Luận án tiến sĩ - Nghiên cứu sử dụng nước sau biogas để canh tác hoa màu - Nguyễn Phương Thảo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN NGUYỄN PHƯƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC SAU BIOGAS ĐỂ CANH TÁC HOA MÀU LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC Mã ngành: 62440303 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC SAU BIOGAS ĐỂ CANH TÁC HOA MÀU NGUYỄN PHƯƠNG THẢO MSNCS: P0714005 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS. BÙI THỊ NGA 2021 LỜI CẢM TẠ Để hoàn thành đƣợc luận án này, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận đƣợc sự động viên, giúp đỡ và hỗ trợ rất quý báu của rất nhiều cá nhân và đơn vị. Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc! Xin chân thành cảm ơn PGS. Bùi Thị Nga đã quan tâm giúp đỡ, tận tình hƣớng dẫn, cung cấp kiến thức và những kinh nghiệm làm việc quý báu cho em trong suốt thời gian em học tập và thực hiện đề tài.

Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý Thầy, Cô, Anh, Chị đã và đang công tác tại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên, Khoa Nông nghiệp đã luôn tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích và luôn giúp đỡ em trong suốt chặn đƣờng học tập và nghiên cứu đầy gian nan và khó nhọc. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Lãnh đạo Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên, Khoa Sau Đại học, Trƣờng Đại học Cần Thơ; đặc biệt, chân thành cảm ơn PGS. Nguyễn Văn Công, PGS. Nguyễn Xuân Hoàng, Cô Bùi Thị Chuyền đã hỗ trợ và tạo điều kiện để thực hiện các thủ tục, hồ sơ cần thiết trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Lãnh đạo Phòng Quản lý Khoa học, các đồng nghiệp Trƣờng Đại học Cần Thơ, nơi tôi đang công tác đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi tham gia học tập và nghiên cứu trong thời gian qua. Xin gửi lời tri ân đến gia đình chú Dƣơng Tấn Thành, gia đình anh Nguyễn Văn Bình và gia đình chị Nguyễn Thị Hồng Ngoan đã nhiệt tình hỗ trợ, tạo điều kiện tốt cho tôi triển khai các nội dung nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn PGS. Châu Minh Khôi, PGS.

Nguyễn Võ Châu Ngân, TS. Trần Sỹ Nam, TS. Nguyễn Công Thuận, ThS. Đoàn Thị Trúc Linh, ThS.

Huỳnh Văn Thảo, bạn Nguyễn Điền Châu, các em học viên cao học và các em sinh viên đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Sau cùng con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba, mẹ, em xin cảm ơn chồng và các thành viên trong gia đình đã giúp đỡ, động viên suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn! Trân trọng, i TÓM TẮT Nƣớc sau biogas từ hệ thống túi ủ biogas chứa hàm lƣợng chất hữu cơ, đạm và lân cao đƣợc thải ra thủy vực tiếp nhận nên có nguy cơ gây ô nhiễm thuỷ vực tiếp nhận; do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng nƣớc sau biogas để canh tác hoa màu” đã đƣợc thực hiện nhằm tận dụng dinh dƣỡng từ nƣớc sau biogas thay thế phân hóa học canh tác hoa màu góp phần hạn chế ô nhiễm môi trƣờng chăn nuôi và cải thiện thu nhập quy mô nông hộ. Nghiên cứu đã đƣợc triển khai lần lƣợt từ trong phòng đến các thí nghiệm ngoài đồng; kết quả cho thấy nƣớc sau biogas cung cấp đạm hữu dụng cho đất gồm đạm amôn, đạm nitrat; đạm hữu dụng tăng tỉ lệ thuận với hoạt động vi sinh vật và với thể tích nƣớc sau biogas.

Trong đất trồng hoa màu tƣới nƣớc sau biogas, hoạt động vi sinh vật đất tƣơng quan thuận với hàm lƣợng đạm hữu dụng trong đất. Ở điều kiện trồng cây trong chậu, cây bắp ở nghiệm thức tƣới nƣớc sau biogas với tỉ lệ 75%, cây đậu bắp 100% có tăng trƣởng tƣơng đƣơng với nghiệm thức bón phân hóa học. Đất canh tác cây bắp, đậu bắp và dƣa leo tại nông hộ có hàm lƣợng đạm hữu dụng cao từ khi gieo hạt đến khi cây ra hoa, sau đó giảm dần đến khi thu hoạch; hàm lƣợng đạm tồn dƣ trong đất tƣới nƣớc sau biogas thấp hơn so với bón phân hóa học. Mật số vi sinh vật đất trồng dƣa leo tƣới nƣớc sau biogas cao hơn so với bón phân hóa học từ lúc gieo hạt cho đến cây ra hoa.

Sử dụng nƣớc sau biogas canh tác bắp, đậu bắp và dƣa leo mang lại lợi ích môi trƣờng là giảm lƣợng nƣớc sau biogas thải ra thủy vực tiếp nhận lần lƣợt là 35, 30,8 và 20,3 L/m2/vụ, giảm đƣợc 100% lƣợng phân hóa học bón vào đất; hiệu quả đồng vốn cao hơn so với bón phân hóa học đối với cây bắp và dƣa leo. Trồng dƣa leo với vật liệu hấp phụ nƣớc sau biogas giảm đƣợc lƣợng nƣớc sau biogas cao hơn so với phƣơng pháp tƣới, nhƣng hiệu quả đồng vốn có giá trị âm. Trái bắp, đậu bắp và dƣa leo đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm về hàm lƣợng nitrat, E.coli và có độ giòn tƣơng đƣơng bón phân hóa học, độ ngọt cao hơn bón phân hóa học. Trên cơ sở kết quả các thí nghiệm, hƣớng dẫn sử dụng nƣớc sau biogas canh tác cây bắp và dƣa leo quy mô nông hộ đã đƣợc xây dựng.

Trong phạm vi luận án, cần tiếp tục nghiên cứu đặc tính lý học, chất hữu cơ và vi sinh vật chuyển hóa đạm trong đất qua nhiều vụ trồng. Từ khóa: đạm hữu dụng, hiệu quả đồng vốn, hoa màu, lợi ích môi trường, nước sau biogas, vi sinh vật đất. ii ABSTRACT The effluent of biogas digester from the biogas system contains high levels of organic matter, nitrogen, and phosphorus that have been discharged into the receiving water body so there is a risk of pollution of the receiving water body; therefore, the project "Research on using effluent from biogas digester growing cash crop" had been conducted to salvage the nutrients of the effluent from biogas digesters to replace chemical fertilizers for crop cultivation, contribute to limiting the pollution of livestock environment and improve the household income. The research had been carried out in turn on indoor experiments to field experiments; the results showed that the effluent of biogas digester provided available nitrogen for the soil including ammonium nitrogen, nitrate nitrogen; available nitrogen increased in proportion to microorganism activity and the volume of the effluent.

In cropland irrigated by the effluent, soil microorganism activity was positively correlated with the available nitrogen content in the soil. Under potted planting, maize in the effluent from biogas digester watering treatment at the rate of 75%, okra in 100% had the same growth as the chemical fertilization treatment. The soil planting maize, okra, and cucumber in the farm household had high available nitrogen content from seeding to flowering period, and decreased until harvest; residual nitrogen content in irrigated effluent soil was lower than that of chemical fertilizers. The density of microorganisms soil for cucumbers watered effluent was higher than that of chemical fertilizers from sowing to flowering period.

The environmental benefit of using effluent from biogas in the cultivation of maize, okra, and cucumber was reducing the amount of effluent from biogas discharged into water bodies were 35, 30.3 L/m2/crop respectively, reducing 100% of the chemical fertilizer was manured to the soil, the capital efficiencies were higher than that of chemical fertilizer for the maize and cucumber planting. Growing cucumber with the biogas effluent adsorbed material helped to decrease the amount of biogas effluent higher than the irrigation method, but the capital efficiency was the negative value. Maize, okra, and cucumber fruits reached food safety standards of nitrate, E.coli and the brittle was equivalent to the chemical fertilizer treatment, sweeter than the chemical fertilizer treatment. Based on the results of the experiments, the instructions for using effluent from biogas digester for cultivating maize and cucumber at the household scale had been developed.

In the scope of the thesis, it is necessary to study on the physical properties, organic matter, and the nitrogen metabolism microorganism in soil over many crops. Keywords: available nitrogen, capital efficiency, cash crop, effluent from biogas digester, environmental benefits, soil microorganisms. iii MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ ………………………………………………. iii LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………….

iv MỤC LỤC ………. v DANH SÁCH BẢNG…. viii DANH SÁCH HÌNH. x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.

xii Chƣơng 1: GIỚI THIỆU ………………………………….2 Mục tiêu nghiên cứu ……………………….3 Nội dung nghiên cứu ………………………….4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ……………………………….5 Ý nghĩa của luận án ………………………………………………… 3 1.6 Điểm mới của luận án ……………………………………….… 4 Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ………………………………….1 Tổng quan về biogas và công nghệ biogas………………….4 Chất thải sau biogas (chất thải biogas) ……………….5 Nƣớc sau biogas (nƣớc thải biogas) ………………………….6 Thực trạng về sử dụng nƣớc sau biogas trên địa bàn thành phố Cần Thơ ……………………………………………………………. Các nghiên cứu sử dụng nƣớc sau biogas ………………………….1 Sử dụng nƣớc sau biogas tƣới cho hoa màu ………………….2 Sử dụng vật liệu hấp phụ nƣớc sau biogas trồng hoa màu ……….3 Tổng quan về đạm trong cây và trong đất …………………….1 Đạm trong cây………………………….2 Đạm trong đất ……………………………………………….4 Tổng quan về cây bắp, đậu bắp và dƣa leo ………………………… 22 2.2 Cây đậu bắp ……………………………………………………. 31 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………….1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu………………….2 Phƣơng tiện thí nghiệm …………………………………………….1 Nƣớc sau biogas cho thí nghiệm ………………………………….2 Nƣớc kênh tƣới cho hoa màu ………………………….3 Đất thí nghiệm …………………………………………………… 41 3.4 Phân hóa học sử dụng cho thí nghiệm ………….5 Xỉ than tổ ong …………………………………………………….6 Các giống cây trồng sử dụng cho thí nghiệm …………….3 Phƣơng pháp nghiên cứu …………………………………………… 44 v 3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu khả năng cung cấp đạm hữu dụng, hoạt động của vi sinh vật đất của nƣớc sau biogas và đánh giá tăng trƣởng của cây bắp, cây đậu bắp trồng trong chậu………………….2 Nội dung 2: Nghiên cứu diễn biến đạm hữu dụng, vi sinh vật trong đất và năng suất trồng cây bắp, cây đậu bắp, cây dƣa leo tƣới nƣớc sau biogas trong điều kiện ngoài đồng…………………….3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả môi trƣờng, hiệu quả kinh tế và đề xuất hƣớng dẫn sử dụng nƣớc sau biogas canh tác hoa màu …….4 Phƣơng pháp thu mẫu .5 Phƣơng pháp phân tích mẫu ……………………………………….3 Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu của cây trồng ……………….6 Phƣơng pháp tính toán ……………………………………………… 64 3.1 Lƣợng đạm cung cấp cho đất …………………………………….2 Lƣợng phân hóa học đƣợc sử dụng cho cây trồng trong chậu …… 64 3.3 Thể tích nƣớc sau biogas đƣợc sử dụng cho cây theo lƣợng phân N hóa học…………………………………………………………….4 Lƣợng xỉ than tổ ong đƣợc sử dụng để hấp phụ nƣớc sau biogas .5 Thể tích nƣớc sau biogas đƣợc sử dụng để trồng cây với xỉ than tổ ong .6 Lƣợng chất ô nhiễm giảm đƣợc khi canh tác hoa màu trên mỗi vụ 65 3.7 Tổng chi phí, tổng thu, lợi nhuận, hiệu quả đồng vốn .7 Phƣơng pháp xử lý số liệu …………………………………………. 66 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………….