Cách nâng cao chất lượng phân ủ (compost)

Để cải thiện chất lượng sản phẩm phân trộn (compost), nhiều vật liệu bổ sung và chất phụ gia khác nhau được thêm vào hỗn hợp ủ phân ban đầu. Các chất bổ sung này can thiệp vào quá trình phân hủy để tối ưu hóa hoạt động của vi sinh vật, cân bằng các yếu tố lý hóa, giảm thất thoát chất dinh dưỡng, rút ngắn thời gian ủ, và tăng cường các đặc tính có lợi của compost.

Dưới đây là các loại đầu vào bổ sung chính được sử dụng để nâng cao chất lượng phân trộn:

I. Chất hoạt hóa vi sinh vật và tác nhân sinh học

Việc cấy vi sinh vật hoặc sử dụng các tác nhân sinh học giúp thúc đẩy quá trình ủ, đặc biệt là giai đoạn phân hủy vật chất hữu cơ phức tạp.

1. Vi sinh vật hiệu quả (Effective Microorganisms - EMs)

EMs đại diện cho một quần xã vi sinh vật có lợi, bao gồm vi khuẩn quang hợp, nấm men, xạ khuẩn, và nấm lên men.
Tác động: Tăng cường hoạt động vi sinh vật bằng EMs giúp cải thiện các đặc tính hóa học và vật lý của compost, ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phân hủy. EMs đã được chứng minh là làm tăng nồng độ C và N, và tăng hàm lượng các chất đa lượng (macronutrients) trong compost cuối cùng.
Lợi ích Quy trình: EMs giúp giảm mùi hôi phát ra từ sự phân hủy vật chất hữu cơ và góp phần kiểm soát mầm bệnh. Việc ủ rơm rạ với EM có ảnh hưởng đến chất lượng compost.

2. Các chủng vi sinh vật chuyên biệt

Tăng tốc Phân hủy Lignin và Cellulose: Các chất phụ gia compost chứa nấm Trametes versicolor và Phanerochaete chrysosporium làm tăng tốc độ phân hủy lignin và cellulose, giảm thời gian cần thiết để đạt độ chín, tăng hàm lượng dinh dưỡng, và loại bỏ độc tính thực vật trong sản phẩm cuối cùng.
Các loại nấm khác (Trichoderma viride, Aspergillus niger, Aspergillus flavus) được thêm vào vật liệu ủ phân làm tăng quá trình khoáng hóa C và N, tạo ra compost ổn định và không độc hại.
Cấy Vi sinh vật Thứ cấp: Chất lượng compost có thể được cải thiện thông qua việc cấy vi khuẩn thứ cấp sau giai đoạn ủ nhiệt. Các chủng được thêm vào bao gồm vi khuẩn cố định đạm (Azotobacter và Azospirillum lipoferum) và các chủng hòa tan phosphate (Bacillus megaterium hoặc Pseudomonas sp.) để làm giàu compost.

3. Tác nhân sinh học vĩ mô (Macro-biological Agents)

Ấu trùng Ruồi Lính Đen (BSF): Việc sử dụng ấu trùng BSF (Hermetia illucens) làm tác nhân sinh học trong sản xuất compost, cung cấp sản phẩm compost đạt tiêu chuẩn dinh dưỡng và thân thiện với môi trường.
Giun đất (Earthworms): Giun đất (Eisenia fetida) được sử dụng trong ủ phân trùn quế (vermicomposting). Vermicompost rất giàu nitrate và các dạng P, K, Ca, Mg có sẵn.

II. Chất cải tạo vật lý và hóa học

Các chất phụ gia được thêm vào để cân bằng các yếu tố đầu vào cần thiết cho vi sinh vật và cải thiện cấu trúc của sản phẩm.

1. Biochar (Than sinh học)

Cải tạo Chất lượng: Biochar, khi được bổ sung một mình hoặc kết hợp với phân bón khác, được công nhận là một phương pháp hiệu quả và bền vững để cải thiện năng suất nông nghiệp. Biochar cải thiện các đặc tính lý hóa của đất như pH, khả năng trao đổi cation (CEC), và khả năng giữ nước (WHC).
Giảm Thất thoát N và Phát thải: Đồng ủ biochar với phân chuồng làm giảm đáng kể phát thải methane và các chất ô nhiễm không khí khác. Biochar được cho là cải thiện khả năng giữ N (nitrate) trong quá trình ủ.
Biochar có thể được bổ sung trước hoặc sau quá trình ủ.

2. Điều chỉnh N và tỷ lệ C:N

N Khoáng: N khoáng (khoảng 1–2 kg N/m3) có thể được thêm vào để điều chỉnh tỷ lệ C:N đến mức tối ưu, đặc biệt là khi tỷ lệ ban đầu quá cao.
Chất hoạt hóa Hữu cơ: Các vật liệu có tỷ lệ C:N thấp, như phân gia cầm (poultry droppings), phân bò (cow dung), phân lợn (pig dung), hoặc bùn thải, được sử dụng làm chất hoạt hóa (activators) để thúc đẩy quá trình ủ nhanh hơn.

3. Làm giàu phosphate (P) và Potassium (K)

Compost nông trại thường nghèo P (0.4–0.8%). Việc bổ sung P làm compost cân bằng hơn, cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật và giảm thất thoát N.
Các nguồn P: Có thể thêm superphosphate, bột xương (bonemeal), hoặc bột đá phosphate (phosphate rock - PR) để làm giàu P.
Tro gỗ (wood ash waste) có thể được thêm vào để tăng hàm lượng K của compost.
Compost có thể được làm giàu với urea, phosphate, Zn,Fe,Cu,Mn tại các giai đoạn ủ khác nhau, giúp giảm tỷ lệ C:N và lignin, đồng thời tăng các chất dinh dưỡng khác.

4. Điều chỉnh pH và chất ổn định

CaCO3 (Vôi/Lime): Vôi (khoảng 2–3 kg/m3) có thể được thêm vào để trung hòa axit dư thừa trong quá trình chuẩn bị compost. Vôi cũng giúp thúc đẩy quá trình tạo mùn (humification) bằng cách làm yếu cấu trúc lignin.
Đường nâu và calcium superphosphate đã được thêm vào giai đoạn ủ thứ cấp (SC) để tăng tính ổn định (consistency) của compost từ chất thải xanh.

5. Cấu trúc vật lý và chất độn

Việc nghiền nhỏ (grinding) vật liệu (particle size adjustment) là cần thiết để tối ưu hóa quá trình ủ. Điều chỉnh kích thước hạt ban đầu (IPS) và thêm rhamnolipid (RL) đã được chứng minh là tăng tốc độ phân hủy trong ủ phân hai giai đoạn.
Vật liệu Giàu Lignin: Việc đưa các vật liệu giàu lignin (như rơm rạ) vào compost giúp tăng cường khả năng ức chế mầm bệnh.
Chất độn: Có thể thêm zeolite (5–10 kg/m3) hoặc đất giàu sét (clay-rich soil) (3–5% hỗn hợp ban đầu) vào để cải thiện quá trình ủ. Những vật liệu này giúp điều chỉnh đệm quá trình ủ, giảm phát thải mùi hôi, và cải thiện sự hình thành cấu trúc hạt ổn định.

.............................................

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Abdel-Haleem, E.S., Farrag, H.M., Abeer, B.A. K.R., Abdelrasheed, K.G. 2022. Combined use of compost, compost tea, and vermicompost tea improves soil properties, and growth, yield, and quality of (Allium cepa L.). Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 50(1), 12565–12565.

2. Adejumo, S.A., Owolabi, M.O., Odesola, I.F. 2016. Agro-physiologic effects of compost and biochar produced at different temperatures on growth, photosynthetic pigment and micronutrients uptake of maize crop. African Journal of Agricultural Research, 11(😎, 661–673.

3. Agegnehu, G., Srivastava, A.K., Bird, M.I. 2017. The role of biochar and biochar-compost in improving soil quality and crop performance: A review. Applied soil ecology, 119, 156–170.

4. Awasthi, M.K., Pandey, A.K., Khan, J., Bundela, P.S., Wong, J.W., Selvam, A. 2014. Evaluation of thermophilic fungal consortium for organic municipal solid waste composting. Bioresource Technology, 168, 214–221.

5. Chen, H., Awasthi, S., Liu, T., Zhang, Z., Awasthi, M. 2020. An assessment of the functional enzymes and corresponding genes in chicken manure and wheat straw composted with addition of clay via meta-genomic analysis. Ind. Crops Prod., 153, 112573.

6. Diener, S., Studt Solano, N. M., and Roa Guiterrez, F. 2011. Biological Treatment of Municipal Organic Waste using Black Soldier Fly Larvae. Waste Biomass Valor, 2, 357-363.

7. Doran, I., Sen, B., Kaya, Z. 2003. The effects of compost prepared from waste material of banana plants on the nutrient contents of banana leaves. Journal of Environmental Biology, 24(4), 437–444.

8. DeLaune, P. B., Moore Jr. P. A., and Lemunyon, J. L. 2006. Effect of chemical and microbial amendment on phosphorus runoff from composted poultry litter. Journal of Environmental Quality, 35, 1291–1296.

9. Fouda, S.E., Niel, E.M. 2021. Influence of compost tea and potassium humate on soil properties and plant growth. Asian Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 7(2), 29–40.

10. Fuchs, J. G., & Cuijpers, W. J. M. 2024. 2 Compost types, feedstocks and composting methods. In Advanced Composting Techniques for Nutrient Management.

11. Gong XQ, Cai LL, Li SY, Sun XY, An ZF. 2016. Maturation of green waste compost as affected by inoculation with the white-rot fungi Trametes versicolor and Phanerochaete chrysosporium. Environ Technol. 38: 872–879.

12. Hagemann, N., Subdiaga, E., Orsetti, S., de la Rosa JM., Knicker, H., Schmidt, H-P., Kappler, A., Behrens, S. 2018. Effect of biochar amendment on compost organic matter composition following aerobic compositing of manure. Sci Total Environ. 613:20–29.

13. Jusoh, M.L.C.; Manaf, L.A.; Latiff, P.A. 2013. Composting of rice straw with effective microorganisms (EM) and its influence on compost quality. Iran. J. Environ. Health Sci. Eng., 10, 17.

14. Kammann CI, Schmidt H-P, Messerschmidt N, Linsel S, Steffens D, Müller C, Koyro H-W, Conte P, Joseph S. 2015. Plant growth improvement mediated by nitrate capture in co-composted biochar. Sci Rep. 5:11080. doi:10.1038/srep11080

15. Luo, T., Lu, W., Chen, L., Min, T., Ru, S., Wei, C., Li, J. 2022. The effects of acidic compost tea on activation of phosphorus, Fe, Zn, and Mn in calcareous soil and cotton (Gossypium hirsutum L.) growth in Xinjiang, China. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 22(3), 3822–3834.

16. Naidu, Y., Meon, S., Siddiqui, Y. 2013. Foliar application of microbial-enriched compost tea enhances growth, yield and quality of muskmelon (Cucumis melo L.) cultivated under fertigation system. Scientia Horticulturae, 159, 33–40.

17. Naba Raj Pandit, Hans Peter Schmidt, Jan Mulder, Sarah E Hale, Olivier Husson, Gerard Cornelissen. 2020. Nutrient effect of various composting methods with and without biochar on soil fertility and maize growth. Arch. Agron. Soil Sci., 66, 250–265.

18. Panisson, R., Muscope, F. P., Müller, C., Treichel, H., Korf, E. P. 2021. Increased quality of small-scale organic compost with the addition of efficient microorganisms. Revista Brasileira de Ciência, Inovação e Sustentabilidade, 56(3), 531-540.

19. Pane, C. Chiantese, C. Scala, F. Bonanomi, G. 2013. Assessment of gardening growing media suppressiveness against Rhizoctonia damping-off disease. Journal of plant pathology 95(2): 401-405.

20. Ramasami, S. 1975. Processing of bones into bonemeal and its effect on plant growth. New Delhi, Indian Agricultural Research Institute. (PhD thesis)

21. Sánchez, Ó.J., Ospina, D.A., Montoya, S. 2017. Compost supplementation with nutrients and microorganisms in composting process. Waste management, 69, 136–153.

22. Sharma, A., Saha, T.N., Arora, A., Shah, R., Nain, L. 2017. Efficient microorganism compost benefits plant growth and improves soil health in calendula and marigold. Horticultural Plant Journal, 3(2), 67-72.

23. Sukamto and Rahmat. 2023. Evaluation of FTIR, Macro and Micronutrients of Compost from ... ASEAN Journal of Science and Engineering 3(1) (2023): 21-30.

24. Tiquia, S.M., Tam, N.F.Y. 2002. Characterization and composting of poultry litter in forced-aeration piles. Process Biochemistry, 37(😎, 869–880.

25. Vandecasteele, B., Sinicco, T., D’Hose, T., Vanden NT, Mondini C. 2016. Biochar amendment before or after composting affects compost quality and N losses, but not P plant uptake. J Environ Manage. 168:200–209.

26. Waqas, M., Hashim, S., Humphries, U.W., Ahmad, S., Noor, R., Shoaib, M., Naseem, A., Hlaing, P.T., Lin, H.A. 2023. Composting Processes for Agricultural Waste Management: A Comprehensive Review. Processes, 11, 731.

27. Wang, K., Yin, X., Mao, H., Chu, C., Tian, Y. 2018. Changes in structure and function of fungal community in cow manure composting. Bioresour Technol., 25, 123–130.

28. Wilson, G. 1989. Combining raw materials for composting. J. BioCycle, 29, 82–85.

29. Wu, X., Ye, M., Wang, J., Wu, F., Liu, C., Li, Z., et al. 2023. Adsorption characteristics and mechanism of ammonia nitrogen and phosphate from biogas slurry by Ca2+− modified soybean straw biochar. PLoS One 18:e0290714.

30. Zhang, L., Sun, X. 2013. Effects of brown sugar and calcium superphosphate on the secondary fermentation of green waste. Bioresour. Technol., 131, 68–75.

31. Zhang, L., Sun, X. 2014. Effects of rhamnolipid and initial compost particle size on the two-stage composting of green waste. Bioresour. Technol., 163, 112–122.

32. Zhao, Y., Lu, Q., Wei, Y., et al. 2016. Effect of actinobacteria agent inoculation methods on cellulose degradation during composting based on redundancy analysis. Bioresource Technology 219: 196–203.

33. Zhao, Y., Zhao, Y., Zhang, Z., et al. 2017. Effect of thermo-tolerant actinomycetes inoculation on cellulose degradation and the formation of humic substances during composting. Waste Management 68: 64–73.

phan-bon-huu-co-vi-sinh