trình bày trong Table 3 , Figure 6 và Figure 7 . Kết quả nghiên cứu cho thấy trong nghiệm thức 3 (NT3), cây cải xà lách sinh trưởng, phát triển nhanh nhất ở cả chiều dài thân và chiều dài của lá với giá trị lần lượt là 12,8±0,2 cm và 6.1±0.3 cm; Tiếp đó, ở nghiệm thức 2 (NT2) với chiều dài thân và chiều dài lá lần lượt là 11.1±0.6 cm và 5.8±0.1 cm; Cuối cùng là nghiệm thức 1 (NT1) với giá trị chiều dài thân và lá lần lượt là 9.2±0.2 cm và 5.3±0.2 cm. Phân hữu cơ được thấy có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây xà lách trong các thí nghiệm. Nhờ vào những thành phần dinh dưỡng phong phú, phân hữu cơ cung cấp một nguồn tài nguyên thiết yếu giúp cây phát triển mạnh mẽ và đạt năng suất cao hơn 30 . Đồng thời, tính năng giữ ẩm của phân hữu cơ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ẩm lý tưởng của đất, cùng với việc cung cấp chất dinh dưỡng lành mạnh, từ đó giúp cây trồng phát triển ổn định và khỏe mạnh hơn 31 . Phân hữu cơ cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng như Nitơ (N), Phốt pho (P), Kali (K), Canxi (Ca), Magiê (Mg), Lưu huỳnh (S) và các nguyên tố vi lượng cho cây trồng. Điều này giúp nâng cao chất lượng và năng suất của các loại nông sản 32 . Vì thế có thể thấy ở nghiệm thức 3 cây phát triển hơn hẳn so với nghiệm thức 1. Ở nghiệm thức 2, do bón lượng phân khá cao so với tỉ lệ đất nên cũng sẽ hạn chế sự phát triển của cây, do dinh dưỡng cao vượt mức cây có thể phân giải, đồng thời độ mặn cao cũng sẽ làm hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của rau xà lách. Trong quá trình canh tác rau, việc dựa hoàn toàn vào phân hữu cơ mà không bổ sung các loại phân bón hóa học khác có thể dẫn đến tình trạng cây phát triển chậm hơn và giảm hiệu suất sản xuất 33 . Ở 10 ngày đầu, hình thái cải xà lách trong các nghiệm thức không có khác biệt lớn, sự khác biệt bắt đầu thể hiện rõ rệt ở ngày thứ 10 trở đi. Qua đó, có thể nhận thấy trong thời gian 10 ngày đầu, trong thùng xốp xảy ra hiện tượng phân hủy các chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ vào đất, sau quá trình đó rau xà lách mới có thể hấp thụ, chuyển hóa chất dinh dưỡng dể sinh trưởng và phát triển.

KẾT LUẬN

Phân hữu cơ thu được từ quá trình ủ hiếu khí bùn ao tôm kết hợp mụn xơ dừa có hàm lượng dinh dưỡng cao sau 65 ngày ủ, cụ thể là hàm lượng nito tổng đạt 7,51 g/kg; hàm lượng TOC đạt 10,9% ; hàm lượng hữu cơ là 18,8 %; phốt pho đạt 1030 mg/kg; kali dễ tiêu đạt 7200 mg/kg; với độ pH đạt pH=8,19. Tỉ lệ C/N sau ủ đạt 19.7 phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Phân hữu cơ sau quá trình ủ đã được sử dụng để trồng cải xà lách. Kết quả cho thấy phân hữu cơ tạo ảnh hưởng lớn lên sự sinh trưởng và phát triển của rau xà lách. Tuy nhiên độ mặn của phân sau ủ vẫn còn cao nên sẽ làm ảnh hưởng đến cây nên cần các phương pháp hạn chế hay có liều lượng dùng hợp lí. Sử dụng bùn ao tôm để sản xuất phân hữu cơ mang lại nhiều lợi ích về môi trường và cải thiện đất, đồng thời có tiềm năng nâng cao năng suất cây trồng. Phương pháp xử lý bùn ao tôm bằng ủ phân hiếu khí, với quy trình đơn giản và chi phí đầu tư thấp, hứa hẹn là một lựa chọn mới tiềm năng. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn về xử lý độ mặn của bùn trước và trong quá trình ủ để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ Đề tài mã số DN2022-24-01.

Tập thể tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ĐHQG-HCM đã tài trợ thực hiện nghiên cứu này. Xin gửi lời Viện Môi trường và Tài nguyên đã hỗ trợ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi có thể hoàn thành nghiên cứu. Xin cảm ơn các Sở Ban Ngành đặc biệt là Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh ĐBSCL đã hỗ trợ và cung cấp số liệu, tạo điều kiện khảo sát thực tế địa phương.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL: Đồng bằng Sông Cửu Long

EC (Electrical conductivity): Độ dẫn điện

NT: Nghiệm thức

VSV: Vi sinh vật

EM: Chế phẩm sinh học

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Nhóm tác giả cam đoan rằng không có xung đột lợi ích trong công bố bài báo “Nghiên cứu sử dụng bùn ao tôm nuôi tôm siêu thâm canh làm phân hữu cơ và đánh giá tác động của phân hữu cơ đối với sự phát triển của cây xà lách ( Lactuca sativa ) ”

ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ

Tác giả Nguyễn Quốc An, Nguyễn Thị Phương Thảo, Trần Thị Hiệu, Trà Văn Tung, Ngô Thị Phương Nam, Lê Thanh Hải, Nguyễn Lê Minh Trí cùng thực hiện tất cả các bước và quy trình xây dựng kết quả của nghiên cứu này.