TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
THỰC TRẠNG PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP RƠM RẠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.1.1 Thực trạng phế thải nông nghiệp rơm rạ trên thế giới
Với sự gia tăng sản lượng lúa gạo, việc quản lý sản phẩm phụ từ cây lúa và cây trồng ngắn ngày đang trở thành thách thức và cơ hội Trong nông nghiệp truyền thống, phế thải nông nghiệp thường được chuyển ra khỏi cánh đồng và sử dụng cho các mục đích như đun nấu hay cho gia súc Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển, lượng phế thải sau thu hoạch quá lớn, dẫn đến việc người dân không sử dụng hết và thường xử lý bằng cách đốt hoặc vùi lấp Việc đốt phế thải nông nghiệp hiện vẫn phổ biến nhưng ngày càng bị chỉ trích do gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Thực trạng phế thải nông nghiệp rơm rạ của một số nước trên thế giới
Tại Thái Lan, việc sử dụng rơm rạ để sản xuất năng lượng thương mại vẫn chưa phát triển do thiếu các biện pháp khuyến khích và hỗ trợ cho nông dân Hệ quả là họ thường đốt rơm rạ ngay trên đồng, dẫn đến ô nhiễm môi trường với khoảng 20 đến 30 triệu tấn phế thải rơm rạ bị đốt mỗi năm sau khi thu hoạch lúa Mặc dù việc đầu tư vào các phương pháp tận dụng rơm rạ có thể tốn kém và không hiệu quả, nhưng đốt rơm rạ vẫn là phương pháp phổ biến nhất, đặc biệt là ở miền Trung Thái Lan, để chuẩn bị cho vụ mùa tiếp theo.
Mỗi năm, Nhật Bản sản xuất hàng triệu tấn sản phẩm phụ từ nông nghiệp sau mùa thu hoạch, với gạo và lúa là hai loại có sản lượng lớn nhất.
Bảng 2.1 Sản lượng các loại sản phẩm phụ nông nghiệp hàng năm (2007) Cây trồng Sản lượng (tấn/năm) Sản lượng bã dư (tấn/năm)
Theo Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia (2010), tại Nhật Bản, rơm lúa được xử lý chủ yếu bằng cách cày xới lại vào đất (61,5%), làm thức ăn cho động vật (11,6%), và sử dụng làm phân xanh (10,1%) Ngoài ra, rơm cũng được dùng để lợp mái chuồng nuôi gia súc (6,5%), làm vật liệu che phủ trên ruộng (4%), và sản xuất đồ thủ công (1,3%) Chỉ có 4,6% rơm lúa được tiêu hủy bằng cách đốt cháy, tuy nhiên, hình thức chính để phân hủy rơm hiện nay vẫn là bón lại cho đồng.
Hình 2.1 Các hình thức sử dụng rơm rạ tại Nhật Bản
Trung Quốc, quốc gia nông nghiệp lớn, có nền nông nghiệp lúa gạo phong phú, với rơm rạ chiếm 72,2% nguồn năng lượng sinh khối toàn quốc, đứng đầu thế giới và chiếm 17,29% sản lượng toàn cầu Các loại cây trồng chính cung cấp rơm bao gồm lúa mì, lúa mạch và lúa gạo Sau khi thu hoạch, nông dân cần nhanh chóng loại bỏ lượng lớn rơm để chuẩn bị cho mùa vụ tiếp theo; phương pháp đốt rơm hiện nay được ưa chuộng vì tính hiệu quả và chi phí thấp Tuy nhiên, việc đốt rơm trực tiếp để sản xuất năng lượng sinh khối gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm ô nhiễm không khí nghiêm trọng và mất mát các nguồn tài nguyên sinh học quý giá.
PM2.5, SO3, CO, NH3, VOC và NOx là những chất ô nhiễm không khí quan trọng Đặc biệt, rơm rạ đóng góp lớn vào việc hình thành sương mù trong mùa thu hoạch lúa ở Trung Quốc (L Zhang et al., 2016).
Việc đốt rơm gây ra nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng Ở những vùng thiếu rơm, nông dân thường phải chặt phá gỗ để bù đắp, dẫn đến tổn thất lớn cho hệ sinh thái địa phương Ngược lại, tại các khu vực giàu có, rơm bị loại bỏ và đốt ngay trên đồng ruộng, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường.
Lúa là một trong những cây trồng chủ yếu ở miền Trung và miền Nam Trung Quốc, với sản lượng hàng năm đạt 230 triệu tấn rơm Khoảng 43% rơm lúa bị đốt tại cánh đồng, 10% được sử dụng cho việc nấu ăn, trong khi phần còn lại được dùng vào các mục đích khác Mặc dù có nhiều phương pháp tái sử dụng rơm như làm thức ăn cho động vật, nhiên liệu, và sản xuất giấy, vẫn còn một lượng lớn rơm chưa được khai thác, dẫn đến các vấn đề về môi trường và an toàn.
Hình 2.2 Các hình thức sử dụng rơm rạ tại Trung Quốc
Malaysia là một quốc gia lâu nay phải nhập khẩu gạo, nhưng vẫn duy trì sản xuất lúa gạo trong nước để đáp ứng nhu cầu của người dân Hàng năm, Malaysia sản xuất hàng triệu tấn lúa gạo, đồng nghĩa với việc phát sinh một lượng lớn phế thải thực vật, chủ yếu là rơm rạ Lượng rơm rạ này gia tăng theo tỷ lệ tương ứng với sản lượng gạo Cụ thể, vào năm 2010, sản lượng lúa gạo của Malaysia đạt hơn 2,5 triệu tấn, dẫn đến việc tạo ra một khối lượng rơm rạ tương đương.
Theo truyền thống của Malaysia, rơm rạ là sản phẩm phụ nông nghiệp đa năng trong canh tác lúa, được sử dụng để làm thức ăn cho gia súc và làm vật liệu xây dựng Tuy nhiên, quy mô và năng suất lúa ngày càng tăng đã tạo ra lượng rơm rạ dư thừa lớn Phương pháp tiết kiệm và hiệu quả nhất để xử lý rơm rạ là đốt ngay tại đồng ruộng, được người dân Malaysia coi là phương pháp xử lý phù hợp nhất.
Tại Malaysia, nông dân coi đốt rơm rạ là phương pháp xử lý hiệu quả nhất Phương pháp này không chỉ giúp kiểm soát dịch hại mà còn chuẩn bị đất cho vụ gieo trồng mới Đốt rơm rạ còn giải phóng các chất dinh dưỡng từ dư lượng thực vật, góp phần vào chu kỳ canh tác tiếp theo.
Năm 2007, với diện tích 2,5 ha, năng suất trung bình đạt 3,5 tấn gạo mỗi năm, tương đương với khoảng 8,75 tấn rơm rạ được sản xuất (Adam Jonh, 2013) Để xử lý lượng sản phẩm phụ lớn từ lúa gạo sau thu hoạch, phương pháp tiết kiệm và hiệu quả nhất là đốt cháy sinh khối ngay trên ruộng lúa.
Tình trạng đốt rơm rạ sau thu hoạch lúa tại Ấn Độ, đặc biệt ở Delhi, UP, Punjab, Rajasthan và Haryana, ngày càng trở nên phổ biến Các địa phương này có hai hoặc nhiều mùa trồng trọt, với mùa trồng từ tháng 5 đến tháng 9 và mùa còn lại từ tháng 11 đến tháng 4 Nông dân thường đốt rơm rạ trên cánh đồng để dọn sạch ruộng sau khi thu hoạch, nhằm chuẩn bị cho việc gieo lúa mì trước mùa đông.
Hình 2.3 Nông dân đốt rơm trong ruộng tại Delhi, Ấn Độ
Việc đốt rơm rạ sau thu hoạch tại Ấn Độ đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, với mức độ carbon dioxide trong không khí tăng 70% và nồng độ carbon monoxide, nitrogen dioxide tăng lần lượt 7% và 2,1%, dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như bệnh hô hấp và tim mạch Hơn nữa, việc này cũng làm mất đi một lượng lớn dinh dưỡng trong đất, với khoảng 1,5 lakh 12 tấn chất dinh dưỡng bị mất mỗi năm, bao gồm 6-7 kg nitơ, 1-1,7 kg phốt pho, 14-25 kg kali và 1,2-1,5 kg lưu huỳnh trên mỗi tấn rơm Để giải quyết vấn đề này, Chính phủ Ấn Độ đã ban hành các sắc lệnh cấm đốt rơm, nhưng việc thực hiện vẫn chưa được người dân nghiêm túc chấp hành.
California là bang sản xuất lúa gạo lớn nhất tại Mỹ, với 95% diện tích trồng lúa nằm ở thung lũng Sacramento, chiếm khoảng 500.000 mẫu đất Khu vực này hàng năm sản xuất hơn 1 triệu tấn rơm, thường được đốt sau khi thu hoạch và sau đó cày trộn với đất Tuy nhiên, do lo ngại về môi trường, từ năm 1991, Mỹ đã ban hành luật hạn chế việc đốt rơm rạ, yêu cầu nông dân giảm diện tích đốt theo lộ trình Đến năm 1997, chỉ có 13.500 tấn rơm được sử dụng bên ngoài, trong khi khoảng 95% rơm vẫn được cày trở lại đất Đến năm 2000, chỉ khoảng 2% rơm rạ được sử dụng cho mục đích thương mại.
2.1.2 Thực trạng phế thải rơm rạ tại Việt Nam
THÀNH PHẦN VÀ ỨNG DỤNG CỦA RƠM RẠ
2.2.1 Thành phần của rơm rạ
Trong các hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thường được thu gom và sử dụng cho việc đun nấu hoặc làm thức ăn cho gia súc Tuy nhiên, do lượng rơm rạ ngày càng lớn và sự phát triển kinh tế - xã hội, nhiều người không còn sử dụng hết, dẫn đến việc đốt rơm rạ ngay trên đồng ruộng Hành động này ngày càng phổ biến, đặc biệt tại các nước Châu Á, và đang trở thành một mối nguy cho môi trường cũng như sức khỏe cộng đồng.
Rơm rạ có thành phần hóa học chủ yếu là xenluloza, lignin, đạm hữu cơ và chất béo, tính theo khối lượng khô Cụ thể, theo nguyên tố, carbon (C) chiếm 40%, hyđrô (H) 5%, oxy (O) 49%, nitơ (N) khoảng 0,92%, và một lượng rất nhỏ photpho (P) và lưu huỳnh (S) cùng là 0,1%, trong khi kali (K) chiếm khoảng 0,88%.
Bảng 2.3 Các thành phần chính của rơm rạ
Thành phần Tỷ lệ trong rơm rạ (%)
5 Nguồn: T.T.Ngọc Sơn và cs (2014) 2.2.2 Ứng dụng của rơm rạ
Theo truyền thống, rơm rạ sau thu hoạch được sử dụng chủ yếu làm chất đốt, làm vật liệu trong gia đình, nuôi gia súc và trồng nấm.
Làm mũ, dép, xăng dan, bện dây thừng
Mũ bện từ rơm rạ đã từng rất phổ biến ở Anh vài trăm năm trước Ngoài ra, người Nhật và Triều Tiên cũng có truyền thống sử dụng rơm rạ để làm dép, xăng đan và đồ thủ công mỹ nghệ Tại Đức, đặc biệt ở vùng Black Forest và Hunsruck, dép rơm thường được sử dụng trong nhà hoặc trong các lễ hội.
Rơm rạ vẫn được sử dụng rộng rãi trên thế giới làm đệm giường cho con người và làm ổ cho vật nuôi, đặc biệt là các loại súc vật nhai lại như trâu bò và ngựa Mặc dù nó cũng có thể được dùng cho các loài động vật nhỏ, nhưng việc này có thể gây thương tổn cho chúng do những sợi rơm sắc nhọn có khả năng cứa vào miệng, mũi và mắt.
Trước đây, nông dân ở nông thôn thường sử dụng rơm rạ, lau sậy và các vật liệu tương tự để lợp mái nhà nhẹ và không thấm nước Rơm được trồng riêng và thu hoạch bằng tay hoặc bằng máy gặt bó, tạo ra những tấm lợp hiệu quả cho ngôi nhà nông thôn.
Làm thức ăn cho động vật
Rơm rạ là một nguồn thức ăn thô cho gia súc, cung cấp năng lượng trong thời gian ngắn và có hàm lượng dinh dưỡng có thể tiêu hóa Việc tiêu hóa rơm rạ giúp tạo ra nhiệt trong ruột, hỗ trợ duy trì nhiệt độ cơ thể trong mùa đông lạnh Tuy nhiên, do nguy cơ cọ xát mạnh và hàm lượng dinh dưỡng thấp, rơm rạ chỉ nên được sử dụng như một phần trong chế độ ăn của gia súc.
Trồng nấm ăn được từ phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ không chỉ là một phương pháp hiệu quả để giảm thiểu chất thải, mà còn tạo ra giá trị gia tăng bằng cách biến đổi nguyên liệu tưởng chừng như phế thải thành thực phẩm bổ dưỡng cho con người.
Trồng nấm là một phương pháp sinh học hiệu quả để tận dụng nguồn rơm rạ, với khả năng tái sử dụng nguồn nguyên liệu này Nấm không chỉ giàu protein mà còn là thực phẩm ngon miệng, do đó, sản lượng nấm tại các quốc gia trồng lúa đã liên tục tăng trưởng trong những năm gần đây.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp rơm rạ và hạt bông trong trồng nấm mang lại hiệu quả chuyển hóa sinh học tối ưu, đạt 12,82% Tỷ lệ này được xác định dựa trên phần trăm chuyển hóa chất nền thành thân cây nấm trên cơ sở trọng lượng khô.
Trồng nấm là một giải pháp hiệu quả để giảm ô nhiễm môi trường từ các phương pháp xử lý truyền thống như đốt rác hay cày xới đất Việc trồng nấm trên nền rơm rạ không chỉ giúp xử lý phế thải mà còn tạo ra cơ hội kinh tế cho nông dân, biến phế liệu thành nguồn nguyên liệu quý giá Điều này không chỉ thúc đẩy sản xuất nấm giàu dinh dưỡng mà còn phát triển các cơ sở kinh doanh bền vững trong ngành nông nghiệp.
Với hiệu suất chuyển hóa sinh học 10% và 90% hàm lượng ẩm ở nấm tươi, một tấn rơm rạ khô có thể sản xuất khoảng 1000 kg nấm sò Điều này cho thấy trồng nấm không chỉ mang lại lợi nhuận cao mà còn là giải pháp hiệu quả để tận dụng rơm rạ, giúp giảm thiểu phế thải một cách thân thiện với môi trường.
Rơm rạ là nguồn nguyên liệu quý giá có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong ngành hóa chất, nơi nó được sử dụng làm nguyên liệu thô để sản xuất các sản phẩm hóa chất.
Bảng 2.4 Ứng dụng rơm rạ trong nông nghiệp Phủ đất Phủ một lớp vật liệu chết (không hoạt động) lên bề mặt đất
Phân ủ là quá trình phân giải giúp khôi phục các chất dinh dưỡng và thành phần hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp Việc lót ổ cho gia súc bằng phân ủ không chỉ cải thiện môi trường sống của chúng mà còn phổ biến trong chăn nuôi gia súc, mang lại lợi ích cho sức khỏe và năng suất của vật nuôi.
Chất nền trong trồng trọt
Các khối kiện rơm rạ có thể sử dụng trong sản xuất nhiều loại cây trồng, dưa chuột, cà chua, cây cảnh,
Chống sương giá Thường được ứng dụng kết hợp với phương pháp phủ đất và phân ủ trong khí hậu giá rét
Nuôi giun Sử dụng làm phương tiện nuôi giun
Gieo hạt trong nước với rơm rạ nghiền sợi là một phương pháp hiệu quả để trồng cây dọc theo các bờ dốc đứng, giúp ngăn chặn tình trạng xói mòn đất.
CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ RƠM RẠ SAU THU HOẠCH HIỆN ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
2.3.1 Các biện pháp xử lý rơm rạ trên thế giới
Biện pháp vùi rơm rạ vào đất
Sau khi thu hoạch lúa, rơm rạ còn lại trên cánh đồng được phơi khô một lần Đến vụ tiếp theo, chúng sẽ bị vùi xuống mặt ruộng trong quá trình cày bừa.
Biện pháp sản xuất vật liệu xây dựng
Biện pháp này không chỉ giúp giảm thiểu tài nguyên khoáng sản và chi phí xây dựng, mà còn tận dụng hiệu quả phế thải nông nghiệp Đặc biệt, nó còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường do xi măng và phế thải nông nghiệp gây ra.
Từ rất lâu, con người đã biết ủ lá cây, phân gia súc thành phân hữu cơ để bón cho cây trồng, tiết kiệm được chi phí cho sản xuất
Quá trình ủ là sự phân giải các chất hữu cơ trong chất thải nông nghiệp và sinh hoạt nhờ vào vi sinh vật như nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn Có hai phương pháp ủ chính: ủ hiếu khí và ủ kị khí Trong ủ hiếu khí, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ có mặt oxy, tạo ra sản phẩm như CO2, NH3, nước, nhiệt và sinh khối vi sinh vật Ngược lại, ủ kị khí diễn ra trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng bao gồm CH4, CO2, NH3, axit hữu cơ, nhiệt và sinh khối vi sinh vật.
Việt Nam, một quốc gia nông nghiệp với gần 80% dân số làm nông, đang đối mặt với vấn đề phế thải nông nghiệp sau thu hoạch, chủ yếu là rơm rạ và lõi ngô, mà chưa được khai thác hiệu quả cho việc làm phân ủ Trước đây, nông dân thường sử dụng phế thải này để đun nấu và làm thức ăn cho gia súc, nhưng với quá trình đô thị hóa nhanh chóng và đời sống cải thiện, nhu cầu sử dụng rơm rạ đã giảm Thay vào đó, nông dân thường chọn giải pháp đốt rơm rạ trên đồng ruộng để giải phóng đất, dẫn đến ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và an toàn giao thông.
Phế thải nông nghiệp không chỉ được xử lý mà còn được tận dụng để sản xuất cồn ethanol, làm thức ăn cho gia súc, lót chuồng và trồng nấm Đáng chú ý, vào tháng 6/2011, công ty Sud-Chemie AG đã khởi công dự án nhà máy sản xuất ethanol từ rơm rạ tại Straubling, Đức, với công suất 1000 tấn/năm Quá trình này sử dụng công nghệ sinh học, với các enzym phân hủy xenlulozơ và hemixenluloza thành đường, sau đó chuyển đổi thành cồn bằng men đặc biệt, giúp tăng hiệu suất sản xuất lên tới 50% Lignin thu được sẽ được sử dụng để cung cấp điện cho nhà máy Công nghệ này cũng tiết kiệm 50% năng lượng trong quá trình phân tách cồn so với chưng cất thông thường, đồng thời giảm phát thải CO2 tới 95%.
2.3.2 Các biện pháp xử lý rơm rạ tại Việt Nam Ở Việt Nam, ngoài phương pháp đốt trực tiếp tại ruộng thì một số địa phương đã sử dụng rơm rạ để trồng nấm và sản xuất phân hữu cơ vi sinh
- Sử dụng rơm để trồng nấm rơm:
Nấm rơm là thực phẩm được ưa chuộng ở châu Á, đặc biệt là tại Việt Nam, nơi nấm được trồng chủ yếu trên rơm rạ và các nguyên liệu khác như lục bình, bã mía Nấm rơm có thể được trồng ở cả ngoài trời và trong nhà, nhưng phương pháp phổ biến nhất hiện nay là trồng ngoài trời, tận dụng diện tích đất trống Nấm rơm chứa nhiều chất dinh dưỡng, với hàm lượng protein cao (2,66 - 5,05%) và 19 loại acid amin, trong đó có 8 loại không thay thế, mà không làm tăng cholesterol trong máu Ngoài ra, nấm rơm còn có hàm lượng chất xơ cao và lipid thấp, giúp phòng ngừa các bệnh như huyết áp cao, béo phì, xơ cứng động mạch và các vấn đề về đường ruột.
Trồng nấm rơm đã trở thành một nghề mang lại hiệu quả kinh tế cao tại các tỉnh miền Nam Việt Nam, với sản lượng nấm rơm tăng trưởng ấn tượng qua các năm Từ vài trăm tấn vào năm 1990, sản lượng đã vươn lên trên 40.000 tấn vào năm 2003 và hiện nay đạt khoảng 100.000 tấn mỗi năm Các tỉnh phía Nam không chỉ sản xuất nấm rơm mà còn chế biến thành nấm rơm muối đóng hộp với hàng nghìn tấn xuất khẩu mỗi năm Thị trường tiêu thụ lớn nhất cho nấm ăn hiện nay bao gồm Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan/Trung Quốc và các nước châu Âu, với mức tiêu thụ bình quân theo đầu người tại châu Âu ngày càng tăng.
Mỹ tiêu thụ khoảng 2-3 kg nấm/người/năm, trong khi Nhật Bản và Úc là 4 kg/người/năm Tại thị trường nội địa, lượng nấm tiêu thụ cũng lên đến vài chục nghìn tấn mỗi năm Đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển nghề trồng nấm, đặc biệt là nấm rơm, khi khu vực này cung cấp phần lớn sản lượng nấm rơm cho cả nước và sở hữu đầy đủ điều kiện thuận lợi để phát triển mạnh mẽ ngành nghề này.
Các tỉnh phía Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc trồng nấm rơm quanh năm, nhờ vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng và tháng lạnh không lớn.
Bình quân, từ 1 tấn lúa, có thể thu được khoảng 1,2 tấn nguyên liệu trồng nấm như rơm và rạ Nếu tính thêm các phế phẩm khác như mạt cưa, lục bình và bã mía, khu vực này sẽ có nguồn nguyên liệu phong phú để phát triển nghề trồng nấm rơm.
+ Trồng nấm không cần nhiều diện tích, chủ yếu là tận dụng những khoảng trống quanh nhà để chất nấm như: sân vườn, mái hiên,…
Trong mùa lũ, nông dân thường gặp nhiều thời gian nhàn rỗi do không có công việc sản xuất, dẫn đến việc tìm kiếm nguồn thu nhập trở nên khó khăn Một giải pháp hiệu quả là trồng nấm rơm, vì hoạt động này không yêu cầu kỹ thuật phức tạp, cho phép cả lao động phụ cũng có thể tham gia Việc tận dụng thời gian này không chỉ giúp nông dân cải thiện thu nhập mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.
Chi phí đầu tư cho trồng nấm chỉ khoảng 2.560.000 đồng trên 100m², trong khi lợi nhuận thu được lên tới 9.500.000 đồng Với vòng quay vốn nhanh, mô hình này rất phù hợp cho nhiều hộ gia đình.
Trồng nấm rơm không chỉ tạo ra nguồn thực phẩm bổ sung mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cho nông dân và cộng đồng, góp phần giải quyết tình trạng thiếu hụt thực phẩm ở nước ta.
Các địa phương phía Nam, đặc biệt là Phú Yên, đang phát triển mạnh nghề trồng nấm rơm với quy trình mới từ Trung tâm Công nghệ sinh học Việt Nam, được nông dân huyện Sơn Hòa đón nhận tích cực Tại An Giang, diện tích trồng nấm rơm dự kiến sẽ tăng gấp năm lần trong giai đoạn 2006 - 2010 nhờ Đề án phát triển nghề trồng nấm và hỗ trợ tín dụng Năm 2006, Chi cục Hợp tác xã và Phát triển nông thôn An Giang đã phối hợp với các doanh nghiệp xây dựng 11 cơ sở sơ chế và tiêu thụ nấm Ngoài ra, các tỉnh như Sóc Trăng, Long An, Tiền Giang và Đồng Tháp cũng đang phát triển nghề trồng nấm, trong đó Sóc Trăng mang lại thu nhập cao cho nông dân nhờ giá trị xuất khẩu.
VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG DO ĐỐT RƠM RẠ NGOÀI ĐỒNG RUỘNG
Châu Á xử lý tổng cộng 730 Tg sinh khối bằng phương pháp đốt ngoài trời, trong đó 250 Tg đến từ nông nghiệp Hoạt động này, mặc dù là truyền thống nhằm chuẩn bị đất cho vụ mùa tiếp theo và loại bỏ dư thừa, nhưng cũng góp phần vào ô nhiễm không khí toàn cầu Đốt rơm rạ và các phế thải nông nghiệp, bao gồm cả nhiên liệu sinh khối và rác thải, thải ra các chất ô nhiễm như bụi mịn (PM2.5, PM10), SO2, NOx, CO, CO2 và NH3.
Muội than, hay còn gọi là carbon đen (BC), là một trong những hợp phần quan trọng trong bụi, ngoài CH4 và các hydrocarbon không metan (NMHC) Với khả năng hấp thụ ánh sáng, BC được coi là một trong những yếu tố chính gây nóng bầu khí quyển, chỉ sau CO2 (Hoàng Anh Lê và cs., 2013).
Việc đốt sinh khối thải ra nhiều chất phát thải gây hại cho môi trường, góp phần vào biến đổi khí hậu và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Tại châu Á, các nghiên cứu cho thấy hàng năm lượng phát xạ từ đốt sinh khối ngoài trời ước tính đạt 0,37 Tg SO2, 2,8 Tg NOx, 1100 Tg CO2, 67 Tg CO và 3,1 Tg PM2.5.
Theo ước tính, lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trồng đạt khoảng 0,10 Tg SO2, 0,96 Tg NOx, 379 Tg CO2, 23 Tg CO và 0,68 Tg CH4 (D.Streets et al., 2003).
Người dân vùng nông thôn lâu nay sử dụng rơm rạ để đun nấu, nhưng với sản lượng lúa gia tăng, lượng phế thải từ rơm rạ cũng tăng theo, dẫn đến việc đốt rơm ngoài trời gây ô nhiễm môi trường Một phần rơm rạ còn lại trên đồng ruộng sẽ được cày lấp vào đất làm phân bón cho vụ mùa sau, nhưng tỷ lệ phân hủy kỵ khí phụ thuộc vào độ ẩm của đất, ảnh hưởng đến lượng CH4 phát thải Mặc dù rơm trộn vào đất cung cấp dinh dưỡng cho vụ mùa tiếp theo, nhưng cũng có thể gây bệnh cho cây và ảnh hưởng đến sản lượng do sự bất ổn định hàm lượng nitơ Điều này giải thích lý do tại sao việc đốt rơm rạ thường được thực hiện để xử lý phế thải.
Bụi mịn là một trong sáu yếu tố chính gây ô nhiễm không khí, đặc biệt nghiêm trọng tại các nước đang phát triển Tác hại của bụi mịn phụ thuộc vào kích thước, thành phần và nguồn phát thải của nó.
Trong những năm gần đây, việc đốt phế thải từ cây trồng ngoài trời đã gây ra ô nhiễm không khí nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người với các chất độc hại như polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) và polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) Những chất này không chỉ gây hại cho sức khỏe mà còn có khả năng gây ung thư, đồng thời tác động tiêu cực đến môi trường và nền kinh tế Do đó, cộng đồng quốc tế đang tìm kiếm các phương pháp xử lý và tận dụng rơm rạ một cách an toàn và thân thiện với môi trường để giảm thiểu việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng.
Khí thải như SO2 và NO2 có thể tích tụ trong khí quyển, gây ra mưa axít và các bệnh hô hấp như khó thở, hen suyễn, và viêm phế quản Do đó, việc hạn chế đốt rơm rạ bừa bãi là rất quan trọng để giảm lượng khí thải độc hại, hạn chế ô nhiễm môi trường, ngăn chặn biến đổi khí hậu và giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng.
2.5 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KIỂM KÊ PHÁT THẢI DO HOẠT ĐỘNG ĐỐT RƠM RẠ NGOÀI ĐỒNG RUỘNG TRÊN THẾ GIỚI
2.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Thái Lan là một quốc gia dựa vào nông nghiệp với các loại cây trồng chính, bao gồm: lúa, sắn, mía (Nguyen Thi Kim Oanh et al., 2011)
Năm 2007, sản lượng lúa của Thái Lan đạt hơn 30 triệu tấn, dẫn đến một lượng lớn rơm rạ trên đồng ruộng Nông dân thường đốt phế phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch để chuẩn bị cho vụ mùa tiếp theo, gây ra ô nhiễm không khí nghiêm trọng Theo nghiên cứu, đốt rơm rạ chiếm khoảng 80% tổng lượng khí thải từ việc đốt phế phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt cao vào mùa khô và tại các khu vực trung tâm Thái Lan.
Hình 2.4 Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phế phụ phẩm nông nghiệp (a) và đốt rơm rạ (b) ngoài trời Thái Lan năm 2007
Chú giải: Số liệu trong ngoặc đơn: Số thứ nhất chỉ lượng khí thải (đơn vị: Gg), số thứ 2 thể hiện tỉ lệ % các khí
Hoạt động kiểm kê phát thải khí từ việc đốt phế phụ phẩm nông nghiệp tại Thái Lan được thực hiện theo không gian và thời gian Phát thải khí được phân tách theo địa giới hành chính của 76 tỉnh, cho thấy rằng các tỉnh ở trung tâm nước này có mức phát thải cao nhất, tiếp theo là khu vực Đông Bắc, Bắc và Nam đồng bằng, chủ yếu là nơi trồng lúa dọc theo sông Chaopraya Ngoài ra, lượng khí thải cũng cao hơn tại các tỉnh và đô thị lớn như Bangkok, Khonkaen và Chiang Mai.
Nghiên cứu cho thấy lượng khí thải cao nhất thường xảy ra vào mùa khô từ tháng 10 đến tháng 4, đặc biệt là trong các tháng 11 và 12, khi lúa và các cây trồng khác đang trong mùa thu hoạch Mùa khô được xác định là thời điểm ô nhiễm không khí gia tăng do các yếu tố như không khí ứ đọng, độ ẩm thấp và sự vận chuyển khí thải từ các khu vực xa hơn theo hướng gió.
Sản xuất nông nghiệp ở Indonesia tạo ra một lượng lớn phế phụ phẩm, thường được đốt cháy trên đồng ruộng sau mỗi vụ thu hoạch Việc đốt phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải rắn đô thị, đặc biệt ở các khu vực đông dân, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng Theo ước tính năm 2007, đốt rơm rạ trên đồng ruộng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lượng khí thải từ đốt sinh khối, với 92% khí CO, PM 2.5 và NOx; 81% SO2 và 84% BC Hơn 80% khí thải từ đốt phế phụ phẩm nông nghiệp xuất phát từ rơm rạ, trong khi các loại cây trồng khác chỉ đóng góp 10-20%.
Hình 2.5 Biểu đồ tỉ lệ các khí do đốt phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở
Chú giải: Số liệu trong ngoặc đơn: Số thứ nhất chỉ lượng khí thải (đơn vị: Gg), số thứ 2 thể hiện tỉ lệ % các khí
Khí thải từ việc đốt phế phụ phẩm nông nghiệp ngoài trời ở Indonesia đã được nghiên cứu theo cả không gian và thời gian Khu vực Đông Java và Nam Sumatra, nơi có hoạt động canh tác nông nghiệp chủ yếu, ghi nhận lượng khí thải cao nhất Ngoài ra, lượng khí thải tương đối cao cũng được phát hiện ở phía Bắc Sumatra, toàn bộ Java, Bali, cùng với Tây và Nam Kalimantan.
Bắc và Nam Sulawesi có lượng khí thải cao hơn so với các khu vực phía Đông của Indonesia như Papua và Maluku, nơi lúa không phải là cây lương thực chủ yếu Lượng khí thải do đốt phế phụ nông nghiệp ngoài trời thường lớn nhất vào mùa khô từ tháng 8 đến tháng 10 Trong thời gian này, việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng để chuẩn bị cho vụ gieo trồng mới gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường (D.A Permadi et al., 2013).
Trung Quốc đang đối mặt với ô nhiễm không khí nghiêm trọng, đặc biệt tại các khu vực đô thị, do tốc độ tăng trưởng dân số và kinh tế nhanh chóng Ô nhiễm chủ yếu xuất phát từ việc đốt phế phụ phẩm nông nghiệp, dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng như ngừng hoạt động của sân bay và đường cao tốc vì sương khói dày đặc Khí thải CO và NOx cũng làm giảm nồng độ OH- ở tầng đối lưu Để giải quyết vấn đề này, chính phủ đã ban hành luật cấm đốt phế phụ phẩm nông nghiệp và khuyến khích nông dân vùi chúng vào đất để tạo phân bón hữu cơ Tuy nhiên, phương pháp này tăng chi phí và lao động, khiến nhiều nông dân không áp dụng, dẫn đến việc một tỷ lệ lớn phế phụ phẩm vẫn bị đốt cháy.
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu được thực hiện tại xã Đa Tốn, một xã nông nghiệp nổi bật ở huyện Gia Lâm, Hà Nội, chuyên trồng lúa Đa Tốn là địa phương tiên phong trong việc áp dụng các giống lúa kỹ thuật cao, nhằm nâng cao năng suất sản xuất nông nghiệp.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Một số chất gây ô nhiễm môi trường không khí trong quá trình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng, bao gồm: CO2, NO2, SO2, TSP, PM2.5, PM10.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.4.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
- Điều kiện kinh tế, xã hội
- Khái quát tình hình sản xuất lúa
3.4.2 Tình hình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng tại địa bàn nghiên cứu
3.4.3 Xác định hệ số phát thải, tải lượng phát thải của một số chát gây ô nhiễm môi trường không khí từ quá trình đốt rơm rạ tại đồng ruộng
3.4.4 Kiểm kê lượng khí phát thải do đốt rơm rạ trên đồng ruộng và ảnh hưởng của khí thải tới chất lượng môi trường không khí và biến đổi khí hậu
- Kiểm kê lượng khí phát thải của một số khí trong quá trình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng
- Sử dụng mô hình Gauss tính toán sự lan truyền của một số chất khí từ quá trình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng
- Đánh giá ảnh hưởng của khí thải từ việc đốt rơm rạ ngoài đồng đến môi trường không khí và biến đổi khí hậu
3.4.5 Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu lượng khí thải phát sinh từ hoạt động đốt rơm trên đồng ruộng
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.5.1 Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp số liệu, tài liệu
Các thông tin thứ cấp được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các cơ quan hành chính nhà nước, tổ chức quốc tế, cơ quan nghiên cứu, trường đại học, tạp chí khoa học, tài liệu và văn phòng dự án.
Chọn lọc và phân tích số liệu để tính toán phát thải, theo dõi nguồn thải, từ đó lập đề cương chi tiết cho công tác thực địa Việc này nhằm bổ sung và cập nhật tài liệu, số liệu mới, đảm bảo tính thời sự và thực tiễn cho quá trình nghiên cứu của đề tài.
Ngoài việc thu thập tài liệu, chúng tôi còn tìm kiếm tranh ảnh, bản đồ và các tư liệu khác có liên quan đến hoạt động sản xuất nông nghiệp trong khu vực nghiên cứu.
3.5.2 Phương pháp khảo sát thực địa
Trong chuyến thăm quan các khu vực sản xuất lúa tại huyện Gia Lâm, chúng tôi đã tiếp xúc với cán bộ hợp tác xã để thu thập thông tin về tình hình sản xuất và lượng khí thải từ hoạt động đốt rơm rạ Điều này giúp chúng tôi có cái nhìn thực tế về tác động của khí thải đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Khảo sát thực địa được thực hiện để xác định vị trí tối ưu cho việc đo nồng độ các chất khí ô nhiễm, nhằm đảm bảo phù hợp với yêu cầu lấy mẫu và điều kiện của khu vực nghiên cứu.
Qua khảo sát thực địa tại các hộ gia đình nông dân, chúng tôi đã thu thập và bổ sung số liệu về việc sử dụng và đốt rơm Những thông tin này phục vụ cho việc tính toán lượng rơm phát sinh cũng như lượng rơm bị đốt trong toàn khu vực nghiên cứu.
3.5.3 Phương pháp điều tra phỏng vấn
Xã Đa Tốn hiện có 5 thôn, trong đó 4 thôn chuyên trồng lúa gồm Ngọc Động, Lê Xá, Đào Xuyên và Khoan Tế Để hiểu rõ hơn về tình hình đốt rơm rạ ngoài đồng ruộng, tôi đã tiến hành phỏng vấn 20 hộ trồng lúa tại thôn Ngọc Động.
Trong nghiên cứu tại Lê Xá, thôn Đào Xuyên và thôn Khoan Tế, tổng cộng 80 phiếu phỏng vấn đã được thực hiện Các nông hộ được chọn ngẫu nhiên và phỏng vấn trực tiếp bằng phiếu phỏng vấn đã được chuẩn bị sẵn, tập trung vào các nội dung chính như diện tích đất trồng lúa, hình thức sử dụng rơm, biện pháp xử lý rơm sau thu hoạch, số vụ lúa sản xuất trong năm, hình thức thu hoạch, giống lúa sử dụng và năng suất.
Quá trình phỏng vấn được tiến hành qua các bước:
Bước 1: Soạn phiếu phỏng vấn
Bước 2: Tiến hành phỏng vấn thử 05 hộ dân trồng lúa để kiểm tra tính phù hợp của phiếu phỏng vấn
Bước 3: Hiệu chỉnh phiếu phỏng vấn cho phù hợp
Bước 4: Tiến hành phỏng vấn tại khu vực được lựa chọn
3.5.4 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu
3.5.4.1 Lựa chọn điểm lẫy mẫu Để kiểm kê phát thải, tôi sẽ tính toán và xác định hệ số phát thải của một số chất khí trong quá trình đốt rơm rạ Hệ số phát thải phải đảm bảo được tính khách quan của đề tài, tại địa bàn nghiên cứu tôi lựa chọn 2 điểm và lấy 3 mẫu Các điểm được lựa chon lấy mẫu có tập quán đốt rơm sau mỗi vụ thu hoạch lúa vẫn là lựa chọn hàng đầu của người nông dân, bao gồm:
+ Thôn Đào Xuyên- xã Đa Tốn, giống lúa trồng là giống TH3-3: lấy 1 mẫu + Thôn Khoan Tế - xã Đa Tốn, giống lúa trồng là giống Thiên ưu 8: lấy
Mỗi cánh đồng chỉ trồng một giống lúa duy nhất, đảm bảo không có sự pha trộn với các giống lúa khác Hơn nữa, hai điểm được chọn để lấy mẫu đáp ứng đầy đủ các tiêu chí, bao gồm việc không nằm gần đường giao thông và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường khác.
Hình 3.1 minh họa vị trí lấy mẫu tại xã Đa Tốn Trong phần 3.5.4.2, việc lấy mẫu ngoài hiện trường được thực hiện nhằm đo đạc các thông số ô nhiễm phát thải trước và trong quá trình đốt.
6 điểm lựa chọn có tần suất đốt rơm cao, tiến hành đo đạc đồng thời các yếu tố khí tượng trước khi đốt của từng điểm đo
Vị trí lấy mẫu thôn ĐàoXuyên
Vị trí lấy mẫu thôn Khoan Tế
Các thiết bị sử dụng lấy mẫu Đối tượng quan trắc
Thông số Thiết bị Phương pháp quan trắc Điều kiện khí tượng
Nhiệt độ Thiết bị Madel Kestral
4000 Thiết bị đo vi khí hậu
Tốc độ gió, Hướng gió Độ ẩm
Bụi PM 2,5 Thiết bị MiniVol TAS AS/NZS
3580.9.7:2009 Bụi PM 10 Thiết bị MiniVol TAS
SO 2 Túi plastic thể tích 2l SOP-PT-01
CO Túi plastic thể tích 2l Máy đo khí CO 2
CO 2 Máy lấy mẫu khí Kimoto MASA 704A
Để đảm bảo tính chính xác trong việc xác định hệ số phát thải, việc lấy mẫu nền trước khi đốt là cần thiết Mỗi địa điểm đốt sẽ được lấy một mẫu nền tương ứng, giúp xác định môi trường nền tại hai địa điểm khác nhau.
Tại vị trí lấy mẫu, thiết bị được đặt ở độ cao 1,5m so với mặt đất để lấy mẫu nền trong 2 giờ cho các thông số TSP, PM10, PM2.5 và trong 1 giờ cho SO2, NO2 Các thông số vi khí hậu được đo ở độ cao 2m với tần suất 20 phút một lần trong suốt quá trình lấy mẫu nền.
Các thiết bị lấy mẫu được đặt cố định theo hướng gió, cách ruộng lúa khoảng 5m để giảm thiểu ảnh hưởng nhiệt từ đám cháy Chúng được bố trí theo hình tam giác đều với cạnh 1m, đảm bảo lấy mẫu đồng đều trong khói cháy mà không làm xáo trộn lưu lượng đầu vào Quá trình lấy mẫu bắt đầu khi ngọn lửa ổn định và tiếp tục cho đến khi đám cháy kết thúc Các thông số vi khí hậu được đo trước, trong và sau khi lấy mẫu.
- Tại thôn Đào Xuyên (mẫu đốt số 1): Lấy mẫu vào buổi sáng ngày 24/10/2016 Tiến hành lấy mẫu trong 35 phút (từ 11h41 phút – 12h16 phút)
Vào chiều và tối ngày 24/10/2016, tại thôn Khoan Tế, việc lấy mẫu được thực hiện trên cánh đồng rộng lớn với hai vị trí khác nhau, cụ thể là mẫu đốt số 2 và mẫu đốt số 3 Mục đích của việc này là để so sánh kết quả lấy mẫu tại các thời điểm đốt khác nhau.
+ Mẫu đốt số 2: Tiến hành lấy mẫu trong 30 phút (từ 18h01 phút – 18h31 phút)
+ Mẫu đốt số 3: Tiến hành lấy mẫu trong 20 phút (từ 19h10 phút – 19h30 phút)
