Đánh giá tiềm năng giảm thiểu phát thải CO2 và hiệu quả kinh tế khi áp dụng chitosan và protein thủy phân từ phụ phẩm của quá trình chế biến tôm trong canh tác lúa ở đồng bằng sông Cửu Long

TÓM TẮT

    Sản xuất nông nghiệp là lĩnh vực có tỷ lệ phát thải khí nhà kính (KNK) cao tại Việt Nam, đặc biệt phát thải từ quá trình sử dụng phân bón hóa học. Để giảm thiểu sử dụng phân hóa học và CO₂, nghiên cứu này đánh giá khả năng sử dụng chitosan và protein thủy phân từ phụ phẩm của quá trình chế biến tôm trong canh tác cây lúa ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Theo kết quả nghiên cứu, sử dụng tích hợp đạm tôm, chitosan kết hợp với phân bón hữu cơ và khoáng với liều lượng, quy trình thích hợp sẽ giảm phát thải KNK đến 36,1%, giá thành sản xuất lúa giảm 22,2% so với quy trình sử dụng phân vô cơ và thuốc bảo vệ thực vật (BVTV). Điều này cho thấy, đạm tôm và chitosan là nguyên liệu đầu vào hiệu quả trong canh tác lúa ít phát thải các bon ở khu vực ĐBSCL.

    Từ khóa: Đạm tôm, chitosan, khí nhà kính, canh tác ít phát thải các bon.

    Nhận bài: 22/11/2021; Sửa chữa: 4/12/2021; Duyệt đăng: 8/12/2021.

1. Mở đầu

     Ở Việt Nam, kết quả kiểm kê quốc gia KNK năm 2000 cho thấy, tổng lượng khí phát thải là 150.899,7 nghìn tấn CO₂ tương đương (CO_2eq), trong đó nông nghiệp là nguồn phát thải lớn nhất với 65.090,7 nghìn tấn CO_2eq, chiếm 43,1%; tiếp theo là năng lượng với 52.773,5 nghìn tấn CO_2eq, chiếm 35%; từ sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp là 15.104,7 nghìn tấn CO_2eq, chiếm 10%; từ các quá trình công nghiệp là 10.005,7 nghìn tấn CO_2eq, chiếm 6,6%; từ chất thải là 7.925,2 nghìn tấn CO_2eq, chiếm 5,3%. Hiện nay có nhiều nghiên cứu để giảm phát thải KNK trực tiếp từ quá trình canh tác lúa, điển hình như giải pháp về quản lý nước (Pandey et al., 2014; Tran, Hoang, Tokida, Tirol-Padre, & Minamikawa, 2018). Tuy nhiên, bên cạnh phát thải trực tiếp các KNK từ hoạt động canh tác nông nghiệp còn có các phát thải gián tiếp từ vật tư nông nghiệp như phân bón, thuốc BVTV. Theo nghiên cứu của Chojnacka et al. (2019), hệ số phát thải CO₂ của một số loại phân bón là 3,47 kg CO_2eq/kg Ure, 1,36 kg CO_2eq/kg DAP và 0,26 kg CO_2eq/kg KCl. Do vậy, phát thải gián tiếp từ phân bón sẽ góp phần lớn đến hiện trạng phát thải từ canh tác nông nghiệp. Theo số liệu của Cục BVTV, đến nay, Việt Nam đã công nhận lưu hành hơn 20.000 phân bón, về cơ cấu sản phẩm, trong các phân bón đã được công nhận lưu hành, phân bón vô cơ chiếm khoảng 90%, các loại còn lại gồm hữu cơ, sinh học chiếm 10%. Trong các phân bón vô cơ được công nhận lưu hành, phần lớn là phân bón hỗn hợp NPK chiếm tỷ lệ hơn 77%; các loại phân bón đạm, lân, kali đơn chiếm khoảng 8%; phân phức hợp chỉ chiếm 1%; phân trung lượng chiếm 4% và phân vi lượng chiếm 10%. Thống kê loại phân bón theo phương thức sử dụng, phân bón rễ chiếm 85%; phân bón lá chiếm 15% trong các phân bón được công nhận lưu hành.

    Ngoài ra, giá thành sản xuất nông nghiệp của Việt Nam không ổn định, phụ thuộc rất nhiều vào các nguồn nguyên liệu nhập khẩu. Do đó, cần áp dụng các phân bón có nguồn từ phụ phẩm từ quá trình sản xuất, canh tác nông, lâm, ngư nghiệp sẵn có trong nước phục vụ canh tác nông nghiệp sạch hơn theo hướng hữu cơ, hướng tới giảm thiểu phát thải và giảm chi phí, gia tăng lợi nhuận, góp phần phục vụ phát triển bền vững ngành Nông nghiệp vùng ĐBSCL là cần thiết trong giai đoạn hiện nay.

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp đánh giá, kiểm kê phát thải KNK

    Để tính toán phát thải từ quá trình sản xuất, nghiên cứu này áp dụng hướng dẫn của IPCC (2006), công thức tính như sau:

    Trong đó:

• M_CO2eq: Tổng phát thải KNK, kg khí CO₂ tương đương (khí hiệu là CO_2eq).
• A_i: Hệ số hoạt động của nguồn phát thải i, phụ thuộc vào đơn vị của EF (thông thường là lượng sử dụng).
• EF_i: Hệ số phát thải CO_2eq của nguồn i, có đơn vị tính là kg CO_2eq/đơn vị A.

            Bảng 1. Hệ số phát thải của các nguyên vật liệu đầu vào phục vụ tính toán

2.2. Phương pháp triển khai thực nghiệm sử dụng chitosan và đạm thủy phân trên lúa

    Đạm tôm và chitosan được sử dụng để tạo sản phẩm phân bón lá theo tỷ lệ 7 : 3, mỗi lít có bổ sung 10g hỗn hợp chứa vi lượng (thành phần theo tính toán là: B 0,13%, Cu 0,03%, Fe 0,28%, Mn 0,13%, Mo 0,007%, Zn 0,03%, Mg 4,2%) được sử dụng để phun định kỳ trung bình 10 ngày/lần. Đồng thời, được sử dụng để bổ sung vào phân bón hữu cơ từ compost rác thải sinh hoạt phục vụ bón gốc theo tỷ lệ là phân hữu cơ : đạm tôm : bột khoáng : oligo chitosan = 100 : 40 : 40 : 1, được sử dụng để bón ở giai đoạn 8 – 10 ngày sau sạ với lượng 200 kg/ha. Bột khoáng mua của Công ty CP thiết bị kỹ thuật Ngôi sao Phương Nam có thành phần trung vi lượng và một số nguyên tố đất hiếm như Bảng 2.

Bảng 2. Thành phần đá khoáng bổ sung vào phân bón

    Nguyên liệu đạm tôm và oligochitosan được mua từ Công ty VNF có tính chất như Bảng 3 và Bảng 4.

Bảng 3. Tính chất đạm tôm

Bảng 4. Thành phần oligochitosan

    Thí nghiệm bố trí với 5 công thức, đánh giá ảnh hưởng của phân bón khảo nghiệm trên cây trồng với 3 mức sử dụng phân bón khảo nghiệm khác nhau, 1 công thức sử dụng phân vô cơ không sử dụng thuốc BVTV và 1 công thức sử dụng phân vô cơ, thuốc BVTV theo quy trình thông thường hay áp dụng tại địa phương. Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) với 3 lần lặp lại. Diện tích một ô thí nghiệm đối với thí nghiệm là 20 m². Sơ đồ bố trí như Bảng 5.

Bảng 5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

    Công thức 1: ure 310 kg/ha, DAP 220 kg/ha, KCl 170 kg/ha. Công thức 2: 200 kg phân hữu cơ, phân bón lá bón với liều lượng 17,5 lít/ha; công thức 3: 200 kg phân hữu cơ, phân bón lá bón với liều lượng 35 lít/ha. Công thức 4: 200 kg phân hữu cơ, phân bón lá bón với liều lượng 70 lít/ha. Công thức 5: ure 310 kg/ha, DAP 220 kg/ha, KCl 170 kg/ha + BVTV. Quy trình bón cụ thể như sau:

Bảng 6. Quy trình bón phân

    Để đánh giá hiệu quả, công thức 1 không phun thuốc BVTV và phân bón lá các loại; công thức 2 – 4 không phun thuốc BVTV. Riêng công thức 5 được canh tác hoàn toàn theo quy trình tại địa phương và sử dụng thuốc BVTV. Chế độ nước theo quy trình thông thường. Giống: chọn giống OM 18, chọn giống chứng nhận, ngâm giống theo quy trình thông thường. Lượng giống gieo sạ là 20 kg/1000 m² (mật độ gieo được áp dụng phổ biến của khu vực nghiên cứu).

    Các chỉ tiêu đánh giá:

          + Hiệu quả kinh tế: Giá thành sản xuất = Tổng chi phí/năng suất.

          + Phát thải KNK (CO_2eq): xem như các yếu tố khác như làm đất, gặt… là giống nhau, nghiên cứu này chỉ đánh giá phát thải KNK gián tiếp từ quá trình sử dụng thuốc BVTV, phân bón của các thí nghiệm. Liều lượng sử dụng phân bón, thuốc BVTV dựa vào thực tế, hệ số phát thải KNK của chitosan và đạm tôm dựa vào số liệu kiểm kê. Riêng hệ số phát thải từ các loại phân bón vô cơ và thuốc BVTV dựa vào nghiên cứu của Chojnacka et al. (2019).

          + Đánh giá về năng suất: Đánh giá trên cơ sở thu hoạch toàn bộ các ô thí nghiệm.

3. Kết quả

3.1. Đánh giá về năng suất và hiệu quả kinh tế

    Thời gian khảo nghiệm phân bón diện hẹp vụ Hè Thu tại điểm khảo nghiệm xã Tân Hòa, huyện Tân Thạnh, tỉnh Long An từ tháng 3 – 6/2021, kết quả như sau:

Bảng 7. Hiện trạng sâu bệnh và BVTV

Bảng 8. Năng suất của các công thức thí nghiệm

Ghi chú: a: khác biệt không ý nghĩa

    Khi sử dụng phân bón gốc hữu cơ và bón lá từ đạm tôm, chitosan cho thấy mức độ sâu bệnh thấp hơn rất nhiều so với quy trình vô cơ không sử dụng thuốc BVTV. Điều này do sử dụng đồng thời phân hữu cơ có bổ sung khoáng trung vi lượng (chứa đến hơn 30 nguyên tố) và nguồn đạm là amino axit giúp cây lúa phát triển cân đối, không dư thừa phân bón nên ít hấp dẫn với các loại sâu bệnh. Ngoài ra, phân bón rễ và bón lá có sử dụng chitosan, đây là chất kích thích sinh trưởng sinh học đồng thời có khả năng đối kháng với các loại tuyến trùng rễ, các loại nấm bệnh do vậy các công thức CT2 – CT4 có mức độ ảnh hưởng bởi sâu bệnh ít hơn nhiều so với sử dụng phân bón vô cơ. Với mức ý nghĩa 5%, bón phân vô cơ mà không sử dụng thuốc BVTV sẽ có năng suất thấp nhất do cây trồng dễ bị sâu bệnh. Kết quả cho thấy, công thức CT4 với liều 70 lít/ha có năng suất cao nhất so với 3 công thức CT2 – CT4 và cao hơn quy trình vô cơ theo công thức CT1 đến 23,6%. Đối với quy trình canh tác vô cơ thông thường có sử dụng thuốc BVTV (CT5) có năng suất cao hơn so với quy trình sử dụng phân hữu cơ từ đạm thủy phân và chitosan  CT2 – CT4), năng suất cao hơn so với công thức CT4 là 13,6%. Chọn CT4 và CT5 để so sánh, ta có giá thành sản xuất của công thức CT4 với công thức CT5 như Bảng 9.

Bảng 9. Hiệu quả kinh tế sản xuất sử dụng phân hữu cơ

Ghi chú: Công chăm sóc: công bón phân 60.000 đồng/bao 50 kg; công phun thuốc bình quân 12.000 đồng/bình; phân urea 9000 đồng/kg; DAP 13000 đồng/kg; KCl 10.000 đồng/kg; chitosan 80.000 đồng/kg; đạm tôm 16.000 đồng/kg; phân compost 1.000 đồng/kg; khoáng chứa nguyên tố đất hiếm 4000 đồng/kg

    Kết quả trên cho thấy, giá thành sản xuất lúa vô cơ cao hơn hữu cơ đến 22,2%. Trong khi đó, chất lượng lúa sử dụng phân hữu cơ, đạm tôm và chitosan sẽ tốt hơn nhiều do hoàn toàn không sử dụng thuốc BVTV. Nếu gọi x là giá thành lúa (đồng/kg), y và z lần lượt là lợi nhuận của quy trình hữu cơ và vô cơ. Ta có:

    Y = 6620 (x – 2061); Z = 7520 (x – 2519).

    Khi Y = X thì giá lúa là 5.888 đồng/kg, có nghĩa là lợi nhuận của cả hai quy trình là tương đương nhau. Nếu giá lúa thị trường thấp hơn 5.888 đồng/kg thì canh tác theo quy trình hữu cơ sẽ có lợi nhuận cao hơn và ngược lại. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, giá lúa sạch thường cao hơn giá lúa vô cơ ít nhất 1000 đồng/kg, ngoài ra nếu được chứng nhận hữu cơ thì giá thành lúa còn cao hơn do vậy canh tác theo quy trình hữu cơ lợi nhuận sẽ cao hơn vô cơ ít nhất 11,9 triệu đồng/ha.

3.2. Đánh giá tiềm năng giảm phát thải CO₂

    Đánh giá hiện trạng phát thải CO₂ của quá trình sản xuất chitosan và protein thủy phân từ phụ phẩm của quá trình chế biến tôm như Bảng 10.

Bảng 10. Phát thải CO₂ từ quá trình sản xuất chitosan

    Số liệu phát thải về đạm tôm thủy phân chưa có nghiên cứu nào đề cập, để phục vụ tính toán trong nghiên cứu này giả định phát thải từ đạm tôm thủy phân chiếm 50% so với chitosan. Áp dụng các hệ số phát thải vào tính toán ta có phát thải CO₂ gián tiếp cụ thể như Bảng 11.

Bảng 11. Phát thải các bon từ quá trình sử dụng phân

    Kết quả cho thấy, phát thải CO₂ từ quá trình sử dụng phân và thuốc BVTV trung bình 1 ha của quy trình hữu cơ thấp hơn vô cơ đến 36,1%. Điều này cho thấy sự hiệu quả khi áp dụng tích hợp đạm tôm, chitosan trong canh tác lúa theo hướng ít phát thải.

4. Kết luận

    Theo kết quả nghiên cứu, sử dụng đạm tôm và chitosan sản xuất từ phụ phẩm ngành chế biến tôm để nâng cao chất lượng phân compost và dùng để bón lá sẽ giảm được giá thành sản xuất lúa khoảng 22,2% đồng thời giảm phát thải gián tiếp từ quá trình sử dụng phân bón và thuốc BVTV là 52,53 kg CO_2eq/tấn lúa so với quy trình vô cơ. Giảm được phát thải CO_2e gián tiếp từ quá trình sử dụng phân sẽ góp phần giảm thiểu tổng phát thải các bon từ quá trình canh tác (phát thải gián tiếp từ sử dụng phân chiếm đến 53,3% tổng phát thải (Kashyap & Agarwal, 2021)). Năng suất lúa từ quá trình sử dụng phân bón hữu cơ và bón lá từ chitosan, đạm tôm của nghiên cứu thấp hơn khoảng 13,6% so với canh tác thông thường theo quy trình vô cơ. Tuy nhiên, khoảng chênh lệch năng suất này không ảnh hưởng đến lợi nhuận do chi phí sản xuất của quy trình hữu cơ thấp hơn nhiều. Hơn nữa, giá thành của gạo hữu cơ cao hơn, do vậy thu nhập khi sản xuất theo quy trình hữu cơ sẽ gia tăng nhiều hơn nữa. Các phụ phẩm từ quá trình chế biến lúa hữu cơ như rơm rạ, cám, trấu không sử dụng thuốc BVTV có thể dùng làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình canh tác hữu cơ khác như chăn nuôi, trồng nấm hữu cơ… Bên cạnh đó, quy trình hữu cơ không sử dụng thuốc BVTV góp phần giảm tác động tiêu cực tới môi trường và con người. Giống OM18 là giống có khả năng chống chịu sâu bệnh cao, do vậy, nghiên cứu trong thời gian tới cần triển khai cho nhiều loại giống khác nhau để đánh giá đầy đủ hơn khả năng của quy trình canh tác ứng dụng đạm tôm và chitosan trong canh tác lúa sạch, theo hướng ít phát thải.

Tài  liệu tham khảo

1. Cheng, K. (2017). Methodology for Carbon Footprint Calculation in Crop and Livestock Production.
2. Chojnacka, K., Kowalski, Z., Kulczycka, J., Dmytryk, A., Górecki, H., Ligas, B., & Gramza, M. (2019). Carbon footprint of fertilizer technologies. Journal of Environmental Management, 231, 962-967. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.09.108
3. DDC. (2021). Công văn số 116/BĐKH-TTBVTOD của Cục BĐKH về thông báo kết quả tính toán hệ số phát thải của lưới điện Việt Nam năm 2019.
4. Kashyap, D., & Agarwal, T. (2021). Carbon footprint and water footprint of rice and wheat production in Punjab, India. Agricultural Systems, 186, 102959. doi: https://doi.org/10.1016/j.agsy.2020.102959
5. Muñoz, I., Rodríguez, C., Gillet, D., & M. Moerschbacher, B. (2018). Life cycle assessment of chitosan production in India and Europe. The International Journal of Life Cycle Assessment, 23(5), 1151-1160. doi: 10.1007/s11367-017-1290-2
6. Pandey, A., Mai, V. T., Vu, D. Q., Bui, T. P. L., Mai, T. L. A., Jensen, L. S., & de Neergaard, A. (2014). Organic matter and water management strategies to reduce methane and nitrous oxide emissions from rice paddies in Vietnam. Agriculture, Ecosystems & Environment, 196, 137-146. doi: https://doi.org/10.1016/j.agee.2014.06.010
7. Phong, N. T. (2012). Greenhouse Gas Emissions from Composting and Anaerobic Digestion Plants. (PhD), Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES).  
8. Thannimalay, L. (2013). Life Cycle Assessment of Sodium Hydroxide. Australian Journal of Basic and Applied Sciences.
9. Tran, D. H., Hoang, T. N., Tokida, T., Tirol-Padre, A., & Minamikawa, K. (2018). Impacts of alternate wetting and drying on greenhouse gas emission from paddy field in Central Vietnam. Soil Science and Plant Nutrition, 64(1), 14-22. doi: 10.1080/00380768.2017.1409601
10.  winnipeg. (2021). Emission factors in kg CO₂-equivalent per unit. Retrieved 30/10/2021​

Trần Văn Thanh¹, Võ Thị Lý Thu Thảo¹, Tất Huỳnh Yến Phụng¹, Nguyễn Viết Sỹ¹, Trần Thanh Lượm¹, Đỗ Thị Thu Huyền²

¹Trung tâm Khảo kiểm nghiệm phân bón Quốc gia, Cục Bảo vệ thực vật

²Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số Chuyên đề Tiếng Việt IV/2021)