Tiêu đề: “Sử dụng nước thải trong ao nuôi thâm canh cá tra để tưới lúa”.

Tác giả:  Đặng Quốc Cường, Khóa 2011 đợt 2.

 Chuyên ngành: Môi trường đất và nước, Mã ngành: 62440303; Nhóm ngành: Khoa học tự nhiên.

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trương Thị Nga, Trường Đại học Cần Thơ.

 Thời gian bảo vệ: 14 giờ 00, Thứ bảy ngày 11 tháng 02 năm 2017.

 Địa điểm bảo vệ: Phòng Bảo vệ luận án tiến sĩ (Phòng họp 3, lầu 2, Nhà điều hành), Khu II – Trường Đại học Cần Thơ.

1. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN

Đề tài: Sử dụng nước thải trong ao nuôi cá tra thâm canh để tưới lúa” được thực hiện nhằm:

- Đánh giá hiện trạng, tình hình nuôi cá tra tại một số khu vực thuộc đồng bằng sông Cửu Long làm cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp quản lý chất thải từ ao nuôi cá tra;

- Khảo sát và phân tích nước thải ao nuôi cá tra để đánh giá thành phần và tính chất;

- Đánh giá được tải lượng chất ô nhiễm của nước thải trong ao nuôi cá tra;

- Đánh giá khả năng xử lý nước thải ao nuôi cá của ruộng lúa và lợi ích môi trường khi sử dụng nước thải ao nuôi cá tra để tưới lúa.

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Luận án đã cập nhật về hiện trạng và định hướng phát triển cá tra ở đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2020. Cho thấy tiềm năng phát triển nghề nuôi cá tra theo Quyết định số 3885/QĐ-BNN-TCTS ngày 11/09/2014 về Quy hoạch nuôi, chế biến cá tra vùng ĐBSCL đến năm 2020 của Bộ NN&PTNT về khía cạnh môi trường là kết hợp với trồng trọt nghiên cứu sử dụng chất thải từ ao nuôi cá tra làm phân bón cho cây trồng, giảm nguồn gây ô nhiễm xả thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên. Mặt khác, nước thải từ ao nuôi cá tra tại khu vực nghiên cứu không được xử lý trước khi thải ra môi trường tiếp nhận, nếu tình trạng này kéo dài thì trong tương lai sẽ ảnh hưởng đến chất lượng môi trường nước mặt không chỉ tại khu vực tập trung nuôi cá tra mà còn các khu vực lân cận.

Luận án đã xác định được thành phần và tính chất của nước thải ao nuôi cá tra thông qua một số chỉ tiêu cơ bản như COD, TKN, TP và dao động trung bình từ 45,33 – 82,56 mg/L đối với COD; 8,59 – 11,48 mg/L đối với TKN và 0,84 – 1,87 mg/L đối với TP. Các chỉ tiêu lý hóa môi trường nước thải ao nuôi cá tra như pH, DO, COD, TKN, N-NH4+, N-NO3-, P-PO43- và TP đều cao hơn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1). Bên cạnh đó, hàm lượng dinh dưỡng trong ao nuôi cá tra đều tăng về giai đoạn cuối vụ mặc dù tần suất thay nước cũng tăng. Trung bình tải lượng COD, TKN và TP của ao nuôi cá tra thâm canh gia tăng theo thời gian nuôi dao động trong khoảng 1,90 – 5,37 tấn/ha/ngày; 0,19 – 1,46 tấn/ha/ngày và 0,01 – 0,53 tấn/ha/ngày tương ứng. Nguyên nhân là do tăng lượng thức ăn sử dụng vào cuối vụ. Tải lượng ô nhiễm trung bình của một vụ nuôi cá tra thâm canh là 533,67 tấn COD/ha; 148,33 tấn TKN/ha và 44,50 tấn TP/ha.

Luận án đã xác định được hàm lượng đạm, lân trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh đều giảm sau khi qua ruộng lúa. Hiệu suất loại bỏ đạm, lân có trong nước thải được cây lúa thấp thu, chuyển hóa và tích lũy trong sinh khối, nhiều nhất là bộ phận trên mặt đất khi cây lúa phát triển sau 12 tuần thí nghiệm trong vụ lúa Đông Xuân và Hè Thu. Hiệu suất xử lý tổng nitơ Kjeldahl (TKN) đối với điều kiện bón NPK là 63,7% thấp hơn điều kiện bón bổ sung 2/3 NPK (67,5%) và điều kiện chỉ bón bổ sung Kali (73,1%). Tương tự đối với tổng lân (TP), ở điều kiện bón bổ sung Kali (84,6%) có hiệu suất xử lý cao hơn các nghiệm thức còn lại và ở điều kiện bón bổ sung NPK (78,4%) cho hiệu suất thấp hơn các nghiệm thức khác. Ngoài ra, hiệu suất loại bỏ đạm, lân luôn tăng theo thời gian sinh trưởng và phát triển của lúa. Hiệu suất xử lý ở giai đoạn cây mạ đạt 45,99% (TKN) và 37,23% (TP) thấp hơn các giai đoạn khác và ở giai đoạn cây lúa vào hạt đạt 72,33% (TKN) và 70,92% (TP) cao hơn các giai đoạn còn lại. Khả năng tích lũy đạm có thể đạt 1,14 tấnN/ha/năm và 0,19 tấnP/ha/năm cho thấy tiềm năng và hiệu quả xử lý nước thải trong ao nuôi cá tra thâm canh của ruộng lúa là rất tốt.

Phần trăm vật chất khô của đạm, lân, kali giảm dần theo thời gian sinh trưởng của cây lúa, do vào giai đoạn trổ, các dưỡng chất được tích lũy nhiều vào trong hạt. Trung bình tích lũy hàm lượng đạm, lân và kali trong thân lá có sự gia tăng đáng kể so với ban đầu, điều này chứng tỏ cây lúa đã hấp thu các dưỡng chất trong đất, trong nước để phát triển và tích lũy chất dinh dưỡng trong thân, lá và trong hạt của chúng. Nghiên cứu cho thấy việc giảm lượng phân bón trên đồng ruộng góp phần hạn chế phát thải từ phân bón, đồng thời giảm chi phí canh tác lúa và nâng cao lợi nhuận cho nông dân.

Luận án đã cũng cho thấy được vai trò của đất trồng lúa đối với xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ và đạm lân có trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh. Góp phầm làm giảm khả năng phú dưỡng hóa của nguồn nước tiếp nhận từ nước thải ao nuôi cá tra. Kết quả nghiên cứu từ các thí nghiệm trong vụ lúa Đông Xuân và Hè Thu cho thấy được tái sử dụng nước thải để tưới lúa không chỉ góp phần cho đất lúa ổn định về các thành phần lý hóa mà còn có khả năng bù lại cho đất các chất dinh dưỡng đã mất đi do cung cấp cho quá trình sinh trưởng của cây lúa. Như vậy, để hạn chế ô nhiễm môi trường nước từ nguy cơ nước ao nuôi cá tra thì việc sử dụng nguồn nước này để tưới cho ruộng lúa là biện pháp cần được quan tâm và áp dụng.

Nghiên cứu đã cho thấy, việc sử dụng nước thải ao nuôi cá tra để tưới lúa cho năng suất từ bằng đến cao hơn việc sử dụng nước sông mà không làm thay đổi tính chất đất. Ứng dụng sử dụng nước thải để tưới lúa có ý nghĩa về khía cạnh môi trường, giảm lượng nước thải và các chất hàm lượng gây ô nhiễm, đồng thời tận dụng nước thải tưới lúa có thể giảm lượng phân bón vô cơ để canh tác lúa.

- Giống lúa: Jasmine 85, OM 6976

- Bón phân: Bón phân đạm, lân và Kali theo từng đợt với lượng và thời gian bón theo bảng hướng dẫn.

Công thức phân bón được khuyến cáo:

Ghi chú *: Sử dụng bảng so màu lá để xác định đúng ngày bón phân đạm vào khoảng thời gian này.

- Quản lý nước:

+ Giai đoạn cây mạ (0-7 NSS): Rút cạn nước trước khi sạ và giữ khô mặt ruộng trong vòng 3 ngày sau khi gieo, ngày thứ 4 cho nước thải ao nuôi cá tra vào làm láng mặt ruộng 1 ngày sau đó rút cạn để đảm bảo đủ ẩm bề mặt ruộng.

+ Giai đoạn đẻ nhánh – làm đòng (7-42 NSS): Đưa nước thải ao nuôi cá tra trên mặt ruộng ở mức 5-7 cm. Trong giai đoạn này không châm thêm nước thải vô ruộng lúa cho tới khi mực nước trên ruộng cạn mới tiếp tục bơm thêm nước vào.

+ Giai đoạn trổ (42-65 NSS): Giữ nước thải trong ruộng ở mức 3-5 cm.

+ Giai đoạn chín (65-95 NSS): Giữ nước thải trong ruộng ở mức 2-3 cm cho đến giai đoạn chín vàng (7-10 ngày trước khi thu hoạch) tháo cạn nước trong ruộng.

- Phòng trừ sâu bệnh hại: sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật theo kinh nghiệm của nông dân để phòng trừ bệnh hại cho cây lúa.

2. NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN:

So với các công trình nghiên cứu gần đây, nghiên cứu tập trung vào một số điểm mới cơ bản như sau:

- Đánh giá được khả năng xử lý các chất gây ô nhiễm có trong nước thải ao nuôi cá tra bằng ruộng lúa qua quá trình hấp thu đạm, lân; tích lũy trong sinh khối; quá trình tích lũy đạm, lân nhiều nhất trong các bộ phận trên mặt đất qua các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa khi cây phát triển sau 12 tuần thí nghiệm.

- Đánh giá được khả năng cung cấp đạm, lân từ nước thải ao nuôi cá tra ở khu vực nghiên cứu, cụ thể có thể giảm 1/3 lượng phân bón hóa học sử dụng mà không ảnh hưởng tới năng suất lúa.

- Việc giảm nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải ao nuôi cá tra là do quá trình sử dụng các chất hữu cơ của cây lúa, nhưng đồng thời cũng cho thấy vai trò của đất lúa đối với việc xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải ao nuôi cá tra, góp phần giảm thiểu việc phú dưỡng hóa đất lúa do các chất ô nhiễm gây nên.

- Việc áp dụng thực tế cho thấy khả năng có thể nhân rộng việc sử dụng cánh đồng lúa để xử lý nước thải ao nuôi cá tra ở những vùng có hoạt động nuôi cá tra và trồng lúa, góp phần bảo vệ môi trường nước mặt.

- Là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo về việc xử lý nước thải ao nuôi cá tra bằng ruộng lúa ở những thời điểm và khu vực khác nhau nói riêng, và bằng những loại cây trồng khác nói chung.

3. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

- Luận án đã đề xuất được quy trình xử lý nước thải ao nuôi cá tra theo hướng thân thiện với môi trường bằng ruộng lúa có thể áp dụng ở những khu vực có nuôi cá và trồng lúa thường gặp ở ĐBSCL

- Với đặc tính lượng nước thải nhiều chủ yếu dạng dễ phân hủy sinh học trong điều kiện các khu vực nuôi cá đều nằm trong các vùng nông thôn, nên việc áp dụng để xử lý nước thải từ nuôi cá bằng ruộng lúa thiên về hướng sử dụng công nghệ sinh học tự nhiên, đơn giản dễ thực hiện.

- Do lúa tiêu tốn một thể tích nước lớn khi được tưới hoàn toàn, đặc biệt là trong mùa nắng. Nước thải nếu có từ các ao nuôi lân cận có thể cung cấp được hầu hết nhu cầu nước cho ruộng lúa đồng thời cũng cung cấp một lượng dinh dưỡng đáng kể, do đó có thể giảm chi phí cho nông hộ qua việc giảm lượng phân bón hóa học.

Người hướng dẫn                                                     Nghiên cứu sinh

 PGS. TS. Trương Thị Nga                                           Đặng Quốc Cường

DISSERTATION INFORMATION

Title:                                                 Using wastewater from catfish ponds for irrigating paddy fields.

PhD Candidate:                          Dang Quoc Cuong

Major:                                              Land and water environment;

Code:                                                 62 44 03 03

Major Group:                               Environment

Suppervisor:                                Assoc. Prof. Dr. Truong Thi Nga

Educational Unit:                      Can Tho University

1. Summary of dissertation content

The thesis “Using wastewater from catfish (Pangasianodon hypophthalmus) ponds for irrigating paddy field”  was implemented with the purpose :

- Assessing the situation of catfish farming in some areas of the Mekong Delta as a basis for proposing measures to manage waste from catfish ponds.

- The survey and analysis in catfish ponds to assess the composition and characteristics.

- Assessing the pollutants load of waste water from catfish ponds.

- Assessing the possibility of wastewater treatment from catfish ponds and benefits of environmental when using wastewater for irrigating paddy fields.

Results of research show that:

The thesis was updated the status and development orientation catfish farming in the Mekong Delta to 2020 period. This was also shown the potential development of catfish farming with Decision No. 3885/QD-BNN-TCTS dated 11thSeptember, 2014 for planning catfish farming, processing catfish in Mekong Delta to 2020 by MARD on environmental aspects which are associated with cultivation studies for using waste from catfish ponds as fertilizer for crops and reducing sources pollutants discharged directly into the environment. The other hand, wastewater from catfish ponds in the study area is not treated before discharged into environment. If this situation lasts long time, the quality of surface water will be not affected in breeding areas but also in the surrounding areas in the near future.

The thesis was determined ingredient and property of wastewater from catfish pond such  some basis parameters as COD, TKN, TP and in range of 45.33 – 82.56 mg/L for COD; 8.59 – 11.48 mg/L for TKN and 0.84 – 1.87 mg/L for TP. The physio-chemical environmental parameters in the catfish pond wastewater as pH, DO, COD, TKN, N-NH4+, N-NO3-, P-PO43- and TP were higher than NTR 08:2015/BTNMT (column B1). Besides, the nutrient content in catfish ponds was increased in the last stages although the frequency of water exchange was increased. Average COD, TKN, TP load of intensive catsifh pond wastewater is increased time by time and in range of 1.90 – 5.37 ton/ha/day; 0.19 – 1.46 ton/ha/day and 0.01 – 0.53 ton/ha/day respectively. The reason is that increase the amount of feed used at the end of crop. Average pollution load is 533.67 ton of COD/ha; 148.33 ton of TKN/ha and 44.50 ton of TP/ha.

The thesis was determined that nitrogen and phosphorus of wastewater from insitive catfish pond were decreased after going through paddy field. Removal efficiency of nitrogen and phosphorus which are absorbed, transferred and accummulated in biomass is the highest at upper-ground part of rice when growing at 12 weeks in pilot experiments at Winter – Autumn and Summer – Spring. The efficiency of  TKN treatment with the NPK application was 63.7% lower than the application of 2/3 NPK (67.5%) and lower than the condition only using  kali (73.1%). The same with the treatment of total phosphorus, highest efficiency obtained in the case with only Kali application (84.9%) and lowest in the condition with NPK (78.4%). In addition, the performance nitrogen, phosphorus removeal always increases at the growing and development time of rice. In the period seedling the performance was  45.99% of TKN and 37.23% of TP, which was lower than the other stages; in the period fruiting the performance was 72.33% of TKN and 70.92% of TP, which was higher the other stages. Accummulation feasibilty can obtain around 1.14 tonN/ha/year and 0.19 tonP/ha/year which shows the potential and the efficiency of wastewater treatment in the intensive catfish ponds of paddy fields is great.

The percentage of dry matter of nitrogen, phosphorus, potassium decreases with growth duration of rice, due to the flowering stage, the accumulated more nutrients into the grain. Average accumulated amount of nitrogen, phosphorus and potassium in the shoot there is a significant increase compared with baseline, which showed the rice has absorbed the nutrients in the soil, in the water to grow and accumulate nutrients in the stems, leaves and grains of them. Research shows that reducing the amount of fertilizer in the field contributed to limiting emissions from fertilizer, while reducing costs and improving rice farming profitable for farmers.

The thesis was also showed the role of land rice for treatment the organic phosphorus and nitrogen in waste water from intensive catfish ponds. They contributed to reduce the eutrophication of receiving water from waste water catfish ponds. Thes results on winter – spring and summer-autumn crops showned that reusing wasterwater for rice irrigation is not to make the physio-chemical ingredient of soil but also suplement the nutrient for soil by growth of rice. Therefore, to prevent the pollution of water from catfish ponds, using of this water to irrigate for paddy fields are the methd which should be considered and applied.

Research has been shown, using wastewater from catfish pond for irrigating paddy field to yield from higher than using river water but it is not alter the nature of the soil. Applications using wastewater for irrigating paddy yield have a significant environmental aspects, reducing the amount wastewater and the concentration of pollution, and takes advantage wastewater for rice irrigation can reduce the amount of inorganic fertilizers for paddy farming.

- Breed rice: Jasmine 85, OM 6976

- Fertilizer: N, P, K with amount and period supplement as guidance

Suggestive fertilizer formula:

Note *: Using leaf color chart to determine the day of nitrogen fertilizer at this time.

- Water management:

+ Seedlings stage (0-7 NSS): Withdrawal of dry water before seeding and keep the dry field within 3 days after seeding, the 4th day for wastewater from catfish pond on the field one day then drained to ensure  moisture surface fields.

+ Tillering  – booting stage (7-42 NSS): Putting from catfish ponds on the field at 5-7 cm. During this period no added wastewater for paddy fields until water level in the field was dry when to continue pumping wastewater.

+ Flowering Stage (42-65 NSS): Keep wastewater in the field at 3-5 cm.

+ Fruiting stage (65-95 NSS): Keep wastewater in the field at 2-3 cm until ripe rice stage (7-10 days before harvest) draining water in the field.

- Pests and diseases control: the use of plant protection drugs according to experience of farmers to prevent diseases for rice.

2. Dissertation’s new findings:

Compared with the recent study, researchers focused on a number of the basic points as:

- Assessing the ability waste treatment when using wastewater from catfish ponds for paddy fields through the process absorbing nitrogen, phosphorus; accumulation of biomass; the nitrogen, phosphorus were accumulated the most on the up-ground parts when the plant grown after 12 weeks of experiment.

- Assessing the ability to provide nitrogen, phosphorus of wastewater from catfish ponds in the study area, in particular it can reduce 1/3 of chemical fertilizers without affecting yield.

- The reduction of concentration pollutants in wastewater from catfish ponds was by using organic matter for rice and it was also concurrently shown the role of land rice for treating pollutants from catfish ponds and contributing to reduce the eutrophication of land rice caused by above pollutants.

- The application of the fact shows the possibility of scaling up using paddy fields for treatment wastewater from catfish ponds in areas which have activity catfish and rice cultivation, contribute to protect the surface water resource.

- This is a scientific basis for further studies on the waste water treatment from catfish ponds by paddy fields in the different time and different areas particularly, and by the other plants in general.

3. Application in practice

- The thesis had been proposed the processes of wastewater treatment from catfish ponds towards friendly environment at paddy fields which can be applied in the areas with fish farming and rice cultivation in the Mekong Delta.

- With the characteristic amount of nutrients in wastewater was easy to biodegradable form of fish production areas are located in rural areas, the application for wastewater treatment from catfish pond by paddy fields toward to use natural bio-technology is simple to implement.

- Because the rice consumes a large water volume when it is irrigated fully, especially during the dry season. So wastewater from neighbour catfish pond can provide most of the water demand for paddy fields and this also provides a amount of nutrients significant leading to save costs for farmers by reducing the amount of chemical fertilizers.

Suppervisor                                                              PhD Candidate

 Assoc. Prof. Dr. Truong Thi Nga                                Dang Quoc Cuong

>> Xem chi tiết nội dung luận án.

>> Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo.