Đánh Giá Hiện Trạng Phế Thải Đồng Ruộng Và Xử Lý Rơm Rạ Bằng Chế Phẩm Sinh Học Thành Phân Bón Hữu Cơ Tại Xã Quỳnh Phú, Bắc Ninh

1. HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
------- š&› -------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHẾ THẢI ĐỒNG RUỘNG
VÀ XỬ LÝ RƠM RẠ BẰNG CHẾ PHẨM SINH HỌC
THÀNH PHÂN BÓN HỮU CƠ TẠI XÃ QUỲNH PHÚ,
HUYỆN GIA BÌNH, TỈNH BẮC NINH
Người thực hiện : NGUYỄN THỊ VÂN
Lớp : MTB
Khóa : 57
Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Giáo viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN THỊ MINH
Địa điểm thực tập : XÃ QUỲNH PHÚ, HUYỆN GIA BÌNH,
TỈNH BẮC NINH

2. Hà Nội - 2016
ii

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện, được thực
hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức chuyên ngành, nghiên cứu
khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hưỡng dẫn khoa học của TS. Nguyễn
Thị Minh.
Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực, khách quan và
chưa được công bố trong các công trình khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Thị Vân
i

4. LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ tận tình từ các thầy cô giáo trong
khoa Môi Trường, cán bộ của UBND xã Quỳnh Phú và nhân dân trong xã.
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu
trường Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, khoa Môi Trường, Bộ môn Vi sinh
vật, các thầy cô đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Minh, người đã
dành nhiều thời gian, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hướng dẫn tận tình em
trong suốt thời gian em làm khóa luận tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả các cán bộ, nhân viên của UBND
xã Quỳnh Phú, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh và người dân nơi đây đã giúp
đỡ hoàn thành đề tài này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
tập thể lớp MTB – K57 gia đình, người thân, bạn bè đã động viên, giúp đỡ em
trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Thị Vân
ii

5. MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG........................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.........................................................vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................viii
MỞ ĐẦU...........................................................1
Tính cấp thiết của đề tài............................................................................1
Mục đích nghiên cứu.................................................................................2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................3
1.1. Tổng quan về phế thải đồng ruộng.....................................................3
1.1.1. Khái niệm...........................................................................................3
1.1.2. Nguồn gốc..........................................................................................3
1.1.3. Thành phần và phân loại phế thải đồng ruộng....................................4
1.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam................6
1.2.1 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới.......................................6
1.2.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng ở Việt Nam........................................7
1.3. Tác động của phế thải đồng ruộng đến môi trường và sức khoẻ........8
1.4. Các biện pháp xử lý phế thải đồng ruộng hiện nay............................9
1.4.1 . Phương pháp đốt ..............................................................................10
1.4.2. Phương pháp bỏ đi.............................................................................10
1.4.3. Phương pháp làm nhiên liệu..............................................................11
1.4.4. Chế biến phân compost.....................................................................11
1.4.5. Làm thức ăn cho gia súc....................................................................11
1.4.6. Biện pháp trồng nấm ........................................................................12
1.4.7. Vùi rơm rạ vào đất.............................................................................13
1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt
Nam.........................................................................................................13
1.5.1. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải đồng ruộng trên thế giới..........13
1.5.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải ở Việt Nam..............................14
1.6. Cơ sở khoa học của việc xử lý phế thải đồng ruộng bằng biện pháp
sinh học....................................................................................................17
1.6.1. Xenluloza, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Xenluloza......17
1.6.2. Hemixenluloza, cơ chế thủy phân và vi sinh vật phân giải
Hemixenluloza.............................................................................................20
1.6.3. Ligin, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Ligin.....................21
1.6.4. Pectin, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Pectin.................23
Chương 2.........................................................................................................25
iii

6. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............25
2.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................25
2.2 Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................25
2.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................25
2.3.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của xã Quỳnh Phú – Gia Bình -
Bắc Ninh (vị trí địa lý, khí hậu, đất đai, diện tích đất nông nghiệp,...).......25
2.3.2 Đánh giá hiện trạng phế thải nông nghiệp của xã Quỳnh Phú – Gia
Bình – Bắc Ninh (thành phần, khối lượng phế thải đồng ruộng,...)............25
2.3.3 Xử lý rơm rạ thành phân hữu cơ bằng chế phẩm sinh học (đánh giá
chất lượng chế phấm sinh học, theo dõi thí nghiệm, tính chất của phân hữu
cơ sau ủ,...)..................................................................................................25
2.3.4 Đề xuất một số giải pháp xử lý phế thải đồng ruộng của xã Quỳnh
Phú – Gia Bình – Bắc Ninh.........................................................................25
2.4 Phương pháp nghiên cứu...................................................................25
2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ...............................................25
2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .................................................25
2.4.4. Phương pháp xử lý rơm rạ.................................................................26
2.4.5. Phương pháp phân tích chất lượng đống ủ........................................28
2.4.6 Phương pháp xử lý số liệu..................................................................29
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................30
3.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế-xã hội của xã Quỳnh Phú, huyện Gia
Bình, tỉnh Bắc Ninh.................................................................................30
3.1.1 Điều kiện tự nhiên..............................................................................30
3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội....................................................................32
3.2 Hiện trạng phế thải nông nghiệp của xã Quỳnh Phú, huyện Gia Bình,
tỉnh Bắc Ninh...........................................................................................36
3.2.1. Diện tích, năng suất và sản lượng cây trồng chính trên địa bàn xã
Quỳnh Phú...................................................................................................36
3.2.2 Thành phần phế thải đồng ruộng........................................................37
3.2.3. Khối lượng phế thải đồng ruộng........................................................37
3.2.3 Hiện trạng công tác xử lý phế thải đồng ruộng..................................39
3.2.4. Hiện trạng công tác quản lý phế thải đồng ruộng..............................41
3.2.5. Ý thức của người dân trong xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp.........41
3.2.6. Những thuận lợi, khó khăn trong công tác thu gom xử lý phế thải
đồng ruộng tại xã Quỳnh Phú......................................................................42
3.3 Xử lý phế thải đồng ruộng bằng chế phẩm sinh học .......................43
3.3.1. Giới thiệu chung về chế phẩm sinh học EMINA và chế phẩm sinh
học BIMA....................................................................................................43
3.3.2. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đống ủ...............................................44
3.4. Đề xuất một số giải pháp xử lý phế thải đồng ruộng........................47
3.4.1 Giải pháp về chính sách......................................................................47
iv

7. 3.4.2 Giải pháp tuyên truyền và giáo dục cộng đồng..................................47
3.4.3.Giải pháp về quản lý...........................................................................48
3.4.4 Giải pháp về công nghệ xử lý.............................................................48
Hiện nay trong địa bàn xã Quỳnh Phú tình hình sử dụng phân hữu cơ
bón cho cây trồng tương đối ít, lượng phân hữu cơ sử dụng chủ yếu là phân
chuồng. Đa phần, người dân lạm dụng phân hóa học gây ra thoái hóa đất
đai và làm mất khả năng sản xuất của đất. Mặt khác, giá thành vật tư nông
nghiệp leo thang, gây bất lợi cho người dân trong sản xuất. Dựa vào kết
quả thử nghiệm, đề tài xin đưa ra một số đề xuất sau:................................48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................50
Kết luận...................................................................................................50
Kiến nghị.................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................52
PHỤ LỤC........................................................................................................54
PHIẾU ĐIỀU TRA.........................................................................................56
v

8. DANH MỤC BẢNG
vi

9. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các nguồn phát sinh phế thải đồng ruộng.............3
Hình 1.2. Mô hình phân hủy Xenluloza của Lutzen...........18
Hình 2.1. Quy trình xử lý phế thải trên đồng ruộng thành
phân hữu cơ.........................................................................27
Hình 3.3. Đồ thị diễn biến nhiệt độ đống ủ đối chứng và
đống ủ thí nghiệm................................................................45
vii

10. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BVTV : Bảo vệ thực vật
ĐV : Động vật
HCBVTV : Hoá chất bảo vệ thực vật
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
THCS : Trung học cơ sở
UBND : Uỷ ban nhân dân
VSV : Vi sinh Vật
CPSH : Chế phẩm sinh học
viii

11. MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Từ xưa đến nay, nông nghiệp là một lợi thế to lớn của nước ta, khoảng
74% dân số sống bằng hoạt động trồng trọt và chăn nuôi. Bên cạnh những lợi
ích to lớn góp phần thúc đẩy kinh tế nước nhà thì sự phát triển của nông
nghiệp nói chung và quá trình canh tác cùng với sản xuất lương thực, thực
phẩm nói riêng đã tạo ra lượng phế phụ phẩm rất lớn và đa dạng. Tổng lượng
phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam đạt đến 40 triệu tấn chất khô/năm,
trong đó rơm rạ chiếm đến 80% (tương đương với 32 triệu chất khô/năm)
(Tổng cục thống kê, 2015).
Tất cả các phế thải này một phần được thiêu đốt, phần còn lại không
được xử lý đúng cách mà thải bỏ bừa bãi ra môi trường. Đây là một trong
những nguyên nhân chính gây lên tình trạng ô nhiễm môi trường và gia tăng
phát thải khí nhà kính ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người. Ngoài ra, sự
phát triển của nền nông nghiệp nước ta đang đi vào mức độ thâm canh cao với
việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật làm
cho đất đai ngày càng thoái hóa, dinh dưỡng bị mất cân đối, trong khi phế phụ
phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân lá lạc, đậu tương…) là nguồn nguyên liệu
hữu cơ quan trọng cung cấp kali, silic, kẽm cho cây trồng rất thích hợp cho
việc làm phân ủ hữu cơ sinh học lại bị lãng phí. Gần đây, sự phát triển nền
nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cường sử dụng chế phẩm sinh học và phân
bón hữu cơ trong canh tác cây trồng đang là xu hướng chung của Việt Nam
nói riêng và thế giới nói chung.
Quỳnh Phú là một xã thuộc huyện Gia Bình, dân số chủ yếu sống bằng
nghề nông, vì vậy lượng phế thải nông nghiệp là khá lớn. Tuy nhiên lượng
phế thải này đa phần bị vứt bỏ tại ruộng và xuống kênh mương, chỉ một phần
nhỏ dùng để đun nấu và làm thức ăn cho gia súc mà không có biện pháp nào
1

12. trả lại lượng hữu cơ cho đã mất cho đất. Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài : “Đánh giá hiện trạng phế thải đồng ruộng và xử
lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học thành phân bón hữu cơ tại xã Quỳnh
Phú, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh”.
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá hiện trạng phế thải đồng ruộng tại xã Quỳnh Phú, huyện Gia
Bình, Tỉnh Bắc Ninh.
Xử lý rơm rạ thành phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học.
Yêu cầu nghiên cứu
Xác định được khối lượng và thành phần phê thải đồng ruộng tại xã
Quỳnh Phú, huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh.
Xử lý thành công rơm rạ thành phân bón hữu cơ bằng chế phẩm sinh học.
2

13. Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về phế thải đồng ruộng
1.1.1. Khái niệm
Phế phụ phẩm trồng trọt trên đồng ruộng bao gồm các vật chất loại bỏ
từ hoạt động trồng trọt của sản xuất nông nghiệp chủ yếu là tàn dư thực vật
hay chất thải sau thu hoạch (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
1.1.2. Nguồn gốc
Phế thải đồng ruộng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau và được thể
hiện qua sơ đồ sau.
(Nguồn: Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998)
Hình 1.1. Các nguồn phát sinh phế thải đồng ruộng
3
Trồng trọt
(thực vật
chết, tỉa
cành, làm cỏ,
…)
Thu hoạch
nông sản
(rơm rạ, trấu,
cám, thân lõi
ngô,…)
Bảo vệ thực vật
(BVTV), động
vật (ĐV) (chai lọ
đựng hoá chất
bảo vệ thực vật
(BVTV)
Qúa trình bón
phân, kích thích
sinh trưởng (bao
bì chứa đựng,..)
PHẾ
THẢI
ĐỒNG
RUỘNG

14. Phế thải đồng ruộng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như trong quá
trình trồng trọt, thu hoạch nông sản, sử dụng thuốc BVTV, quá trình bón
phân, kích thích sinh trưởng của cây… Trong quá trình trồng trọt, phế thải
đồng ruộng chính là xác thực vật đã chết, cành lá bị cắt tỉa và các loại cây cỏ
bị con người loại bỏ trong khi chăm sóc cây trồng. Trong quá trình sinh
trưởng của cây, để giúp cây phát triển tốt và chống lại các loại sâu bệnh hại
con người đã sử dụng các loại hóa chất BVTV, phân bón hóa học… nhưng
chai lọ và bao bì đựng các hóa chất đó lại vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở
thành một loại phế thải đồng ruộng. Ngoài ra, phế thải đồng ruộng còn phát
sinh trong quá trình thu hoạch nông sản như rơm rạ, thân cây ngô, cây lạc...
Đây là nguồn phế thải chính trong phế thải đồng ruộng và hiện đang là nguồn
gây ô nhiễm trầm trọng nếu không được xử lý kịp thời (Nguyễn Xuân Thành
và cộng sự, 2011).
1.1.3. Thành phần và phân loại phế thải đồng ruộng
1.1.3.1. Thành phần
Phế phụ phẩm trồng trọt trên đồng ruộng mà chủ yếu là phế thải hữu cơ
có thành phần rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, chúng đều thuộc hai
nhóm hợp chất chính là nhóm hợp chất hữu cơ chứa cacbon bao gồm:
xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin, tinh bột và nhóm hợp chất hữu cơ
chứa nitơ bao gồm: protein và kitin.
Các hợp chất hữu cơ này không bất biến mà luôn luôn chuyển hóa từ
dạng này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau (vật lý,
hóa học và sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên
(Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
1.1.3.2. Phân loại
Phế thải đồng ruộng được phân loại theo nhiều cách khác nhau như:
theo nguồn gốc phát sinh, tính nguy hại, thành phần hóa học và theo khả năng
phân hủy sinh học (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
4

15. Theo nguồn gốc phát sinh: phế thải đồng ruộng gồm các phế thải có
nguồn gốc từ các phế phụ phẩm trổng trọt và từ các bao bì đựng các hoá chất
sử dụng trong nông nghiệp (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
Các phế phụ phẩm trồng trọt gồm các loại phế thải trong quá trình thu
hoạch và chế biến nhiều loại cây trồng khác nhau như: rơm rạ sau khi thu
hoạch lúa tại các cánh đồng, các loại lá, thân cây và cỏ dại tại các vườn cây,
các phần dập nát của cây không sử dụng được ở các ruộng sau khi thu
hoạch… (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
Chất thải từ các bao bì đựng hóa chất sử dụng trong nông nghiệp gồm
chai, lọ bằng thủy tinh hoặc nhựa được dùng làm vỏ đựng thuốc trừ sâu, thuốc
diệt cỏ, thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử
dụng được thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân
đạm, phân lân và kể cả các hóa chất BVTV đã quá hạn sử dụng… Đây là các
vật phẩm có tính nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích
hợp (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
Theo tính chất nguy hại: Phế thải đồng ruộng gồm hai loại phế thải
nguy hại và phế thải thông thường.
Phế thải nguy hại là chất thải có chứa các chất hoặc hợp chất gây nguy
hại trực tiếp hoặc tương tác với các chất khác gây nguy hại gián tiếp tới môi
trường và sức khoẻ con người. Chúng có trong một số thành phần như: đồ
dùng thuỷ tinh (chai lọ đựng hoá chất bảo vệ thực vật (HCBVTV hoặc thuốc
trừ sâu, thuốc diệt côn trùng…) ; đồ nhựa (bình xịt hoá chất bảo vệ thực vật,
gang tay bảo hộ…) ; dược phẩm. Những chất này không tiêu huỷ chúng sẽ
gây nguy hại cho môi trường và sức khoẻ con người.
Phế thải thông thường gồm các chất thải không chứa các chất và hợp
chất có một trong các đặc tính nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi
trường và sức khoẻ con người, bao gồm rơm rạ, thân lá thực vật… (Lê Văn
Nhương và cộng sự, 1998).
5

16. Theo thành phần hoá học: Phế thải đồng ruộng còn được phân thành
phế thải hữu cơ và phế thải vô cơ (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
Phế thải hữu cơ chiếm thành phần chủ yếu trong phế thải đồng ruộng,
bao gồm các phế phụ phẩm trồng trọt như: rơm rạ, thân ngô, lõi ngô, trấu, bã
mía… Theo thống kê, 95% lượng chất thải rắn hữu cơ trong nông nghiệp có
khả năng tận dụng làm phân bón hoặc thu hồi nhiệt lượng.
Phế thải vô cơ bao gồm các túi đựng phân bón hoá học, túi đựng thuốc
trừ sâu, bảo vệ thực vật, chai lọ đựng thuốc trừ sâu, bình phun hoá chất đã
hỏng… (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
Theo khả năng phân huỷ sinh học: Phế thải đồng ruộng còn được phân
thành chất có khả năng và không có khả năng phân huỷ sinh học.
Chất thải có khả năng phân huỷ sinh học là các chất thải có thành phần
hữu cơ cao và chứa thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho qúa trình sinh
trưởng của các vi sinh vật. Chất thải có khả năng phân huỷ sinh học tốt như:
cỏ dại, lá cây…, các chất có khả năng phân huỷ sinh học kém hơn như: rơm
rạ, thân cây. Còn chất thải không có khả năng phân huỷ sinh học là các chất
vô cơ như: kim loại, nhựa, thuỷ tinh (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
1.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới và Việt Nam
Để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, thực phẩm trong giai đoạn
hiện nay đòi hỏi các quốc gia trên thế giới không ngừng mở rộng diện tích sản
xuất và sản lượng như áp dụng các tiến bộ khoa học – kỹ thuật, nâng cao năng
xuất, sản lượng nông sản. Đồng nghĩa với việc này, ngành nông nghiệp đã để
lại một lượng các loại chất rắn rất lớn.
1.2.1 Thực trạng phế thải đồng ruộng trên thế giới
Theo ước tính của FAO, mỗi năm có khoảng 3 tỉ tấn phế thải nông
nghiệp phát sinh trên phạm vi toàn thế giới, trong đó các phế thải từ cây lúa
chiếm một sản lượng lớn nhất tới 863 triệu tấn. Phế thải từ cây lúa mì và ngô
tương ứng là 754 và 591 triệu tấn (Cục thông tin KH và CN Quốc gia, 2013).
6

17. Mỹ: Bang Califorlia là nơi sản xuất lúa gạo lớn nhất của nước Mỹ,
trong đó 95% lúa được trồng ở thung lung Sacramento. Với khoảng 500.000
mẫu đất trồng lúa, hàng năm khu vực này sinh ra trên một triệu tấn rơm. Sau
khi thu hoạch rơm thường được đốt ngoài đồng sau đó được cày trộn với đất
(Cục thông tin KH và CN Quốc gia, 2013).
Trung Quốc: Lúa là một trong những cây trồng chính ở miền Trung và
Nam Trung Quốc, hàng năm có 230 triệu tấn rơm lúa được sản sinh ra. Mặc
dù đã có một số phương pháp để tái sử dụng rơm rạ như làm thức ăn gia súc,
nhiên liệu đun nấu, làm giấy nhưng một lượng lớn vẫn chưa được sử dụng
gây ảnh hưởng đến môi trường (Cục thông tin KH và CN Quốc gia, 2013).
Thái Lan: Hàng năm có từ 8-14 triệu tấn thải rơm rạ được đốt ngoài
đồng sau khi thu hoạch lúa, gây ô nhiễm môi trường. Việc đầu tư cho các
phương pháp tận dụng rơm rạ tỏ ra tốn kém và hiệu quả không cao nên
phương pháp phổ biến nhất là đốt ngay trên đồng ruộng để chuẩn bị cho canh
tác vụ sau. Việc đốt rơm rạ phổ biến nhất ở các vùng thuộc miền Trung nước
này (Cục thông tin KH và CN Quốc gia, 2013).
1.2.2 Thực trạng phế thải đồng ruộng ở Việt Nam
Hằng năm, tổng lượng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam là rất lớn
với 28,4 triệu tấn khô/năm. Các loại cây nông nghiệp của Việt Nam rất đa
dạng nên thành phần phế thải cũng phong phú. Trong đó, rơm rạ sau thu
hoạch lúa chiếm đến 88%, tương đương với 25 triệu tấn chất khô/năm. Trước
đây, lượng lớn rơm rạ sinh ra này thường được sử dụng để ủ phân, đun nấu và
làm thức ăn gia súc. Tuy nhiên, hiện nay đời sống nhân dân được cải thiện, ít
đun nấu bằng rơm rạ và chăn nuôi theo hình thức công nghiệp nên lượng phế
thải này chủ yếu bị đốt và vứt bỏ tại đồng ruộng. Điều này vừa làm ô nhiễm
môi trường vừa lãng phí lượng lớn chất hữu cơ (Tổng cục thống kê, 2009).
7

18. Bảng 1.1. Số lượng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam
Tên phế phụ phẩm
Diện tích gieo
trồng
(triệu ha/năm)
Khối lượng phế phụ phẩm
(triệu tấn chất khô/năm)
Rơm lúa 7,5 25,0
Cây ngô (đã thu bắp) 0,65 2,0
Dây lạc 0,27 0,48
Dây lang 0,26 0,24
Ngọn sắn 0,23 0,29
Lá mía 0,28 0,42
Tổng cộng - 28,43
(Nguồn: Tổng cục thống kê, 2009)
1.3. Tác động của phế thải đồng ruộng đến môi trường và sức khoẻ
Theo các số liệu thống kê cho thấy lượng phế thải do hoạt động nông
nghiệp để lại hàng năm là rất lớn. Nếu lượng phế thải này không được xử lý
và quản lý chặt chẽ thì sẽ làm nảy sinh một số vấn đề như ảnh hưởng đến môi
trường đất, môi trường nước, không khí và sức khoẻ cộng đồng.
Tác động của phế thải đồng ruộng tới môi trường đất là không đáng kể
vì thành phần của chúng chủ yếu là chất hữu cơ có tác dụng tốt đối với đất và
cây trồng.
Tác động của phế thải đồng ruộng tới môi trường nước là việc các loại
chất thải nguy hại không được thu gom hợp lý bị rửa trôi gây ô nhiễm nguồn
nước mặt và nước ngầm. Ngoài ra, rơm rạ sau thu hoạch không được thu gom
mà vứt bừa bãi ra mương máng làm tắc dòng chảy, nhiễm bẩn nguồn nước và
làm ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường xung quanh.
8

19. Không những thế, việc thải bỏ bừa bãi các loại chất thải vô cơ, đặc biệt
là chất thải có tính nguy hại sẽ làm cho đất bị thoái hoá, giảm độ tơi xốp và
màu mỡ của đất.
Nếu phế thải được đem đốt sẽ tạo ra khói bụi, vì phế thải nông nghiệp
có chứa các hợp chất hữu cơ nền đốt sẽ tạo ra khí CO2, góp phần tăng một
lượng nhất định khí gây hiệu ứng nhà kính. Khói bụi của việc đốt phế thải
cũng ảnh hưởng đến rất lớn đến con người, gây các bệnh về đường hô hấp và
bệnh về mắt. Ngoài ra còn gây cản trở tầm nhìn của người tham gia giao
thông, dễ gây tai nạn cho người đi đường, đốt phế thải còn có thể gây hư hỏng
các công trình công cộng như cầu cống và đường xá.
Nếu phế thải mà để tràn lan trên ruộng thì sẽ gây mất mỹ quan, mặt
khác nếu ở gần nguồn nước, phế thải trong quá trình phân giải sẽ gây ô nhiễm
nguồn nước, đống phế thải còn là nơi trú ngụ của nhiều sinh vật gây bệnh cho
cây trồng làm giảm năng suất và ảnh hưởng tới kinh tế của người dân.
Thông qua những tác động trực tiếp và gây ảnh hưởng xấu đến môi
trường đã gây ảnh hưởng gián tiếp đến sức khoẻ con người như gây ra các
bệnh về đường hô hấp, tiêu hoá… Vì vậy, cũng cần có biện pháp xử lý và
quản lý thích hợp vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu được các tác
động xấu đến môi trường.
1.4. Các biện pháp xử lý phế thải đồng ruộng hiện nay
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý chất thải hữu cơ có nguồn
gốc từ thực vật và động vật. Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà những phương
pháp đó được thực hiện ở mỗi vùng miền là khác nhau. Bảng 1.2 cho thấy
phương pháp đốt ở 2 vùng chiếm ưu thế nhất, tiếp đến phương pháp bỏ đi ở
vùng đồng bằng sông Hồng chiếm 12%, đồng bằng sông Cửu Long chiếm
39% do 2 phương pháp này nhanh gọn, đơn giản và không tốn công cức. Bên
cạnh đó phương pháp làm nhiên liệu, chế biến phân compost và chăn nuôi
chiếm tỉ lệ thấp hơn và có sự phân biệt giữa 2 vùng.
9

20. Bảng 1.2 Sử dụng các loại chất thải từ hoạt động canh tác
(đơn vị: %)
Vùng
Đốt
tại
ruộng
Bỏ
đi
Làm
nhiên
liệu
Chế biến
phân
compost
Chăn
nuôi
Đồng bằng sông Hồng
Đồng bằng sông Cửu Long
43
53
12
39
17
4
6
2
22
2
(Nguồn: Cục môi trường, 2008)
1.4.1 . Phương pháp đốt
Đây là biện pháp được sử dụng khá phổ biến trong xử lý phế thải đồng
ruộng hiện nay do lượng phế thải quá nhiều và rất dễ cháy.
 Ưu điểm: Đốt rơm rạ đơn giản, dễ làm, giảm giá thành và giảm
thiểu sâu bệnh hại trên đồng ruộng.
 Nhược điểm: gây mất mát một lượng lớn chất dinh dưỡng, gây ô
nhiễm môi trường không khí rất nghiêm trọng, gây hiệu ứng nhà
kính và các bệnh hô hấp, gây hiện tượng khói mù cản trở tầm nhìn
của người điều khiển phương tiện giao thông, vừa mất chất hữu cơ.
1.4.2. Phương pháp bỏ đi
Khi số lượng phế phụ phẩm nông nghiệp không lớn và có khu vực
trống như ao, hồ, kênh mương thì người dân thường vứt bỏ tại chỗ sau khi
thu hoạch.
 Ưu điểm: Dễ làm, đơn giản, không cần quy tắc, không tốn công sức
và kinh phí.
Nhược điểm: Làm mất hoàn toàn lượng dinh dưỡng cần trả lại cho
đất, ảnh hưởng đến mỹ quan. Gây ô nhiễm môi trường nước và ảnh
hưởng đến sức khỏe của người dân vì phế thải đồng ruộng vứt
xuống mương máng sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và khi phế phụ
phẩm bị phân hủy sẽ gây ô nhiễm không khí do mùi hôi thối và tạo
10

21. điều kiện để các vi sinh vật gây hại phát sinh dịch bệnh cho người
và vật nuôi.
1.4.3. Phương pháp làm nhiên liệu
Nhiều nước đã chế tạo nhiên liệu sinh học từ sản phẩm nông nghiệp
như từ ngô (Mỹ), từ mía đường (Brazil), củ cải đường (các nước ở Châu Âu) ,
… để thay thế nhiên liệu hóa thạch.
Ở Việt nam, các nhà khoa học thuộc Viện Hóa học (Viện Khoa học và
Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu điều chế thành công một loại dầu sinh
học (Bio-oil) từ rơm rạ bằng công nghệ nhiệt phân. Theo đó, rơm rạ được thu
gom và làm sạch, hong khô rồi đưa vào lò nhiệt phân. Sau phản ứng nhiệt
phân sẽ thu được sản phẩm ở cả ba dạng khí, lỏng và rắn. Sản phẩm lỏng
chiếm phần lớn chứa dầu sinh học (bio-oil) có thể sử dụng làm nhiên liệu
trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi, lò,…) hoặc thay thế diesel dầu mỏ để
chạy động cơ.
 Ưu điểm: tận dụng được nguồn năng lượng, đem lại hiệu quả kinh tế
cao.
 Nhược điểm: cần phải có trình độ, máy móc, không áp dụng được
rộng rãi trong điều kiện nông hộ.
1.4.4. Chế biến phân compost
Phương pháp ủ đã có từ rất lâu đời và diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới.
Từ rất xa xưa, con người đã biết ủ lá cây và phân gia súc để bón cho cây
trồng. Thực chất của phương pháp này là ủ lên men phế phụ phẩm hay xử lý
chúng có sự tham gia của hệ vi sinh vật bao gồm: nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn.
Ưu điểm: rẻ tiền, hạn chế được ô nhiễm môi trường, trả lại hàm
lượng chất hữu cơ cho đất, đem lại hiệu quả kinh tế do tiết kiệm được tiền
mua phân bón hóa học, tiêu diệt mầm bệnh và làm sạch đồng ruộng.
 Nhược điểm: mất thời gian ủ và tốn công lao động.
1.4.5. Làm thức ăn cho gia súc
11

22. Một số loại phế phụ phẩm nông nghiệp được tận dụng làm thức ăn cho
gia súc:
Rơm rạ sử dụng như một nguồn thức ăn chính để nuôi trâu bò. Rơm rạ
còn là nguồn xơ rất tốt để phối hợp với thức ăn nhuyễn, thức ăn bổ sung khác
trong chăn nuôi bò sữa và vỗ béo bò thịt.
Thân cây ngô sau khi thu hoạch có giá trị dinh dưỡng cao nhưng khô
cứng, cần cán dập, chặt ngắn và phơi khô trước khi cho gia súc ăn.
Bã mía có giá trị năng lượng và protein rất thấp nhưng lại là nguồn chất
xơ có ích.
 Ưu điểm: Đơn giản, dễ làm. Đem lại hiệu quả về kinh tế, tận dụng
được nguồn phế phụ phẩm và hạn chế ô nhiễm môi trường.
 Nhược điểm: không trả lại các nguyên tố dinh dưỡng cho đất.
1.4.6. Biện pháp trồng nấm
Trồng nấm được coi là một trong những phương pháp sinh học tận
dụng nguồn rơm rạ có hiệu quả nhất bởi nguồn đầu mẩu rơm rạ có thể dùng
quay vòng lại được. Nấm rơm là loại thực phẩm có nhiều chất dinh dưỡng với
hàm lượng protein cao (2,66 – 5,05%) và 19 acid amin. Việc trồng các loại
nấm ăn được bằng các phế phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ là một quá
trình có giá trị gia tăng nhằm chuyển hóa loại nguyên liệu này từ chỗ được coi
là phế thải thành thức ăn cho con người.
 Ưu điểm: tận dụng được nguồn rơm rạ sẵn có, không cần nhiều diện
tích , chi phí đầu tư thấp và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Bầu khi trồng nấm
xong có thể chế biến thành phân sinh học.
 Nhược điểm: phải có kỹ thuật xử lý rơm rạ trước khi trồng nấm.
12

23. 1.4.7. Vùi rơm rạ vào đất
Phế phụ phẩm sau thu hoạch được vùi trực tiếp vào đất, sau đó các vi
sinh vật sẽ phân hủy chúng để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng vụ sau, cải
thiện các đặc tính lý hóa và sinh học của đất, nâng cao độ phì nhiêu của đất để
ổn định sản xuất lâu dài.
Ưu điểm: Khép kín vòng tuần hoàn vật chất, cải thiện các đặc tính lý
hóa và sinh học cho đất, nâng cao độ phì của đất và duy trì khả năng sản xuất
của đất. Diệt trừ một số mầm bệnh.
Nhược điểm: Việc cày vùi rơm rạ vào đất ướt sẽ gây ra hiện tượng cố
định đạm tạm thời và làm tăng lượng khí metan phóng thích trong đất, gây ra
hiện tượng tích lũy khí nhà kính. Có thể gây ra một số mầm bệnh cho cây
trồng. Tốn công lao động và cần máy móc thích hợp cho làm đất.
1.5. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải đồng ruộng trên thế giới và
Việt Nam
1.5.1. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải đồng ruộng trên thế giới
Từ lâu con người đã nhận thức được tầm quan trọng của vi sinh vật
đối với con người và sản xuất nông nghiệp. Và con người đã biết ứng dụng nó
vào việc ủ chất thải hữu cơ (lá cây, phân gia súc) làm phân bón, trả lại một
phần hữu cơ cho đất.
 Từ năm 1926 đến năm 1941, Warksman và các cộng tác viên nghiên
cứu sự phân hủy hiếu khí bã thực vật, động vật. Ông đã đưa ra kết luận nhiệt độ
và các nhóm vi sinh vật có ảnh hưởng đến sự phân giải chất thải hữu cơ.
 Vào những năm 1942, ở Mỹ, Rodale J.I đã kết hợp các nghiên cứu
của Howard với thực nghiệm của mình và đã đưa ra những phương pháp hữu
cơ trong trồng trọt và làm vườn. Phương pháp này cũng đã được áp dụng
nhiều nước trong thế giới và đạt được kết quả khả quan.
 Lamot và Voets (1979) đã dùng 7 vi sinh vật phân giải Xenluloza
(Aspergillus.sp, Penicillium.sp, 2 loài Chaetomium, 1 loài Sclerotium rolfsii
13

24. và 2 loài xạ khuẩn Streptomyces) để phân giải Xenlophan. Vì Xenlophan có
khá nhiều thành phần các chất bọc ngoài: 10% nitroxenluloza và clorua
ponivinyliden, 90% Xenlophan (trong đó có 76% Xenluloza) nên cơ chất này
không tan trong tất cả các dung môi hữu cơ. Sản phẩm cuối cùng là 30%
protein, 60% đường hòa tan dùng làm phân bón.
 Haper và Lynch (1984) đã nuôi hỗn hợp 2 chủng là Trichodecma
hazianum (phân giải Xenluloza) và Clostridium butiricum (cố định nito) nhằm
làm tăng khả năng phân giải Xenluloza, thành phần chính trong phế thải hữu cơ.
 Theo Achim Dobermann and Thomas Fairhurst (2000), trong thân
lá lúa ở thời kỳ chín có chứa 40% tổng lượng N, 80-85% tổng lượng K, 30-
35% tổng lượng P và 40-50% tổng lượng S mà cây lúa hút được. Rơm rạ là
nguồn hữu cơ quan trọng cung cấp K và Si cho cây trồng.
 Ở Trung Quốc cũng có rất nhiều nghiên cứu về việc phân lập vi
sinh vật và ứng dụng trong xử lý phế thải hữu cơ. Năm 2005, Wen – Jing Lu
và cộng sự đã phân lập được 5 chủng vi khuẩn ưa ấm phân giải xenluloza cao
từ phế thải rau quả và thân lá hoa thuộc giống Bacillus, Halobacillus,
Aeromicrobium và Brebacterium.
 Theo Chan K.Y., Heenan, D. P., So H.B (2003), rơm rạ sau thu
hoạch là nguồn hữu cơ quan trọng cho các cây trồng trong cơ cấu luân canh.
Với sự bố sung thêm đạm, rơm có thể được dùng trên tất cả các loại đất. Chất
hữu cơ trong rơm rạ chiếm khoảng 85%. Trong 50 tạ rơm có từ 20-35,8% kg
N, 5-7 kg P2O5, 60-90 kg K2O, 10-15 kg CaO, 4-6 kg MgO, 5-6 kg S và các
nguyên tố vi lượng 28g B; 15g Cu; 150g Mn; 2g Mo; 200g Zn; 0,5g Co...
Lượng các nguyên tố hoá học tối quan trọng trong rơm rạ ( trừ đạm) có khả
năng đảm bảo gần như đầy đủ nhu cầu dinh dương của cây để đảm bảo thu
được trên 20 tạ hạt/ha.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải ở Việt Nam
Những nghiên cứu về sử dụng chế phẩm vi sinh vật để xử lý phế thải ở
Việt Nam đã được bắt đầu từ những năm 60 của thế kỷ XX, nhưng mãi đến
14

25. những năm 80 mới được đưa vào chương trình cấp nhà nước với tiêu đề
“Công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp” giai đoạn 1985-1990.
Đề tài cấp nhà nước KHCN 02 – 06A, giai đoạn 1996 – 1998 “ Nghiên
cứu và áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ
nguồn phế thải hữu cơ rắn” đã phân lập từ mẫu rác ở một số tỉnh phía Bắc và
tuyển chọn được 2 chủng xạ khuẩn X50 thuộc loài Streptomyces gougero và
chủng X20 Streptomyces macrosporrus, 2 chủng vi khuẩn là V40 thuộc loài
Cellulomona.sp và V31 thuộc loài Corynebaccoerium.sp và 2 chủng nấm N11
thuộc loài A.japonicus và N3 thuộc loài A.unilaterralis. Các chủng này có khả
năng phân hủy chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khó phân giải như xenluloza
và hemixenluloza, có khả năng sinh tổng hợp các enzyme ngoại bào như:
amylaza, proteiaza, pectinaza…Khi nghiên cứu các tác động của VSV vào
quá trình phân hủy rác, các tác giả nhận thấy khi chúng tác động đồng thời
theo tỉ lệ phối trộn giữa vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm là 1:1:1 sẽ cho hiệu quả cao
hơn khi chúng có tác động riêng rẽ (Lê Văn Nhương và cộng sự, 1998).
Năm 1999, đề tài cấp bộ B99 – 32 – 46 của tác giả Nguyễn Xuân
Thành và các cộng sự đã nghiên cứu thành công đề tài: “Xử lý rác thải sinh
hoạt và phế thải bùn mía bằng vsv và tái chế phế thải thành phân hữu cơ bón
cho cây trồng”. Kết quả cho thấy khi xử lý chế phẩm VSV vào đống ủ phế
thải có tác dụng làm tăng vi khuẩn tổng số hiếu khí, vi khuẩn phân giải
xenluloza và nấm tổng số so với đối chứng. Hàm lượng chất dinh dưỡng dễ
tiêu và độ xốp tăng so với đống ủ không được xử lý. Phân hữu cơ được tái chế
từ phế thải đạt TCVN – 123B – 1996, chất lượng phân sau 4 tháng vẫn đạt
TCVN. Khi thử nghiệm trên cây đậu tương cho kết quả: phân hữu cơ vi sinh
tái chế từ phế thải và rác thải hữu cơ có tác dụng làm tăng chiều cao và trọng
lượng cây, tăng cường độ cố định N phân tử và tăng năng suất hạt đậu tương
từ 15 – 20% so với đối chứng.
Lý Kim Bảng và cộng sự (2003) đã nghiên cứu thành công chế phẩm
VIXURA và công nghệ xử lý rơm rạ đem lại hiệu quả kinh tế xã hội rất cao.
15

26. Trong đó, chế phẩm VIXURA chứa 12-15 loại vi sinh vật có khả năng sinh ra
các enzym khác nhau để phân hủy các chất trong rác và rơm rạ, đồng thời
tăng khả năng đồng hóa chất dinh dưỡng và khả năng chống chịu sâu bệnh
của cây trồng.
Nguyễn Thành Hối và cộng sự (2014) nghiên cứu về ảnh hưởng của
phân ủ từ rơm xử lý Trichoderma đến sinh trưởng và năng suất của 3 giống
lúa cao sản MTL392, OM4900 và JASMINE85. Bón 10 tấn/ha phân ủ từ rơm
xử lý Trichoderma lần thứ nhất cho đất lúa Thu Đông 2009 có tác dụng làm
gia tăng năng suất lúa với giống Jasmine85 (8,08 tấn/ha) ở vụ lúa thứ hai
Đông Xuân.
Phạm Văn Tỵ và các cộng sự (1987) đã phân lập được hàng trăm
chủng vi sinh vật có khả năng phân giải Xenluloza, Ligin và Hemixenluloza.
Tác giả đã xây dựng được quy trình sản xuất chế phẩm phân giải chất hữu cơ
đạt huy chương vàng hội chợ triển lãm kinh tế toàn quốc năm 1987. Kết quả
thử nghiệm xử lý bằng chế phẩm đã rút ngắn thời gian ủ xuống còn 45-60
ngày thay vì 6 tháng đến 1 năm, thậm chí 2 năm với điều kiện tự nhiên.
Năm 2004, Nguyễn Xuân Thành và cộng sự đã nghiên cứu thành công
đề tài khoa học cấp Bộ B2004 – 32 – 66 : “ Xây dựng quy trình sản xuất chế
phẩm vi sinh vật xử lí tàn dư thực vật trên đồng ruộng thành phân hữu cơ tại
chỗ bón cho cây trồng”. Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lí tàn dư
thực vật trên đồng ruộng đạt TCVN. Chế phẩm được thử nghiệm đem lại hiệu
quả cao, rút ngắn thời gian xử lý so với đối chứng xuống còn 46-60 ngày, có
hàm lượng dinh dưỡng tăng… có thể làm phân bón hữu cơ tại chỗ cho nhiều
loại cây trồng, giảm bớt chi phí đầu vào cho sản xuất nông nghiệp.
16

27. 1.6. Cơ sở khoa học của việc xử lý phế thải đồng ruộng bằng biện pháp
sinh học
Sau khi tìm hiểu về thành phần của phế thải đồng ruộng, ta thấy thành
phần chính của phế thải đồng ruộng là xenluloza. Nếu để phế thải đồng ruộng
phân hủy tự nhiên thì mất thời gian khá dài. Vì vậy, trong thực tế con người
đã ứng dụng nguyên lý cơ bản của các quá trình phân hủy chuyển hóa phế
thải và chất thải rắn. Nhờ sự hoạt động của vi sinh vật mà các chất khó tan
( xenluloza, hemixenluloza và các chất cao phân tử khác) được chuyển hóa
thành các chất dễ tan.
1.6.1. Xenluloza, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Xenluloza
♦ Xenluloza
Xenluloza là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, chiếm tới 50%
tổng số hydratcacbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, xenluloza tồn
tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polisaccarit khác với hemi-xeluloza,
pectin và lignin tạo thành liên kết bền vững.
Xenluloza là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các gốc β - D –
Glucose bằng liên kết β – 1,4 glucozit tạo thành chuỗi, có công thức cấu tạo là (
C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000 –
14000. Mỗi phân tử xeluloza thường chứa 1.400 – 10.000 gốc gluco. Xenluloza
là thành phần cơ bản của thành tế bào thực vật, kết hợp với hemixenlulo và
lignin tạo nên độ cứng cho thành tế bào. Trong tự nhiên, xenluloza là hợp chất
khá bền vững, chúng không tan trong nước mà chỉ bị phồng lên vì các nhóm
hydroxyl của các đơn vị gluco có xu hướng hoàn thành liên kết hydrogen nhạy
hơn là với phân tử nước (Lê Xuân Phương, 2003).
♦ Cơ chế phân giải Xenluloza
Để phân giải xenluloza tự nhiên cần phải có sự có mặt của các enzym
trong phức hệ xenlulaza. Phức hệ xenlulaza gồm có 3 loại enzym:
17

28.  Endogluconaza (1,4 - β - D – glucanohydrolaza, CX, EC 3.2.1.4)
thủy phân liên kết 1,4 glucozit bên trong phân tử xenlulo một cách tùy tiện,
nó không tấn công xenlobioza nhưng thủy phân xenlodextrin. Enzim này phân
giải mạnh xenlulo hòa tan nhất là dạng xenlulo vô định hình nhưng hoạt động
yếu ở vùng kết tinh.
 Exoglucanaza (1,4 - β - D – glucanxenlobiohydrolaza, C1, EC
3.2.1.91) tác dụng lên xelulo, cắt các đơn vị xenlobioza khỏi các đầu của
chuỗi xenlulo, không tấn công các xenlulo thay thế, có thể thủy phân
xenlodextrin nhưng không thủy phân xenlobioza.
 β - glucozidaza (β - D – glucozit glucohydrolaza) hay xenlobioza
EC 3.2.1.21 cắt các xenlobioza tạo thành bởi C1 và Cx thành gluco, không tấn
công xenlulo hay xenlodextrin bậc cao (Lê Văn Nhương, 2001).
Tác giả Lutzen cho rằng sự thủy phân xenlulo tự nhiên phải có sự
hiệp đồng của 3 loại enzym trên. Chúng tạo thành phức hệ enzym nhiều thành
phần trên bề mặt các phân tử xenluloza. Nhờ đó Lutzen đưa ra mô hình phân
giải xenluloza theo sơ đồ sau:
(3) Exogucanaza
Xenluloza Endoglucanaza
Gn
Xenlobiohydrolaza
G1
Xenlobiazo
G
(2) Endoglucanaza + Xenlobiohydrolaza
(1)Exogucanaza
Hình 1.2. Mô hình phân hủy Xenluloza của Lutzen
G : Glucozo G1 : Xenlubiozo Gn : đoạn chuỗi Xenlulozo
(1)Thủy phân trực tiếp do tác dụng của Exoglucanaza.
(2) Thủy phân do tác dụng phối hợp của Endoglucanaza và
Xenlobiohydrolaza
18

29. (3) Thủy phân trước tiên do tác động của Endoglucanaza và sau là của
Exoglucanaza.
Để thủy phân xenluloza vô định hình cần có sự tác động của Cx hoặc
C1 nhưng để thủy phân xenluloza tinh thể thì nhất thiết phải có mặt của cả 2
loại enzym này. Ở đây phức hệ enzym xelulaza có tác động hiệp đồng chặt
chẽ, Cx tấn công một cách tự nhiên lên chuỗi xenluloza, phân các liên kết
glucozit ở một số chỗ tùy ý tạo ra các đầu có khả năng bị tấn công bởi C1. Kết
quả tạo ra xenlobioza - một chất kìm hãm cho cả C1 và Cx. Các liên kết
glucozit đã được tách ra có khả năng nhanh chóng bị nối lại do bản chất có
trật tự cao của chính cơ chất, còn khi vắng mặt Cx thì sự thủy phân không xảy
ra hoặc xảy ra chậm chạp do không tạo ra các đầu tự do (Coughlan và cộng
sự, 1979).
♦Vi sinh vật phân giải Xenluloza
Trong tự nhiên có rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng tiết ra một
hoặc một số loại enzym là tác nhân của quá trình phân giải chuyển hóa các
loại hợp chất hữu cơ, biến chúng từ các dạng thô sơ thành dạng mùn nhuyễn
và các chất dinh dưỡng dễ hấp thu trong đất, từ đó làm tăng độ phì nhiêu của
đất và cải thiện môi trường sống xung quanh chúng ta.
Nấm sợi là nhóm có khả năng tiết ra môi trường một lượng lớn
enzym với đầy đủ các thành phần nên khả năng phân giải xenluloza rất mạnh.
Nấm có hoạt tính phân giải xenluloza đáng chú ý là Trichoderma bao gồm
hầu hết các loại sống trong đất, những đại diện tiêu biểu là Trichoderma
ressei, Trichoderma viride, chúng phân hủy tàn dư thực vật trong lớp đất góp
phần chuyển hóa lượng hữu cơ khổng lồ. Một số nấm khác cũng có khả năng
phân giải xenluloza khá cao là Aspergillus niger, Fussarium solani,
Penicillium pinophinum... (Phan Bá Học, 2007).
Vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenluloza, nhưng cường độ
không mạnh bằng nấm sợi do lượng enzym tiết ra môi trường ít hơn và các
19

30. thành phần enzym cũng không đầy đủ. Các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả
năng phân giải xenluloza khá mạnh như: Cellulomonas, Vibrio,
Archomobacter (Phan Bá Học, 2007).
Trong điều kiện yếm khí các vi khuẩn ưa ẩm và ưa nhiệt thuộc giống
Bacillus và Clostridium cùng có khả năng phân giải xeluloza.
Xạ khuẩn: Bên cạnh nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn cũng có khả năng
phân giải xenluloza khá cao, đáng chú ý là Streptomyces, Actinomyces,
Nocardia và Mycromonospora.
Xạ khuẩn phân giải xenluloza được phân lập từ các mẫu đất, mùn rác
và bùn, những nơi có chứa xenluloza. Người ta thường sử dụng xạ khuẩn đặc
biệt là Streptomyces trong việc phân hủy rác thải sinh hoạt. Những xạ khuẩn
này thường thuộc nhóm ưa nhiệt, sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-
50o
C, rất thích hợp với quá trình ủ rác thải ( Phan Bá Học, 2007).
Như vậy chúng ta có thể thấy rằng vi sinh vật phân hủy xenluloza rất
đa dạng và phong phú.
1.6.2. Hemixenluloza, cơ chế thủy phân và vi sinh vật phân giải
Hemixenluloza
♦Hemixenluloza
Hemixenluloza có khối lượng không nhỏ, chỉ đứng sau xenluloza trong
tế bào thực vật, chúng được phân bố ở vách tế bào. Hemixenluloza có bản
chất là polysaccarit bao gồm khoảng 150 gốc đường, liên kết với nhau bằng
cầu β-1,4 glucozit, β-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch ngắn có phân
nhánh. Do trong thành phần có nhiều loại gốc đường khác nhau nên tên của
chúng được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu – hợp phần quan trọng
nhất của hemixenluloza. Các polysaccarit như: galactan, araban, coxylan, là
những hợp chất thường gặp ở thực vật, tham gia cấu tạo nên thành tế bào của
20

31. các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, … Trong tự nhiên, coxylan là loại
thường gặp nhiều nhất.
Về cấu trúc, so với xenluloza thì hemixenluloza không chặt chẽ bằng.
Hemixenluloza dễ bị phân giải bởi dung dịch kiềm hay axit loãng, đôi khi
chúng còn bị phân giải trong nước nóng và đặc biệt hemixenluloza dễ dàng bị
enzim hemixenlulaza phân giải.
♦Cơ chế phân giải Hemixenluloza
Hemixenlulaza dễ bị thuỷ phân, có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc
đơn giản hơn và kém bền vững hơn xenlulaza. Các đơn vị cấu thành là thành
phần chủ yếu của hemixenluloza là xyloza và mantoza. Để phân hủy hoàn
toàn hemixenluloza phân nhánh cần phải có mặt một loạt enzyme khác nhau
như endoxylanaza, β – xylozidaza, α – glucaromidaza, α – arabinozadaza và
axetylxylanestenaza (Lương Đức Phẩm và cộng sự, 2009).
♦Vi sinh vật phân giải Hemixenluloza (Xylan)
Các vi sinh vật phân giải hemixenluloza ít được chú ý đến vì nhiều tác
giả cho thấy đa số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp xylanaza để phân
giải xylan. Khả năng này thường được thấy ở vi khuẩn dạ có như:
Ruminococcus, Bascillus, Bacteriodes, Butyvubrio và các loại thuộc khi
Clostridium. Nhiều loài nấm sợi cũng có khả năng tạo xylanaza như:
Aspergillus niger, Penicillium janthinnellum, Trichoderma ressei, Aspergillus
oryzae…
Tuy nhiên, nhiều vi sinh vật hiếu khí và yếm khí trong đất có khả năng
tổng hợp enzim hemixenluloza với hoạt tính cao hơn xenluloza.
1.6.3. Ligin, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Ligin.
♦Ligin
Ligin là một hợp chất cao phân tử đặc biệt của thực vật. Thường tập
trung ở những mô hoá gỗ, là chất kết dính tế bào, làm tăng độ bền cơ học,
chống thấm nước qua vách tế bào mô xylem và ngăn cản sự xâm nhập của vi
21
Tải bản FULL (67 trang): https://bit.ly/3qIU0ha
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

32. sinh vật gây bênh. Ngoài ra, Ligin có cấu trúc rất phức tạp được tạo thành do
phản ứng ngưng tụ từ 3 loại rượu chủ yếu là trans-P-cumarynic; trans-
connyferynic và trans-cynapylic. Ligin khác với xenluloza và hemixenluloza
ở chỗ hàm lượng cac bon tương đối nhiều, cấu trúc của ligin còn có nhóm
methoxyl (-OCH3) liên kết với nhau bằng liên kết (C-C) hay (C-O) trong đó
phổ biến là liên kết aryl-glyxerin; aryl-aryl và diaryl ete. Lignin khá bền và ít
chịu tác dụng của enzyme và vi sinh vật.
♦Cơ chế thuỷ phân của Ligin
Có nhiều quan điểm trái ngược nhau về cơ chế phân giải lignin. Một số
tác giả cho rằng, lignin có tác dụng như một nguồn cảm hứng để tổng hợp ra
ligninaza. Nhưng một số tác giả khác lại cho rằng quá trình phân giải lignin là
một quá trình trao đổi chất thứ cấp. Chúng chỉ xảy ra khi môi trường thiếu các
nguồn dinh dưỡng cacbon dễ đồng hóa hoặc thiếu nguồn nitơ. Nếu thêm nito
vào sẽ làm giảm nhanh quá trình phân giải lignin.
Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy có khoảng 15 loại enzyme tham
gia vào quá trình thủy phân lignin. Ligninaza không thủy phân lignin thành
các tiểu phần hòa tan như phân giải xenluloza và hầu hết các polime khác, vì
lignin chứa một số lượng các liên kết có thể bị phân hủy nhỏ. Mặt khác,
ligninaza lại rất khó hòa tan, chúng sẽ liên kết theo một kiểu nào đó cho phép
tiếp xúc với lignin. Quá trình thủy phân có thể diễn ra theo điều kiện phản
ứng hóa học sau:
Cắt oxy hóa mạch bên của đơn vị phenylpropan
Hình thành nhóm cacboxyl thơm.
Tách nhóm methoxyl.
Hydroxyl hóa vòng thơm.
♦Vi sinh vật phân giải lignin
22

33. Đối với lignin là loại có chất khó chuyển hóa nhất, thời gian phân hủy
rất chậm kéo dài hàng tháng đến hàng năm. Các vi sinh vật phân giải lignin
thường là các loại nấm. Về nấm mốc, người ta chia thành 3 loại hình chính:
Phân giải lignin cho những bột nát mềm: Do nấm Ascomycetes
(chaetomium, xylaria, hypoxylon) và nhiều nấm bất toàn Conythyrium,
Stysanus, Alternaria,…
Phân giải lignin cho những bột nát màu nâu: Gyrophana lacrymans,
Armillariella mella, Laccaria lacata,… chúng đều thuộc Basidiomycetes.
Phân giải lignin cho bột nát màu trắng: Do nấm Ascomycetes,
Hypoxylon, Xylaria,… Ngoài nấm Ascomycetes còn có Basidiomycetes,
Agaricales (Pholliota) hay Aphyllophorales (stereum, coriolus, fomes,…)
(Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2011).
1.6.4. Pectin, cơ chế thuỷ phân và vi sinh vật phân giải Pectin.
♦Pectin
Các chất pectin là hợp chất polymer dạng keo, thuộc loại polysaccarit
dị hình, được cấu tạo từ các gốc axit galacturonic gắn với nhau bằng liên kết α
– 1,4 – glucozit và một số gốc khác được metyl hóa ở vị trí C6. Pectin có mặt
ở tất cả các mô thực vật bậc cao và là thành phần cơ bản của thực vật. Cùng
với lignin và xenluloza, pectin tham gia vào hình thành bộ khung của thực
vật, điều chỉnh độ ẩm và trạng thái của tế bào thực vật.
Pectin có các thành phần tan và thành phần không tan trong nước.
Protopectin là thành phần không tan. Pectin hòa tan được trùng hợp là
polysacarit chủ yếu từ các gốc axit galacturonic, trong đó có một số gốc axit
có chưa nhóm thế metoxyl.
♦Cơ chế thuỷ phân của Pectin
Các enzyme phân giải chất pectin gồm các loại sau:
Pectinesteraza tác động vào vị trí số 5, số 6 hoặc số 4 có nhóm metyl và
tạo thành axit galacturonic và methanol.
23
Tải bản FULL (67 trang): https://bit.ly/3qIU0ha
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

34. Polygalacturonaza cắt liên kết α – 1,4 – glucozit.
Tác động lên axit pectinic và axit pectin là polygalacturonaza.
Tác động lên liên kết α – 1,4 – glucozit là protopectinaza.
Dưới tác dụng của enzyme pectinaza, tính chất của các pectin thay đổi
rất nhiều.
♦Vi sinh vật phân giải pectin.
Pectinaza được sản sinh ra nhờ một số loài vi khuẩn và nhiều loài nấm
mốc. Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của các enzyme pectinaza là 37 –
55o
C, pH thích hợp 3 – 4,5. Vi sinh vật phân giải pectin gồm một số loại nấm
sợi như: Botrytis cinerea, Fuarium oxysporum, Erwinia carotorava,… và một
số loại vi khuẩn như: Clostridium, Pectinnovorum, Bacillus macerans,… (
Lương Đức Phẩm và cộng sự, 2009).
24
4217562