́ ĐẠI HỌC QUÔC GIA HÀ NỘI ̀ TRƢƠNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN - Mai Thị Trang NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VÀ QUẢN LÝ RƠM RẠ THEO ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG TẠI HUYỆN SÓC SƠN, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp chương trình đào tạo Thạc sỹ Khoa học mơi trường tơi hồn thành kết q 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 q báu cho tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Mai Văn Trịnh tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện giúp tơi hồn thành luận văn tốt Đồng thời, xin cảm ơn lãnh đạo UBND cấp, cộng đồng huyện Sóc Sơn, Hà Nội lãnh đạo anh chị đồng nghiệp Viện Môi trường Nông nghiệp tạo điều kiện cho tơi suốt q trình thực luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu thầy bạn Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Học viên Mai Thị Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG, BIỂU VÀ HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 10 1.1 Cơ sở khoa học đề tài 10 1.1.1 Khái quát rơm rạ quản lý rơm rạ 10 1.1.2 Thành phần rơm rạ ảnh hưởng đốt rơm rạ tới môi trường 12 1.1.3 Than sinh học vịng tuần hồn C tồn cầu 14 1.1.4 Phát triển nông nghiệp bền vững yếu tố cần quan tâm 17 1.2.Tình hình nghiên cứu nƣớc nƣớc 18 1.2.1 Các phương thức quản lý, xử lý tận dụng rơm rạ 18 1.2.2 Ảnh hưởng bón than sinh học đến mơi trường đất và suất trồng 24 1.2.3 Thực trạng sản xuất ứng dụng than sinh học giới Việt Nam 27 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Đối tƣợng địa điểm nghiên cứu 31 2.2 Nội dung nghiên cứu 31 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu 31 2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 32 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng Sóc Sơn - Hà Nội 36 3.1.1 Vị trí địa lý 36 3.1.2 Điều kiện tự nhiên 36 3.1.3 Khí hậu, thời tiết 37 3.1.4 Dân cư, kinh tế, xã hội 39 3.1.5 Đất trạng sử dụng đất 45 3.2 Hiện trạng sử dụng rơm rạ tác dụng chúng đến môi trƣờng 53 3.2.1 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp địa bàn 53 3.2.2 Hiện trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp 55 3.3 Hiệu than sinh học môi trƣờng 59 3.2.1 Ảnh hưởng than sinh học đến sinh trưởng, phát triển, suất lúa 59 3.2.2 Ảnh hưởng TSH đến khả cải thiện độ phì nhiêu đất 67 3.3.3 Ảnh hưởng than sinh học đến khả giảm phát thải khí CO2 73 3.4 Đề xuất giải pháp quản lý sử dụng tốt rơm rạ đảm bảo môi trƣờng sinh thái phát triển nông nghiệp bền vững 78 3.4.1 Giải pháp quản lý, sách 78 3.4.2 Các giải pháp kỹ thuật 80 3.4.3 Giải pháp kinh tế tái sản xuất phế phụ phẩm 81 3.4.4 Hiệu kinh tế, xã hội và môi trường 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 89 DANH MỤC BẢNG, BIỂU VÀ HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ứng dụng rơm rạ nông nghiệp 20 Bảng 1.2: Ứng dụng rơm rạ lĩnh vực hóa chất 20 Bảng 2.1: Lượng than sinh học bón cho ṛng thí nghiệm 33 Bảng 3.1: Điều kiện khí hậu, thuỷ văn huyện Sóc Sơn 38 Bảng 3.2: Dân số và lao đợng huyện Sóc Sơn năm 2008 - 2010 40 Bảng 3.3: Kết sản xuất ngành kinh tế huyện Sóc Sơn năm 2008 - 2010 43 Bảng 3.4: Diện tích - Năng suất - Sản lượng loại hàng năm huyện Sóc Sơn năm 2008 - 2010 46 Bảng 3.5: Diện tích gieo trồng hàng năm (ha) 53 Bảng 3.6: Các loại trồng chủ yếu 54 Bảng 3.7: Ước tính khối lượng loại phế phụ phẩm trồng (tấn) 55 Bảng 3.8: Hiện trạng sử dụng một số loại phế phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu (%) 58 Bảng 3.9: Số liệu đo đếm tiêu sinh trưởng và suất vụ xuân 2010 60 Bảng 3.10: Ảnh hưởng than sinh học đến suất lúa vụ xuân 2010 63 Bảng 3.11: Số liệu đo đếm tiêu sinh trưởng và suất vụ mùa 2010 64 Bảng 3.12: Ảnh hưởng than sinh học đến suất lúa mùa 2010 66 Bảng 3.13: Tính chất lý hóa mẫu đất trước thí nghiệm 68 Bảng 3.14: Kết phân tích đất thí nghiệm vụ xuân 2010 68 Bảng 3.15: Kết phân tích đất thí nghiệm vụ mùa 2010 68 Bảng 3.16: Kết quan trắc phát thải khí CO2 ṛng lúa vụ mùa 2010 75 DANH MỤC BIỂU Biểu 3.1: Cơ cấu giá trị sản xuất ngành kinh tế huyện Sóc Sơn năm 2008, 2009 và 2010 44 Biểu 3.2: Hiện trạng sử dụng rơm 56 Biểu 3.3: Hiện trạng sử dụng rạ 57 Biểu 3.4: Hiện trạng sử dụng trấu 57 Biểu 3.5: Hiện trạng sử dụng ngô 58 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm 33 Hình 3.1: Điều tra nông dân trạng sản xuất sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp 55 Hình 3.2: Ṛng thí nghiệm bón than sinh học 59 Hình 3.3: Thu hoạch lúa thí nghiệm 60 Hình 3.4: Chiều cao lúa cơng thức thí nghiệm vụ xn 2010 61 Hình 3.5: Số bơng hữu hiệu/khóm cơng thức thí nghiệm vụ xn 2010 61 Hình 3.6: Số hạt chắc/bơng cơng thức thí nghiệm vụ xuân 2010 62 Hình 3.7: Năng suất lúa cơng thức thí nghiệm vụ xuân 2010 62 Hình 3.8: Chiều cao lúa cơng thức thí nghiệm vụ mùa 2010 64 Hình 3.9: Số bơng hữu hiệu/khóm cơng thức thí nghiệm vụ mùa 2010 65 Hình 3.10: Số hạt chắc/bơng cơng thức thí nghiệm vụ mùa 2010 65 Hình 3.11: Năng suất lúa cơng thức thí nghiệm vụ mùa 2010 66 Hình 3.12: Chỉ tiêu pHH2O đất trước sau thí nghiệm 69 Hình 3.13: Chỉ tiêu pHKCl đất trước sau thí nghiệm 69 Hình 3.14: Hàm lượng chất hữu đất trước sau thí nghiệm 70 Hình 3.15: Khả trao đổi cation đất trước sau thí nghiệm 71 Hình 3.16: Ni tơ tổng số đất trước sau thí nghiệm 71 Hình 3.17: Phốt tổng số đất trước sau thí nghiệm 72 Hình 3.18: Ka li tổng số đất trước sau thí nghiệm 73 Hình 3.19: Lấy mẫu khí 75 Hình 3.20: Kết quan trắc phát thải khí CO2 cơng thức 15 ngày sau cấy 76 Hình 3.21: Kết quan trắc phát thải khí CO2 công thức thời kỳ lúa trỗ 76 Hình 3.22: Kết quan trắc phát thải khí CO2 công thức thời kỳ hạt vào 77 Hình 3.23: So sánh kết quan trắc phát thải khí CO2 cơng thức thời điểm khác 77 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam một nước sản xuất lúa gạo hàng đầu giới, từ năm 2002 đến nay, trung bình nước ta sản xuất khoảng 34 triệu gạo/năm, nên lượng phế phụ phẩm lúa (rơm rạ, trấu) thải sản xuất nông nghiệp cao, khoảng 40 triệu rơm rạ năm Trước kia, hầu hết phế phụ phẩm này sử dụng sau thu hoạch làm chất đốt, làm chất độn chuồng, làm chất rải đường Ngày có nhiều lượng thay điện, gas, xăng dầu nên rơm rạ trở nên thừa Mặt khác khoa học công nghệ chưa phát triển, phế phụ phẩm này chưa tận dụng làm nguyên liệu cho sản xuất mà bị thải bỏ bừa bãi môi trường gây ảnh hưởng đến hoạt động sống người Ngày khoa học công nghệ phát triển nên lượng phế phụ phẩm nơng nghiệp khơng cịn bị thải bỏ bừa bãi mà chúng thu gom làm nguyên liệu cho sản xuất nhiều lĩnh vực, một phần dùng làm thức ăn gia súc, một phần chế biến làm phân bón, cịn chủ yếu bị đốt bỏ đồng ṛng gây lãng phí ô nhiễm môi trường Đây là nguồn nguyên liệu dồi giá thành rẻ Việc tận dụng nguồn phế phụ phẩm làm nguyên liệu đốt cho sản xuất cơng nghiệp, sinh hoạt hay hoạt đợng khai khống giảm chi phí đầu vào cho q trình sản xuất, lại là nguyên nhân làm tăng phát thải CO2 CH4 vào khí gây nhiễm mơi trường khơng khí góp phần làm tăng tượng biến đổi khí hậu tồn cầu Các bon tàn dư thực vật đồng ruộng loại phân hữu dễ chuyển sang dạng khí nhà kính qua q trình phân hủy, đặc biệt điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam Trong bối cảnh tồn cầu tìm giải pháp hạn chế phát thải khí nhà kính sử dụng loại phân hữu phân chuồng, phân xanh, phân rác ủ có ý nghĩa trì sức sản xuất đất khơng có ý nghĩa làm giảm trình bon phát thải vào khí dạng khí nhà kính Việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp đặc biệt là rơm rạ để sản xuất than sinh học (TSH) làm phân bón góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường việc xây dựng nông nghiệp bền vững TSH có hàm lượng dinh dưỡng khả giữ dinh dưỡng cao, thành phần TSH thể C ổn định, phân giải chậm làm giảm phát thải khí nhà kính vào khơng khí làm đất và tăng lượng C lại đất, TSH tạo từ bỏ hóa chất thải hữu người nơng dân áp dụng kỹ thuật chế tạo TSH sử dụng nơi đâu Ngày tập quán dùng rơm rạ cho nấu ăn gần không cịn, lượng rơm rạ cho trâu bị giới hóa nơng nghiệp nơng thơn Rất nhiều vùng nơng dân cịn biết đốt rơm rạ đồng, không tận dụng nguồn hữu dồi mà cịn gây nhiễm nặng cho mơi trường xung quanh, làm tăng lượng khí nhà kính Nếu chế biến rơm rạ thành TSH thu nguồn hữu vô lớn, tránh ô nhiễm môi trường TSH thay phân chuồng, cung cấp carbon cho nhà máy sản xuất phân hữu hay trao đổi bán hàng hóa Trong bối cảnh giới đối mặt với ảnh hưởng to lớn biến đổi khí hậu mà Việt nam mợt năm nước chịu ảnh hưởng nặng nề nước biển dâng Nếu bón TSH làm tăng cố định carbon lên 20% so với 5% góp phần khơng nhỏ việc giảm phát thải khí nhà kính giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi biến đổi khí hậu Với lý tơi chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu sử dụng quản lý rơm rạ theo định hướng phát triển nông nghiệp bền vững huyện Sóc Sơn, Hà Nội” Mục tiêu nghiên cứu này là phân tích đánh giá trạng sử dụng rơm rạ hiệu than sinh học sản xuất nông nghiệp và mơi trường Qua đề xuất biện pháp quản lý sử dụng rơm rạ một cách hợp lý, tối ưu hóa việc quản lý sử dụng nguồn tài nguyên địa phương, giảm thiểu nguồn tài nguyên không tái sinh nhằm đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững Địa bàn lựa chọn nghiên cứu huyện Sóc Sơn, Hà Nợi Đây là mợt huyện ngoại thành có diện tích 1/3 diện tích Hà Nội Tuy nhiên là một huyện nghèo, sản xuất nơng nghiệp chủ yếu trồng lúa nước chủ đạo Do lượng rơm rạ thải sản xuất nông nghiệp nhiều Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học đề tài 1.1.1 Khái quát rơm rạ quản lý rơm rạ Rơm rạ phần thân lá, chiếm khoảng một nửa sản lượng ngũ cốc,như lúa mạch, lúa mì lúa gạo Ở nước ta, ngũ cốc chủ yếu lúa ngô Đã có lúc rơm rạ coi loại sản phẩm phụ hữu ích thu hoạch được, nhu cầu lương thực mà sản lượng lúa ngày gia tăng, với nguồn rơm rạ tận dụng hết, nên rơm rạ trở thành nguồn phế thải khó xử lý nơng nghiệp [8] Mặc dù nguồn phụ phẩm có chứa vật chất mang lại lợi ích cho xã hợi, song giá trị thực thường bị bỏ qua chi phí q lớn cho cơng đoạn thu thập, vận chuyển công nghệ xử lý để sử dụng mợt cách hữu ích Với gia tăng sản lượng lúa gạo và đẩy mạnh trồng trọt, việc quản lý sản phẩm phụ lúa trở thành một vấn đề mở mợt hợi Trong hệ thống trồng lúa truyền thống, rơm rạ thường chuyển dời khỏi cánh đồng thu hoạch lúa và người dân thường đem nhà đánh đống để đun nấu làm thức ăn cho gia súc, thời gian gần lượng phế thải lớn cơng c̣c đại hóa, người dân khơng sử dụng hết nên rơm rạ đốt ngoài đồng ṛng Việc đốt rơm rạ đồng cịn thực nhiều nước ngày trở nên khơng thể chấp nhận việc đốt ngồi trời nguồn phế thải này gây vấn đề môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe người và đồng thời là mợt thất nguồn tài nguyên [2] Nếu nguồn phế thải tận dụng để tăng cường cho sản xuất lương thực phân bón sản xuất nơng nghiệp chúng khơng cịn nguồn phế thải mà trở thành nguồn nguyên liệu Những cách thông thường để quản lý rơm rạ sau thu hoạch bao gồm việc thu làm nhiên liệu đun nấu, đốt, rải đồng, cày vùi vào đất sử dụng chất che phủ cho trồng Mỗi cách quản lý khác nhau, lâu dài, ảnh 10 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Cây lúa đóng vai trị chủ đạo sản xuất nơng nghiệp huyện Sóc Sơn Lượng phế phụ phẩm nơng nghiệp tạo sản xuất nông nghiệp lớn chủ yếu là rơm rạ Tại xã Bắc Phú 3.220 rơm, 1.500 rạ, khoảng 250 trấu; xã Tân Hưng là 2.500 rơm, 1.830 rạ, 195 trấu, xã Tân Minh 3.100 rơm, 1.230 rạ, 235 trấu năm ngoài nhiều loại phế phẩm trồng khác ngô, lạc, đỗ Các loại phế phụ phẩm nông nghiệp này sử dụng cho nhiều mục đích khác đun nấu, làm thức ăn cho gia súc, cày vùi nhiên một lượng lớn phế phụ phẩm nơng nghiệp cịn bị đốt bỏ (khoảng 24% rơm, 25% rạ ) lãng phí gây ô nhiễm môi trường Việc sử dụng rơm rạ làm than sinh học bón vào đất có tác dụng tới tiêu sinh trưởng suất lúa (khoảng 3,4 – 18,7% so với tại), suất lúa tỉ lệ thuận với lượng TSH bón vào đất, đồng thời giảm chi phí phân chuồng (10 tấn/ha) Việc sử dụng rơm rạ làm than sinh học bón vào đất có tác động tới tiêu dinh dưỡng (N, P2O5 K2O tổng số) đất sau thí nghiệm, cụ thể theo xu hướng tích lũy dinh dưỡng vào đất tỉ lệ với lượng than sinh học bón vào đất, cơng thức có pH, hàm lượng CEC chất hữu cao so với đối chứng và tăng lên vụ sau Bón TSH thể giảm phát thải khí CO2 so với bón phân chuồng và tích lũy cacbon đất từ 33% đến 52% đất so với bón phân chuồng, cơng thức có bón TSH cho mức phát thải thấp so với cơng thức có bón phân chuồng thời điểm quan trắc Vì việc quản lý rơm rạ thông qua sản xuất than sinh hoc với chi phí thấp lại có hiệu cao việc cải tạo đất và lưu giữ bon đất, vừa góp phần nâng cao hiệu sản xuất vừa tham gia làm giảm lượng CO2 vào khí quyển, bảo vệ mơi trường tồn cầu cần áp dụng nhân rộng -83- KHUYẾN NGHỊ Nhà nước cần có quy định, chế tài vấn đề đốt rơm rạ Tăng cường biện pháp quản lý phế phụ phẩm nơng nghiệp Khuyến khích tun truyền người dân thu gom sử dụng rơm rạ một cách hợp lý, hạn chế ô nhiễm môi trường Tạo điều kiện nhân rộng sản xuất than sinh học từ rơm rạ loại phế phụ phẩm nơng nghiệp khác, từ có kế hoạch triển khai nhiều địa phương nước Khuyến khích người dân tham gia sản xuất sử dụng than sinh học từ loại phế phụ phẩm nông nghiệp 5.Tiếp tục triển khai nghiên cứu sâu kỹ thuật sản xuất than sinh học cho hiệu cao phù hợp với chấp nhận người dân biện pháp và phương thức sử dụng than sinh học làm phân bón sản xuất nông nghiệp cho hiệu kinh tế -84- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bill Mollison Remy Mia Slay (1994), Đại cương Nông nghiệp bền vững, dịch, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 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 Cục thống kê thành phố Hà Nợi, Phịng thống kê huyện Sóc Sơn (2010), Số liệu thống kê 2006 – 2010, Hà Nội Mạng an ninh lương thực giảm nghèo (CIFPEN) (2010), Một số mơ hình nơng nghiệp bền vững cho hộ sản xuất quy mô nhỏ, NXB Văn hóa dân tợc, Hà Nợi Nguyễn Thị Thu Phương (2009), Thực trạng số giải pháp khuyến nông nhằm phát triển sản xuất ăn địa bàn huyện Sóc Sơn – Thành phố Hà Nội, Luận văn thạc sĩ kinh tế, Trường đại học kinh tế quản trị kinh doanh, Đại học Thái Nguyên Vũ Thắng nnk (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 trường Nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Mai Văn Trịnh nnk (2010), Nghiên cứu sử dụng rơm rạ sản xuất than sinh học nhằm cải tạo đất, giảm thiểu ô nhiễm mơi trường Sóc Sơn, Hà Nội Báo cáo tổng hợp năm 2010, Sở Khoa học công nghệ Hà Nội Viện Môi trường Nông nghiệp Tài liệu tham khảo mạng internet Bảo Châu (2009), Khói rơm là khói đợc, http://www.vietnamnet.vn/khoahoc/2009/06/852681/ Nguyễn Thị Lê Dung (2010), Nông nghiệp bền vững, http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:ZcAaSBdPgmoJ:nguyenth iledung.blogspot.com/2010_02_01_archive.html+Bill+Mollison+v%C3%A0+R emy+Mia+Slay&cd=1&hl=vi&ct=clnk&gl=vn&source=www.google.com.vn -85- 10 Lê Xn Đính, Quản lý rơm rạ ṛng lúa, http://www.phanbonmiennam.com.vn/?param=study_det&cmid=3&ktid=312&l ang=vie 11 Sáu Nghệ (2011), Nông nghiệp bền vững, http://www.baohaugiang.com.vn/detailvn.aspx?item=20831 12 Trang Hà (2011), Cần giải toán cho phát triển nông nghiệp bền vững Việt Nam, http://hoinongdan.ictvnfu.vn/dien-dan/can-giai-bai-toan-cho-phat-triennong-nghiep-ben-vung-o-viet-nam Tiếng Anh 13 Amelung W, Bol R, Friedrich C (1999), “Natural 13C abundance: a tool to trace the incorporation of dung-derived carbon into soil particle-size fractions”, Rapid Commun Mass Spec, 13, pp 1291–1294 14 Batjes NH (1998), “Mitigation of atmospheric CO2 concentrations by increased carbon sequestration in the soil”, Biol Fertil Soils, 27(3), pp 230–235 15 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 16 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 17 Golchin A, Clarke P, Baldock JA, Higashi T, Skjemstad JO, Oades JM (1997), “The effects of vegetation and burning on the chemical composition of SOM in a volcanic ash soil as shown by 13C NMR spectroscopy I Whole soil and humic acid fraction”, Geoderma,76, pp 155–174 18 Glaser, B (2007), “Prehistorically modified soils of central Amazonia: a model for sustainable agriculture in the twenty-first century”, Philosophical Transactions of the Royal Society - Biological Sciences, 362, pp 1478 -86- 19 Glaser, B., Lehmann, J., Zech, W (2002a), “Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal - a review”, Biology and Fertility of Soils, 35, pp 20 IPCC (2007), Climate Change 2007: The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report, eds., Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M, Averyt K-B, Tignor M, Miller H-L, Cambridge Univ Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA 21 Kishimoto S, Sugiura G (1985), “Charcoal as a soil conditioner”, Int Achieve Future, 5, pp 12–23 22 Lehmann, J (2007a), ““Bio-energy in the Black” accepted for publication in Frontiers in Ecology and the Environment”, Nature 447 23 Lehmann, J (2007b), “A handful of carbon”, Nature 447, no 7141 (May 10), pp 143-144 24 Lehmann, J., da Silva Jr., J.P., Steiner, C., Nehls, T., Zech, W and Glaser, B (2003), “Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments”, Plant and Soil , 249, pp 343–357 25 Lehmann, J., Gaunt, J and Rondon, M (2006); “Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems – a review”, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 11, pp 403–427 26 Nishio, Michinori (1996), Microbial Fertilizers in Japan, Japan 27 Seiler W, Crutzen PJ (1980), “Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and the atmosphere from biomass burning”, Climat Change, 2, pp 207–247 28 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 -87- 29 Tiessen H, Cuevas E, Chacon P (1994), “The role of soil organic matter in sustaining soil fertility”, Nature, 371, pp 783–785 30.Tryon EH (1948), “Effect of charcoal on certain physical, chemical, and biological properties of forest soils”, Ecol Monogr, 18, pp 81–115 31 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 -88- PHỤ LỤC Phụ lục 1: Mẫu phiếu điều tra TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MƠI TRƢỜNG PHIẾU ĐIỀU TRA (Thơng tin trạng sử dụng, quản lý rơm rạ hiểu biết than sinh học) Thuộc đề tài: Nghiên cứu sử dụng quản lý rơm rạ theo định hướng phát triển nơng nghiệp bền vững huyện Sóc Sơn, Hà Nội) I THÔNG TIN CHUNG Họ tên người cung cấp thông tin: Điện thoại: Tuổi: …………………… Nam/Nữ: Thôn(ấp): Xã: Huyện: Tỉnh: II HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP 1) Diện tích đất canh tác gia đình:……………………………………………… 2) Các loại trồng gia đình thâm canh a) Lúa b) Sắn c) Đỗ d) Lạc e) Loại khác……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 3) Trong đó, diện tích canh tác loại (ha): a) Lúa………………………… c) Sắn……………………………………… b) Đỗ…………………… d) Lạc ……………………………… e) Loại khác…………………………………………………… 4) Năng suất thu hoạch loại bao nhiêu? (tạ/ha) a) Lúa……………………… …… b) Sắn……………………………… c) Đỗ……………………………… d) Lạc…………………………… e) Loại khác (ghi rõ có)……………………… -89- 5) Khối lượng loại phế phẩm a) Rơm…………………… …… b) Rạ ……………………………… c) Trấu……………………………… d) Ngô…………………….……… e) Cây sắn…………………………… f) Cây lạc…… g) Đỗ III HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG PHẾ PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP 1) Các loại phế phụ phẩm nơng nghiệp sau thu hoạch thường sử dụng làm gì? STT Loại phụ phẩm Lạc Khác Sắn Cho gia súc ăn Ngô Ủ làm vi sinh Trấu Cày vùi Rạ Đun nấu Rơm Đốt bỏ Đỗ 2/ Tỷ lệ rơm rạ cắt thu hoạch bao nhiêu? a) Rơm b) Rạ c) Cày vùi 3) Khối lượng rơm rạ sử dụng mục đích sau là bao nhiêu? a) Thức ăn cho gia súc b) Đun nấu c) Lót ổ cho gia súc, gia cầm d) Phân ủ e) Trồng nấm f) Chất trồng trọt g) Mục đích khác 4) Ông (bà) biết “than sinh học”/dạng tương tự “than sinh học” chưa? a) Từng nghe nói b) -90- Chưa biết ………………………………………………………… ……………………… 5) Ơng (bà) có kinh nghiệm sản xuất “than sinh học”/dạng tương tự nào trấu hun chưa? a) b) Có Chưa biết ………………………………………………………… ……………………… 6) Ông (bà) biết cách thức sản xuất “than sinh học” từ nào? 7) Ông (bà) biết cách thức sử dụng “than sinh học” nào? 8) Ơng (bà) có nhận xét lợi ích việc sử dụng “than sinh học” so với biện pháp xử lý khác (giá thành so với phân hóc học phân xanh, hiệu với đất canh tác )? Trồng nấm (năng suất kg nấm/1kg rơm, thu nhập)?: Làm phân hữu (năng suất phân, hiệu với đất canh tác)? Các biện pháp xử lý khác Ý kiến đề xuất: …………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………… ………………………………………………….…………………………………… ………………………………………………… ……………………………… ……………………………………………… …………………………………… …………, ngày …….tháng…… năm 201 Ngƣời đƣợc điều tra Ngƣời điều tra -91- Phụ lục 2: Phƣơng pháp chế tạo TSH Chế tạo TSH từ rơm rạ: Rơm hộp sắt, đốt lị kín lị để làm lị đốt làm thùng 200 lít có thành thẳng đứng Mỗi thùng lớn có tạo mợt nắp có gắn ống khói cao khoảng 1m, phía chân tạo cửa nhỏ để nhóm lửa Lị lớn chứa thùng nhỏ có đường kính 25cm chiều cao 30cm Các thùng nhỏ này sử dụng để nhồi rơm vào và bịt kín nắp thùng có khoan lỗ để khí Tiến hành xếp thùng nhỏ vào thùng lớn xen vật liệu rơm xung quanh sau nhóm lửa chờ đến q trình cháy kết thúc, để ng̣i sau lấy sản phẩm TSH Chuẩn bị: - Chuẩn bị khoảng 10 kg rơm phơi khơ khơng khí, 5kg rơm để ngăn lớp - Một bật lửa gas nhỏ một bao diêm - Bình nước tia - Xẻng - Lị đốt thiết kế hình Hình 1: Chuẩn bị lị đốt Quy trình thí nghiệm - Nhét mợt lớp rơm mỏng khoảng kg xuống đáy lò - Nhét chặt rơm vào hộp sắt nhỏ (mỗi hộp khoảng 1,2kg rơm) đậy kín nắp xếp vào lị -92- - Nhét rơm vào xung quanh hợp sau để mợt lớp rơm lên phía hộp sắt Xếp lớp rơm lên hợp đựng rơm - Đặt thùng sắt cịn lại lên lớp rơm ngăn vừa đổ lại làm tương tự bước - Xếp lớp rơm thứ lên sau đậy ống khói lên - Để khoảng 1h sau bỏ ống khói đậy nắp lị lại, q trình cháy tiếp tục khoảng 3h hết phần nhiên liệu trong, cháy xong tiến hànhi bỏ hợp hợp phía bên Sau phun nước xung xoanh hộp sắt để làm nguội lần mở nắp lấy TSH Nếu có thời gian để sản phẩm TSH tự ng̣i lấy Hình 2: Sản phẩm TSH đốt Bảng 1: thí nghiệm đốt rơm hộp sắt nhiệt phân lị kín Nhắc Phƣơng lại pháp PP6 Trung bình Vật liệu, cách đốt Rơm hộp sắt, đốt lị kín Trọng lƣợng vật liệu (kg) 10 TB thời gian cháy 4h Trọng lƣợng thu đƣợc (kg) 3,7 3,2 2,9 3,3 TC (g/kg) OC (g/kg) 542,3 494,1 537,2 524,5 40,85 39,8 42,67 41,11 P2O5 (%) K2O (%) 0,493 0,434 0,483 0,470 0,876 0,754 0,806 0,812 Kết quả: - Thời gian cháy thu lượng sản phẩm nhiều 10kg rơm đưa vào ban đầu 4h -93- - Lượng thu chiếm 33% tổng khối lượng nguyên liệu đưa vào - Hàm lượng cacbon tổng số (TC): 52,5%, cabon hữu (OC) : 4,11%, P2O5 K2O chiếm tương ứng 0, 47% 0,81% - Cấu trúc TSH cứng có tính bền vững cao Ƣu điểm - Cải thiện đáng kể chất luợng cacbon TSH so với phương pháp nêu trên, cho hàm lượng TSH cao - Có thể lưu lại lâu đất sau bón - Than và đẹp, khơng cơng đảo trợn, hạn chế vụn, bụi khói q trình đốt - Khơng nhiều chi phí cho trình tạo TSH Nhƣợc điểm -Thời gian tương đối dài - Thêm nhiều cơng q trình chuẩn bị xếp vật liệu Chế tạo TSH từ trấu: Trấu hộp sắt, đốt thùng kín Với TSH làm từ trấu làm tương tự thay rơm trấu Hình : sản phẩm than sinh học từ trấu PP7 Bảng 2: thí nghiệm đốt trấu hộp sắt đốt thùng kín -94- Nhắc Phƣơng lại pháp PP7 Trung bình Vật liệu, cách đốt Trấu hợp sắt, đốt thùng phuy Trọng lƣợng vật liệu (kg) 10 TB thời gian cháy Trọng lƣợng thu đƣợc (kg) 4h30 OC (g/kg) 3,7 3,4 354,5 344,5 18,8 13,5 0,401 0,771 0,364 0,824 3,6 3,6 -95- TC (g/kg) P2O5 (%) K2O (%) 322,6 340,5 16,7 16,33 0,415 0,742 0,393 0,779 Phụ lục 3: Phƣơng pháp phân tích đất + pH theo TCVN 5963:1995, + Hàm lượng bon C (%) theo phương pháp Walkley Black + N (%) theo phương pháp Keldalh + P2O5 (%) theo phương pháp Bray + K2O (%) theo phương pháp đốt Quang kế lửa + CEC (cmolc/kg) Amon Axetat 10 TCN 369 - 99 + Ca, Mg chuẩn đợ thể tích -96- Phụ lục 4: Phƣơng pháp đo phát thải CO2 Tiến hành thu thập mẫu khí ṛng lúa phương pháp buồng kín với thể tích 0,12 m3 và diện tích mặt tiếp xúc với mặt ruộng là 0,12m2 Ở đây, quan trắc với khí CO2 khơng có tham gia lúa, tránh ảnh hưởng hàm lượng CO2 q trình quang hợp vào ban ngày Mẫu khí lấy điểm quan trắc với thời điểm: 0; 10; 20 phút xi lanh Mẫu khí mang phịng phân tích GCMS Sau phân tích nhận số liệu nồng đợ thể tích thời điểm lấy mẫu điểm nghiên cứu Lưu lượng CO2 đất thể mg CO2 m-2 h-1 và tính sau: Trong đó: F (mgC m-2 h-1): tốc độ hô hấp đất : mật độ CO2 (1,98 x103g m-3) điều kiện tiêu chuẩn V (m3): thể tích thùng khí A(m2): diện tích mặt tiếp xúc với mặt đất buồng kín Δc (m3m- 3): thay đổi nồng độ CO2 buồng kín khoảng thời gian Δt (h), T: nhiệt độ tuyệt đối α: hệ số chuyển đổi từ CO2 sang C (12/44) -97- ... lý rơm rạ theo định hướng phát triển nông nghiệp bền vững huyện Sóc Sơn, Hà Nội? ?? Mục tiêu nghiên cứu này là phân tích đánh giá trạng sử dụng rơm rạ hiệu than sinh học sản xuất nơng nghiệp và... TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng địa điểm nghiên cứu Đối tượng: + Rơm rạ sử dụng sản xuất nông nghiệp xã vùng Sóc Sơn, Hà Nợi + Than sinh học sản xuất từ rơm rạ sử dụng. .. pháp quản lý sử dụng rơm rạ mợt cách hợp lý, tối ưu hóa việc quản lý sử dụng nguồn tài nguyên địa phương, giảm thiểu nguồn tài nguyên không tái sinh nhằm đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững