Luận án tiến sĩ Đặng Quốc Cường - Tái sử dụng nước thải ao cá tra tưới lúa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ĐẶNG QUỐC CƢỜNG SỬ DỤNG NƢỚC THẢI TRONG AO NUÔI THÂM CANH CÁ TRA ĐỂ TƢỚI LÚA LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ NGÀNH: 62 44 03 03 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ĐẶNG QUỐC CƢỜNG SỬ DỤNG NƢỚC THẢI TRONG AO NUÔI THÂM CANH CÁ TRA ĐỂ TƢỚI LÚA LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ NGÀNH: 62 44 03 03 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGs. TRƢƠNG THỊ NGA 2016 LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGs. Ts Trương Thị Nga đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, đóng góp những lời khuyên và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Khoa Sau Đại học.

Quý Thầy Cô, anh chị em Bộ môn Khoa học môi trường ngành Môi trường đất và nước. Xin chân thành cảm ơn gia đình tôi đã ủng hộ tôi về mặt vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể yên tâm học tập và công tác. Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè và các anh em mà tôi không thể liệt kê hết trong trang này. Một lần nữa xin chân thành biết ơn! i TÓM TẮT Ô nhiễm môi trường nước do chất thải từ hoạt động nuôi cá tra thâm canh hiện là một thực trạng cần được quan tâm.

Một trong những giải pháp khả thi là tận dụng nguồn dinh dưỡng đạm, lân có trong nước thải và tái sử dụng cho sản xuất nông nghiệp. Luận án “Sử dụng nước thải trong ao nuôi thâm canh cá tra để tưới lúa” được thực hiện nhằm mục đích tận dụng nguồn dinh dưỡng có trong nước thải ao nuôi cá tra để tưới lúa và hạn chế lượng phân hóa học sử dụng trên đồng ruộng, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường nước mặt. Các thí nghiệm trong đề tài được thực hiện nhằm đạt được những mục tiêu sau: (1) Đánh giá hiện trạng, tình hình nuôi cá tra tại một số khu vực thuộc đồng bằng sông Cửu Long làm cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp quản lý chất thải từ ao nuôi cá tra; (2) Khảo sát và phân tích nước thải ao nuôi cá tra để đánh giá thành phần và tính chất; (3) Đánh giá được tải lượng chất ô nhiễm của nước thải trong ao nuôi cá tra; (4) Đánh giá khả năng xử lý nước thải ao nuôi cá của ruộng lúa và lợi ích môi trường khi sử dụng nước thải ao nuôi cá tra để tưới lúa. Qua phỏng vấn 50 hộ nuôi cá tra thâm canh tại huyện Vĩnh Thạnh, Cần Thơ cho thấy, thời gian nuôi cá tra kéo dài từ 6 – 12 tháng, mật độ thả nuôi trung bình là 42 con/m2, trong đó mật độ thấp nhất là 30 con/m2 và cao nhất là 81 con/m2, kích cỡ trung bình là 30 con/kg.

Có đến 90% các hộ được phỏng vấn có mật độ nuôi ≤ 50 con/m2. 100% các hộ nuôi cá tra không xử lý nước thải ao nuôi trước khi thải ra môi trường. Thành phần dinh dưỡng trong ao nuôi cá tra dao động trung bình từ 45,33 – 82,56 mg/L đối với COD; 8,59 – 11,48 mg/L đối với TKN và 0,84 – 1,87 mg/L đối với TP. Tải lượng ô nhiễm trung bình của một vụ nuôi cá tra thâm canh là 533,67 tấn COD/ha; 148,33 tấn TKN/ha và 44,50 tấn TP/ha.

Các thí nghiệm được tiến hành trên vụ lúa Đông Xuân và Hè Thu tại huyện Vĩnh Thạnh cho thấy hàm lượng đạm lân trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh đều giảm sau khi qua ruộng lúa. Hiệu suất xử lý tổng nitơ Kjeldahl (TKN) đối với điều kiện bón NPK là 63,7% thấp hơn điều kiện bón bổ sung 2/3 NPK (67,5%) và điều kiện chỉ bón bổ sung kali (73,1%). Tương tự đối với tổng lân (TP), ở điều kiện bón bổ sung Kali có hiệu suất xử lý cao (84,6%) hơn các nghiệm thức còn lại. Ở điều kiện bón bổ sung NPK cho hiệu suất thấp hơn (78,4%).

Ngoài ra, hiệu suất loại bỏ đạm, lân luôn tăng theo thời gian sinh trưởng và phát triển của lúa. Hiệu suất xử lý ở giai đoạn cây mạ đạt 45,99% (TKN) và 37,23% (TP) thấp hơn các giai đoạn khác và ở giai đoạn cây lúa vào hạt đạt 72,33% (TKN) và 70,92% (TP) cao hơn các giai đoạn còn lại. ii Như vậy, kết quả nghiên cứu của luận án đã chứng minh rằng việc sử dụng nước thải để tưới lúa có ý nghĩa về khía cạnh môi trường, giảm lượng nước thải và các chất hàm lượng gây ô nhiễm, đồng thời tận dụng nước thải tưới lúa có thể giảm lượng phân bón vô cơ để canh tác lúa. Từ khóa: Cá tra, nước thải, ruộng lúa, dinh dưỡng lúa, tái sử dụng, tải lượng ô nhiễm iii ABSTRACT Environmental pollution due to wastewater from catfish cultivation is a severe existing situation should be concerned.

One of feasible solutions is profiting the nutrient N, P in the wastewater which can be reused. The dissertation “Using wastewater from catfish pond for irrigating paddy field” was implemented with the purpose to recycle nutrients in wastewater from catfish ponds for rice cultivation, limit inorganic fertilizer application and contribute to reduce the water pollution. The dissertation experiments had been fulfilled to obtain the objectives: (1) Assess the situation of catfish farming some of the Mekong Delta area; (2) Survey and analyse the composition and nature of fishpond wastewater; (3) Assess the pollution load of wastewater in catfish pond (4) Assess the wastewater treatment effectiveness of paddy fields and environmental benefit when using wastewater from catfish pond for rice cultivation. Through interviewing 50 households which were intensive catfish farmers in Vinh Thanh district, Can Tho city, the results showed that catfish cultivation period lasts from 6-12 months.

The average stocking density was 42 individual/m2, while the lowest density was 30 individual/ m2 and the highest was 81 individual/m2, the average size was 30 individual/kg. Around 90% of catfish farmer told that the stocking density was less than 50 individual/m2. All of catfish farmers have no wastewater treatment ponds before discharging into the waterbody. Composition of nutrient in catfish ponds ranged from 45.56 mg/L for COD; 8.48 mg/L of TKN and 0.

The pollution load of COD, TKN and TP was of 533.5 tons/ha respectively. The results conducted in Winter - Spring and summer-autumn crops in Vinh Thanh district showed that the concentration of nitrogen and phosphorus in the wastewater of catfish ponds was decreased after going through paddy fields. Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) removal efficiency by paddy field was 63.7% in NPK usage treatment, which was lower than in 2/3 NPK (67.5%) and in potasium fertilizer only treatment (73. Similarly, the treating efficiency of total phosphorus (TP) in the treatment with only potassium fertilizer (84.6%) was higher than other treatments and NPK usage treatment was lower than other treatments (78.

In addition, the removal efficiency of nitrogen, phosphorus has been increasing in function of time according to the growth and development stage of rice. The removal efficiency of TKN, TP in seedling (45.23%, respectively) was lower than other stages; the iv efficiency in fruiting (72.92% respectively) was higher than other stages. Therefore, the research results of the thesis have demonstrated that reusing wastewater for rice irrigation contributed significant environmental aspects, reduced the amount of waste water and the concentration of pollution substances. Using wastewater for rice irrigation also reduced the amount of inorganic fertilizers in rice cultivation.

Keywords: Pangasianodon hypophthalmus, waste water, paddy field, nutrients rice, reuse, the pollution load Title: Using wastewater from intensive catfish pond for irrigating paddy field. v CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả nghiên cứu này chưa được công bố ở bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học; nhiệm vụ khoa học hay luận văn; luận án nào trước đây. Cần Thơ, ngày.năm 2016 Tác giả luận án vi MỤC LỤC TÓM TẮT. iv Chƣơng 1 GIỚI THIỆU .2 Mục tiêu nghiên cứu .1 Mục tiêu tổng quát .2 Mục tiêu cụ thể .3 Đối tượng nghiên cứu .4 Phạm vi nghiên cứu .5 Nội dung nghiên cứu .6 Ý nghĩa khoa học của luận án .7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án .8 Điểm mới của luận án.

4 Chƣơng 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Tình hình nuôi cá tra (Pangasius hypophthalmus) .1 Tình hình nuôi cá tra trên thế giới và Việt Nam .2 Tình hình nuôi cá tra ở một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) .1 Định hướng Quy hoạch vùng nuôi tập trung ở các tỉnh ĐBSCL .2 Hiện trạng nuôi cá tra sau năm 2012 đến nay .2 Quy trình nuôi cá tra thâm canh .3 Đặc điểm môi trường nước trong ao nuôi thâm canh cá tra .1 Giá trị pH trong ao nuôi cá tra thâm canh .2 Oxy hòa tan (DO) trong ao nuôi cá tra .3 Nhu cầu oxy hóa học (COD) trong ao nuôi cá tra .4 Đạm trong ao nuôi cá tra thâm canh.5 Lân trong ao nuôi cá tra thâm canh .4 Tổng quan về cây lúa .1 Theo đặc tính thực vật học .2 Theo sinh thái địa lý .3 Theo đặc tính sinh lý .4 Theo điều kiện môi trường canh tác .5 Theo đặc tính sinh hóa hạt gạo .6 Theo đặc tính hình thái.2 Các giai đoạn phát triển của cây lúa .3 Một số giống lúa phổ biến ở ĐBSCL .5 Nhu cầu dinh dưỡng và nhu cầu nước qua các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa .1 Nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa .2 Nhu cầu nước qua các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa .1 Thời kỳ gieo – mạ .2 Thời kỳ đ nhánh đến đứng cái .3 Thời kỳ làm đ ng đến trổ bông .4 Thời kỳ trổ đến chín .6 Các cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm bằng đất ngập nước .1 Cơ chế loại chất hữu cơ BOD .2 Cơ chế loại nitơ .3 Cơ chế loại photpho.7 Xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới và cánh đồng lọc .8 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi cá Tra .9 Tổng quan về tái sử dụng nước thải ao nuôi cá Tra cho nông nghiệp .10 Giới thiệu đặc điểm vùng nghiên cứu .1 Vị trí địa lý huyện Vĩnh Thạnh .2 Đặc điểm vùng nghiên cứu. 40 Chƣơng 3 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .2 Phương tiện nghiên cứu .3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .1 Đánh giá hiện trạng nuôi cá tra ở ĐBSCL và thành phần, tính chất nước thải ao nuôi cá tra ở khu vực nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu .2 Phương pháp thực hiện .2 Đánh giá tải lượng COD, tổng đạm và tổng lân tại ao nuôi cá tra .1 Mục tiêu cụ thể .2 Phương pháp thực hiện .3 Phương pháp đo lưu lượng .4 Phương pháp thu mẫu .5 Phương pháp phân tích.