1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và suy giảm tài nguyên thiên nhiên ngày càng gia tăng, nông nghiệp không chỉ chịu tác động trực tiếp mà còn là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể trên toàn cầu. Theo FAO (2025), hệ thống nông nghiệp và thực phẩm đóng góp khoảng 20–24% tổng lượng phát thải khí nhà kính, chủ yếu từ chăn nuôi, sử dụng phân bón hóa học và xử lý chất thải hữu cơ.
Tại Việt Nam, sự phát triển của ngành trồng trọt, chăn nuôi và chế biến nông sản đã làm gia tăng đáng kể lượng phụ phẩm và chất thải hữu cơ. Hàng năm, nước ta phát sinh gần 100 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp cùng lượng lớn chất thải chăn nuôi. Tuy nhiên, phần lớn nguồn tài nguyên sinh học này vẫn chưa được khai thác hiệu quả mà chủ yếu bị đốt bỏ hoặc thải trực tiếp ra môi trường, gây phát sinh khí methane (CH₄), nitrous oxide (N₂O), ammonia (NH₃) và nhiều tác nhân ô nhiễm khác, làm gia tăng phát thải khí nhà kính và suy giảm chất lượng môi trường.
Trước thực trạng đó, nông nghiệp tuần hoàn được xem là hướng phát triển tất yếu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm thiểu chất thải. Mô hình này hướng tới tái sử dụng và tái chế các dòng vật chất trong hệ thống sản xuất, biến chất thải của quá trình này thành đầu vào cho quá trình khác, qua đó hình thành các chu trình tuần hoàn khép kín và giảm áp lực lên môi trường (Parodi et al., 2021).
Trong các giải pháp sinh học phục vụ nông nghiệp tuần hoàn, ruồi lính đen (Hermetia illucens) đang thu hút sự quan tâm đặc biệt nhờ khả năng chuyển hóa hiệu quả nhiều loại chất thải hữu cơ thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Ấu trùng ruồi lính đen có thể sử dụng các nguồn cơ chất như phân gia súc, gia cầm, phụ phẩm nông nghiệp, phụ phẩm chế biến thực phẩm và rác thải hữu cơ, đồng thời làm giảm từ 50–80% khối lượng chất thải ban đầu (Diener et al., 2009; Mertenat et al., 2019).
Bên cạnh vai trò xử lý chất thải, sinh khối ấu trùng chứa hàm lượng protein (35–45%) và lipid (25–35%) cao, có tiềm năng thay thế một phần bột cá và khô dầu đậu tương trong thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản (Makkar et al., 2014; Barragán-Fonseca et al., 2017). Đồng thời, phân thải ruồi lính đen (Black Soldier Fly Frass – BSFF) giàu chất hữu cơ, dinh dưỡng khoáng và vi sinh vật có lợi, có thể được sử dụng làm phân bón hữu cơ và chất cải tạo đất (Gärttling và Schulz, 2020; Abd Manan et al., 2024).
Với khả năng xử lý chất thải, sản xuất protein sinh học và tái tạo dinh dưỡng, ruồi lính đen được coi là một mắt xích quan trọng trong nền kinh tế tuần hoàn sinh học. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ ruồi lính đen không chỉ góp phần giảm phát thải khí nhà kính và ô nhiễm môi trường mà còn mở ra triển vọng xây dựng ngành công nghiệp protein côn trùng và phân bón hữu cơ phục vụ phát triển nông nghiệp xanh, tuần hoàn và bền vững tại Việt Nam.
2. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CHẤT HỮU CƠ CỦA RUỒI LÍNH ĐEN
Ruồi lính đen (Hermetia illucens Linnaeus, 1758) thuộc họ Stratiomyidae, bộ Diptera, là loài côn trùng phân bố rộng trên toàn thế giới nhờ khả năng thích nghi cao với nhiều điều kiện sinh thái khác nhau (Newton et al., 2005). Trong những năm gần đây, loài này được quan tâm đặc biệt nhờ khả năng xử lý chất thải hữu cơ hiệu quả, tạo sinh khối giàu dinh dưỡng và góp phần thúc đẩy kinh tế tuần hoàn sinh học (Gold et al., 2022).
2.1. Đặc điểm hình thái và vòng đời
Vòng đời ruồi lính đen gồm năm giai đoạn: trứng, ấu trùng, tiền nhộng, nhộng và trưởng thành, kéo dài khoảng 40–45 ngày tùy điều kiện môi trường (Padmanabha et al., 2020). Giai đoạn ấu trùng có ý nghĩa quan trọng nhất vì diễn ra quá trình tích lũy sinh khối và chuyển hóa vật chất hữu cơ.
Ruồi trưởng thành dài khoảng 15–20 mm, màu đen ánh kim, không ăn do cơ quan miệng bị thoái hóa và chỉ sống từ 5–8 ngày để giao phối, đẻ trứng (Spranghers et al., 2017). Mỗi con cái có thể đẻ từ 500–900 trứng, nở sau 3–4 ngày. Ấu trùng phát triển nhanh, khối lượng cơ thể có thể tăng hàng nghìn lần chỉ sau 12–15 ngày trong điều kiện tối ưu (Padmanabha et al., 2020).
2.2. Đặc điểm sinh thái và an toàn sinh học
Ruồi lính đen được đánh giá có độ an toàn sinh học cao do ruồi trưởng thành không ăn và ít tiếp xúc với thực phẩm của con người, nên nguy cơ truyền bệnh thấp hơn nhiều so với ruồi nhà (Musca domestica) (Spranghers et al., 2017). Ngoài ra, sự hiện diện của ấu trùng còn góp phần hạn chế quần thể ruồi nhà thông qua cạnh tranh nguồn thức ăn và nơi cư trú (Newton et al., 2005).
Ấu trùng sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 27–32°C và độ ẩm cơ chất 60–70%, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam, tạo thuận lợi cho việc phát triển sản xuất quy mô lớn (Diener et al., 2009).
Hình 1. Vòng đời sinh trưởng của ruồi lính đen
2.3. Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ
Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ là đặc tính nổi bật nhất của ruồi lính đen. Ấu trùng có thể sử dụng nhiều loại cơ chất như phân gia súc, gia cầm, phụ phẩm nông nghiệp, phụ phẩm chế biến thực phẩm, bã đậu nành, bã bia và rác thải hữu cơ (Yu et al., 2009; Zheng et al., 2012).
Nhờ hệ enzyme tiêu hóa mạnh và hệ vi sinh vật cộng sinh trong đường ruột, ấu trùng có thể phân giải hiệu quả các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản để hấp thu và chuyển hóa thành sinh khối (Gold et al., 2022). Nhiều nghiên cứu cho thấy ấu trùng có khả năng làm giảm 50–80% khối lượng chất thải hữu cơ ban đầu, đồng thời hạn chế phát sinh mùi hôi và nước rỉ rác so với phương pháp ủ compost truyền thống (Diener et al., 2009; Newton et al., 2005).
Đáng chú ý, khoảng 15–25% vật chất hữu cơ đầu vào được chuyển hóa thành sinh khối ấu trùng giàu protein và lipid, trong khi phần còn lại trở thành phân thải hữu cơ giàu dinh dưỡng (Mertenat et al., 2019).
2.4. Vai trò trong kinh tế tuần hoàn
Nhờ khả năng chuyển hóa chất thải hữu cơ thành nhiều sản phẩm có giá trị, ruồi lính đen được coi là một “bộ chuyển đổi sinh học” hiệu quả trong nền kinh tế tuần hoàn. Quá trình nuôi tạo ra hai nhóm sản phẩm chính gồm sinh khối ấu trùng giàu protein, canxi, lipit…và phân thải hữu cơ (frass) dùng làm phân bón (Parodi et al., 2021). Điều này cho phép tái sử dụng hiệu quả các dòng chất thải hữu cơ, giảm áp lực môi trường và góp phần phát triển nông nghiệp phát thải thấp.
3. VAI TRÒ CỦA RUỒI LÍNH ĐEN TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ VÀ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH
3.1. Thách thức từ chất thải hữu cơ trong nông nghiệp
Sự phát triển của ngành trồng trọt, chăn nuôi và chế biến thực phẩm đã làm gia tăng đáng kể lượng chất thải hữu cơ trên toàn cầu. Theo FAO (2025), hệ thống nông nghiệp và thực phẩm tạo ra hàng tỷ tấn phụ phẩm mỗi năm, trong đó phần lớn chưa được tái sử dụng hiệu quả. Tại Việt Nam, phụ phẩm cây trồng, chất thải chăn nuôi và rác thải thực phẩm phát sinh với khối lượng rất lớn, gây áp lực lên công tác quản lý môi trường. Các phương pháp xử lý truyền thống như chôn lấp, đốt bỏ hoặc ủ tự nhiên không chỉ có hiệu quả sử dụng tài nguyên thấp mà còn phát sinh đáng kể khí methane (CH₄), nitrous oxide (N₂O) và ammonia (NH₃), góp phần gia tăng phát thải khí nhà kính và ô nhiễm môi trường (Salomone et al., 2017).
3.2. Hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ của ấu trùng ruồi lính đen
Ruồi lính đen được xem là một trong những giải pháp sinh học hiệu quả trong xử lý chất thải hữu cơ. Nhờ khả năng tiêu thụ và chuyển hóa nhanh các hợp chất hữu cơ, ấu trùng có thể xử lý nhiều loại phụ phẩm nông nghiệp, chất thải chăn nuôi và rác thải thực phẩm mà không cần sử dụng hóa chất hoặc tiêu tốn nhiều năng lượng.
Nhiều nghiên cứu cho thấy ấu trùng ruồi lính đen có thể làm giảm từ 50–80% khối lượng chất thải hữu cơ chỉ sau 10–15 ngày nuôi, nhanh hơn đáng kể so với phương pháp ủ compost truyền thống thường kéo dài từ 45–90 ngày (Diener et al., 2009; Lalander et al., 2013). Bên cạnh đó, quá trình xử lý còn tạo ra sinh khối giàu protein và lipid cùng nguồn phân thải hữu cơ có giá trị, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống xử lý chất thải.
3.3. Vai trò của ruồi lính đen trong giảm phát thải khí nhà kính
Ngoài khả năng xử lý chất thải, ruồi lính đen còn góp phần quan trọng vào mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp. Trong các hệ thống xử lý chất thải truyền thống, quá trình phân hủy yếm khí tạo ra lượng lớn khí CH₄ và N₂O, hai loại khí có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu cao hơn nhiều lần so với CO₂ (IPCC, 2023).
Ngược lại, khi sử dụng ấu trùng ruồi lính đen, phần lớn vật chất hữu cơ được chuyển hóa thành sinh khối côn trùng thay vì bị phân hủy hoàn toàn, qua đó làm giảm đáng kể phát sinh khí nhà kính (Lalander et al., 2013).
Các nghiên cứu đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) cho thấy công nghệ xử lý chất thải bằng ruồi lính đen có thể giảm từ 47–90% lượng phát thải khí nhà kính so với các phương pháp xử lý hữu cơ truyền thống (Salomone et al., 2017; Mertenat et al., 2019). Hiệu quả này đặc biệt rõ rệt đối với phân chăn nuôi và rác thải thực phẩm. Bên cạnh đó, sinh khối ấu trùng còn là nguồn protein thay thế tiềm năng cho bột cá và khô dầu đậu tương trong thức ăn chăn nuôi. Từ ấu trùng ruồi lính đen có thể dùng tạo dịch đạm phục vụ trồng trọt thay thế dần phân bón hóa học. Việc tận dụng chất thải hữu cơ để sản xuất protein côn trùng giúp giảm nhu cầu sử dụng đất, nước và năng lượng, đồng thời làm giảm dấu chân carbon của chuỗi sản xuất thức ăn chăn nuôi (van Huis, 2020; Smetana et al., 2021).
Nhờ khả năng xử lý chất thải, tái tạo tài nguyên và giảm phát thải khí nhà kính, ruồi lính đen đang được xem là một trong những công nghệ sinh học tiêu biểu cho phát triển nông nghiệp tuần hoàn, phát thải thấp và kinh tế sinh học bền vững.
4. GIÁ TRỊ KINH TẾ VÀ SINH HỌC CỦA CÁC SẢN PHẨM TỪ RUỒI LÍNH ĐEN
Một trong những ưu thế nổi bật của công nghệ ruồi lính đen là khả năng chuyển hóa chất thải hữu cơ thành nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Khác với các phương pháp xử lý chất thải truyền thống chủ yếu tạo ra phân compost, hệ thống nuôi ruồi lính đen đồng thời tạo ra sinh khối giàu protein, dầu côn trùng và phân hữu cơ, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và giá trị gia tăng của chuỗi sản xuất sinh học.
4.1. Ấu trùng ruồi lính đen – nguồn protein sinh học thế hệ mới
Protein là thành phần có giá trị nhất trong sinh khối ấu trùng ruồi lính đen. Nhiều nghiên cứu cho thấy hàm lượng protein thô trong ấu trùng dao động từ 35–45% vật chất khô, trong khi hàm lượng lipid đạt từ 25–35%, tùy thuộc vào loại cơ chất và điều kiện nuôi (Makkar et al., 2014; Barragán-Fonseca et al., 2017).
Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng trung bình của ấu trùng ruồi lính đen
Không chỉ giàu protein, ấu trùng ruồi lính đen còn chứa nhiều acid amin thiết yếu như lysine, methionine, threonine và valine – những thành phần quan trọng đối với sinh trưởng của vật nuôi và thủy sản (Barragán-Fonseca et al., 2017). Chất lượng protein của ruồi lính đen được đánh giá tương đương hoặc cao hơn nhiều nguồn nguyên liệu thực vật đang sử dụng phổ biến trong thức ăn chăn nuôi.
Trong những năm gần đây, bột ấu trùng ruồi lính đen đã được ứng dụng rộng rãi trong thức ăn chăn nuôi gia cầm, lợn và nhiều đối tượng thủy sản. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc thay thế 25–50% bột cá bằng bột ấu trùng ruồi lính đen không làm ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng, hệ số chuyển hóa thức ăn và chất lượng sản phẩm vật nuôi (Spranghers et al., 2017; Ngô An và cs., 2021). Trong bối cảnh nguồn bột cá ngày càng khan hiếm và chi phí sản xuất thức ăn chăn nuôi liên tục gia tăng, protein từ ruồi lính đen được xem là nguồn nguyên liệu thay thế bền vững và có tiềm năng phát triển ở quy mô công nghiệp. Bên cạnh đó, sinh khối ấu trùng còn được sử dụng để sản xuất dịch đạm thủy phân giàu axit amin, peptide và các hợp chất sinh học có hoạt tính cao. Loại dịch đạm này được ứng dụng như một nguồn dinh dưỡng hữu cơ cho cây trồng, góp phần kích thích sinh trưởng, nâng cao khả năng hấp thu dinh dưỡng và giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học. Việc khai thác đồng thời nguồn protein cho chăn nuôi và dịch đạm phục vụ trồng trọt cho thấy tiềm năng lớn của ruồi lính đen trong phát triển các hệ thống nông nghiệp tuần hoàn và bền vững.
4.2. Hiệu quả kinh tế của hệ thống sản xuất ruồi lính đen
Một trong những ưu điểm nổi bật của công nghệ ruồi lính đen là khả năng tạo ra giá trị gia tăng từ các nguồn nguyên liệu có giá trị thấp hoặc không có giá trị kinh tế. Các loại phụ phẩm nông nghiệp, rác thải thực phẩm và chất thải chăn nuôi sau khi được chuyển hóa bởi ấu trùng có thể tạo thành hai nhóm sản phẩm thương mại gồm: Sinh khối ấu trùng giàu protein và phân hữu cơ frass.
Mô hình này cho phép gia tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên và tạo ra nhiều nguồn thu đồng thời trong cùng một hệ thống sản xuất. Theo Parodi et al. (2021), đây là một trong những ví dụ điển hình nhất của mô hình kinh tế tuần hoàn sinh học hiện đại.
5. PHÂN THẢI RUỒI LÍNH ĐEN VÀ TIỀM NĂNG TRONG SẢN XUẤT PHÂN BÓN HỮU CƠ
5.1. Nguồn gốc và đặc điểm của phân thải ruồi lính đen
Bên cạnh sinh khối ấu trùng giàu protein và lipid, quá trình nuôi ruồi lính đen tạo ra một lượng lớn phân thải (Black Soldier Fly Frass – BSFF), bao gồm chất bài tiết của ấu trùng, xác lột, vi sinh vật cộng sinh và phần cơ chất chưa được tiêu hóa hoàn toàn (Basri et al., 2022; Lomonaco et al., 2024). Nhờ được xử lý qua hệ tiêu hóa của ấu trùng, BSFF có mức độ khoáng hóa cao hơn nhiều loại chất thải hữu cơ thông thường, giúp tăng khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng (Abd Manan et al., 2024).
Thành phần dinh dưỡng của BSFF phụ thuộc vào nguồn cơ chất nuôi, song nhìn chung chứa hàm lượng đáng kể chất hữu cơ, nitơ, lân, kali và nhiều nguyên tố trung, vi lượng cần thiết cho cây trồng (Gärttling et al., 2022). Đặc biệt, tỷ lệ C/N tương đối thấp (10–18) giúp dinh dưỡng được giải phóng nhanh và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón trong đất.
Bảng 2. Thành phần dinh dưỡng trung bình của phân thải ruồi lính đen
5.2. Tác động của phân thải ruồi lính đen đối với đất và cây trồng
Hiệu quả của BSFF không chỉ đến từ việc cung cấp dinh dưỡng mà còn từ khả năng cải thiện các đặc tính sinh học và hóa học của đất. Hàm lượng chất hữu cơ cao giúp tăng độ tơi xốp, khả năng giữ nước và khả năng trao đổi cation của đất (Lomonaco et al., 2024). Đồng thời, hệ vi sinh vật có lợi trong BSFF tham gia vào quá trình khoáng hóa chất hữu cơ, phân giải lân khó tan và thúc đẩy sinh trưởng cây trồng (Basri et al., 2022).
Ngoài ra, BSFF còn chứa chitin và các dẫn xuất chitin từ xác lột của ấu trùng. Đây là những hợp chất có khả năng kích hoạt cơ chế phòng vệ tự nhiên của thực vật, thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật đối kháng và góp phần nâng cao khả năng chống chịu bệnh của cây trồng (Santos et al., 2025). Vì vậy, BSFF không chỉ là nguồn dinh dưỡng mà còn được xem là chất cải tạo đất và tác nhân tăng cường sức khỏe hệ sinh thái đất.
5.3. Ảnh hưởng của phân thải ruồi lính đen đến sinh trưởng và năng suất cây trồng
Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều nghiên cứu đánh giá hiệu quả của BSFF đối với các nhóm cây trồng khác nhau. Nghiên cứu của Beesigamukama et al. (2020) trên cây ngô cho thấy việc sử dụng BSFF giúp tăng khả năng hấp thu nitơ, cải thiện tốc độ sinh trưởng và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón. Năng suất ngô đạt mức tương đương hoặc cao hơn so với công thức sử dụng hoàn toàn phân khoáng khi BSFF được kết hợp với lượng phân vô cơ hợp lý.
Trên cây lúa mì cứng (Triticum durum), Boudabbous et al. (2023) ghi nhận việc sử dụng BSFF làm tăng chiều cao cây, khối lượng bộ rễ, hàm lượng diệp lục và năng suất hạt. Đồng thời, các chỉ tiêu về độ phì sinh học của đất cũng được cải thiện đáng kể sau thời gian sử dụng.
Đối với rau màu, nhiều nghiên cứu cho thấy BSFF giúp tăng diện tích lá, sinh khối và năng suất thương phẩm của các loại rau ăn lá như xà lách, cải xanh và rau thơm (Lomonaco et al., 2024). Hiệu quả này được cho là xuất phát từ sự kết hợp giữa nguồn dinh dưỡng dễ tiêu và hoạt động kích thích sinh học của hệ vi sinh vật trong phân thải.
Trong lâm nghiệp và cây công nghiệp, BSFF còn được sử dụng như giá thể hoặc chất bổ sung hữu cơ trong giai đoạn sản xuất cây giống nhằm nâng cao tỷ lệ sống và thúc đẩy sự phát triển của hệ rễ.
5.4. Vai trò của phân thải ruồi lính đen trong giảm sử dụng phân bón hóa học
Một trong những lợi ích quan trọng nhất của BSFF là khả năng thay thế một phần phân bón hóa học trong sản xuất nông nghiệp. Khác với phân khoáng hòa tan nhanh, dinh dưỡng trong BSFF được giải phóng từ từ thông qua hoạt động của hệ vi sinh vật đất. Cơ chế này giúp giảm hiện tượng rửa trôi và thất thoát dinh dưỡng, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón của cây trồng (Abd Manan et al., 2024).
Nhiều nghiên cứu cho thấy việc kết hợp BSFF với 50–75% lượng phân khoáng khuyến cáo vẫn có thể duy trì hoặc nâng cao năng suất cây trồng so với công thức sử dụng hoàn toàn phân vô cơ (Beesigamukama et al., 2020). Điều này mở ra triển vọng giảm đáng kể lượng phân hóa học sử dụng trong nông nghiệp, từ đó giảm chi phí sản xuất và hạn chế các tác động tiêu cực đến môi trường. Nhiều nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, sử dụng dịch đạm ấu trùng ruồi lính đen kết hợp với BSFF có thể thay thế toàn bộ phân bón hóa học trong toàn bộ quá trình sinh trưởng, phát triển của cây lúa và các loại cây rau màu khác.
Ngoài ra, việc giảm sử dụng phân đạm vô cơ còn góp phần hạn chế phát thải khí N₂O – một trong những khí nhà kính có tiềm năng gây nóng lên toàn cầu cao nhất trong lĩnh vực nông nghiệp (FAO, 2025).
5.5. Tiềm năng phát triển phân bón hữu cơ từ phân thải ruồi lính đen tại Việt Nam
Việt Nam có nguồn phụ phẩm nông nghiệp, chất thải chăn nuôi, thủy sản và công nghiệp chế biến nông sản rất dồi dào, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển công nghiệp ruồi lính đen gắn với sản xuất phân bón hữu cơ.
Trong bối cảnh nhu cầu phân bón hữu cơ ngày càng gia tăng theo định hướng phát triển nông nghiệp xanh và kinh tế tuần hoàn, phân thải ruồi lính đen (BSFF), dịch đạm ấu trùng ruồi lính đen được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng nhờ hàm lượng dinh dưỡng cân đối, giàu chất hữu cơ và khả năng cải tạo đất. Việc ứng dụng công nghệ ruồi lính đen không chỉ tạo ra nguồn protein sinh học phục vụ chăn nuôi mà còn cung cấp lượng lớn phân hữu cơ cho sản xuất trồng trọt, góp phần hình thành các mô hình nông nghiệp tuần hoàn khép kín, giảm phụ thuộc vào vật tư đầu vào hóa học và nâng cao giá trị gia tăng của chuỗi sản xuất nông nghiệp. Với những lợi ích về môi trường và kinh tế, BSFF và dịch đạm được đánh giá là một trong những giải pháp sinh học triển vọng cho phát triển nông nghiệp bền vững và phát thải thấp tại Việt Nam.
6. RUỒI LÍNH ĐEN TRONG MÔ HÌNH NÔNG NGHIỆP TUẦN HOÀN VÀ PHÁT THẢI THẤP
6.1. Nông nghiệp tuần hoàn và vai trò của ruồi lính đen
Nông nghiệp tuần hoàn hướng đến tối ưu hóa sử dụng tài nguyên, tái chế chất thải và duy trì dòng vật chất trong hệ thống sản xuất. Trong mô hình này, ruồi lính đen (Hermetia illucens) được xem là một mắt xích sinh học quan trọng nhờ khả năng chuyển hóa hiệu quả các nguồn chất thải hữu cơ thành protein côn trùng và phân bón hữu cơ (Parodi et al., 2021).
Thay vì trở thành tác nhân gây ô nhiễm, phụ phẩm nông nghiệp, chất thải chăn nuôi và rác thải thực phẩm có thể được sử dụng làm cơ chất nuôi ấu trùng. Quá trình này tạo ra sinh khối giàu protein phục vụ chăn nuôi, thủy sản và nguồn phân hữu cơ giàu dinh dưỡng cho cây trồng, góp phần khép kín chu trình tuần hoàn vật chất trong nông nghiệp (Gold et al., 2022).
6.2. Ruồi lính đen – mắt xích trung tâm của chu trình tuần hoàn vật chất
Chu trình tuần hoàn ruồi lính đen bắt đầu từ việc thu gom các nguồn phụ phẩm nông nghiệp và chất thải hữu cơ như phụ phẩm cây trồng, chất thải chăn nuôi, phụ phẩm thủy sản, phế phẩm chế biến nông sản và rác thải thực phẩm. Các nguồn nguyên liệu này được sử dụng làm cơ chất nuôi ấu trùng ruồi lính đen (Hermetia illucens), giúp chuyển hóa nhanh chất hữu cơ thành sinh khối giàu dinh dưỡng. Từ sinh khối ấu trùng, có thể tạo ra ba nhóm sản phẩm chính gồm protein côn trùng, dịch đạm sinh học và phân thải ruồi lính đen (frass). Protein côn trùng được sử dụng làm nguyên liệu thức ăn cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản; dịch đạm sinh học được dùng làm phân bón lá hoặc chế phẩm dinh dưỡng cho cây trồng; trong khi frass được sử dụng như một loại phân bón hữu cơ giúp cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cho cây. Các sản phẩm này góp phần nâng cao năng suất chăn nuôi, thủy sản và trồng trọt. Sau quá trình sản xuất, phụ phẩm cây trồng và chất thải hữu cơ tiếp tục được tạo ra và quay trở lại làm nguồn cơ chất cho nuôi ruồi lính đen, hình thành một vòng tuần hoàn khép kín.
Mô hình này không chỉ giúp tái sử dụng hiệu quả nguồn chất thải hữu cơ mà còn tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao, giảm ô nhiễm môi trường, giảm phát thải khí nhà kính và thúc đẩy phát triển nền nông nghiệp tuần hoàn, xanh và bền vững. Nhờ đó, các dòng vật chất hữu cơ được tái sử dụng liên tục, giảm thiểu chất thải và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên (Parodi et al., 2021).
Hình 2. Chu trình tuần hoàn ruồi lính đen
6.3. Đóng góp của ruồi lính đen đối với nông nghiệp phát thải thấp
Giảm phát thải khí nhà kính là một trong những mục tiêu trọng tâm của ngành nông nghiệp trong bối cảnh Việt Nam cam kết đạt phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050. Trong hệ thống sản xuất nông nghiệp, phát thải khí nhà kính chủ yếu đến từ ba nguồn chính gồm: Chất thải chăn nuôi; Sản xuất và sử dụng phân bón hóa học; Sản xuất thức ăn chăn nuôi.
Công nghệ ruồi lính đen có khả năng tác động đồng thời đến cả ba nguồn phát thải này.
Thứ nhất, quá trình xử lý chất thải bằng ấu trùng giúp hạn chế sự phân hủy yếm khí và làm giảm phát sinh methane (CH₄) từ chất thải hữu cơ (Mertenat et al., 2019).
Thứ hai, việc sử dụng phân thải ruồi lính đen và dịch đạm thuỷ phân sẽ dần thay thế phân bón hóa học giúp giảm nhu cầu sản xuất phân đạm công nghiệp – một trong những ngành tiêu tốn nhiều năng lượng hóa thạch và phát thải lượng lớn CO₂.
Thứ ba, sinh khối protein từ ruồi lính đen có thể thay thế một phần bột cá và khô dầu đậu tương trong thức ăn chăn nuôi. Điều này góp phần giảm áp lực khai thác nguồn lợi thủy sản tự nhiên, giảm nhu cầu sử dụng đất và hạn chế phát thải carbon trong chuỗi cung ứng thức ăn chăn nuôi (van Huis, 2020; Smetana et al., 2021).
Từ góc độ đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA), hệ thống sản xuất ruồi lính đen được đánh giá có dấu chân carbon thấp hơn đáng kể so với nhiều hệ thống sản xuất protein truyền thống (Salomone et al., 2017; Smetana et al., 2019).
6.4. Tiềm năng tích hợp ruồi lính đen trong các hệ thống sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam
Việt Nam có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển công nghệ ruồi lính đen nhờ nguồn phụ phẩm hữu cơ dồi dào và điều kiện khí hậu nhiệt đới phù hợp cho sinh trưởng của loài côn trùng này.
Trong lĩnh vực trồng trọt, phụ phẩm từ sản xuất lúa, ngô, rau màu, cây ăn quả và công nghiệp chế biến nông sản có thể được sử dụng làm nguyên liệu nuôi ấu trùng sau khi được phối trộn thích hợp.
Trong chăn nuôi, phân lợn, phân gà và các phụ phẩm từ giết mổ có thể trở thành nguồn cơ chất cho quá trình sản xuất sinh khối côn trùng. Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các trang trại quy mô lớn đang đối mặt với áp lực xử lý chất thải và yêu cầu giảm phát thải môi trường.
Đối với ngành thủy sản, bột ấu trùng ruồi lính đen có thể trở thành nguồn nguyên liệu thay thế một phần bột cá nhập khẩu, góp phần giảm chi phí thức ăn và nâng cao tính bền vững của chuỗi sản xuất.
Mô hình tích hợp ruồi lính đen trong hệ thống VAC (Vườn – Ao – Chuồng) hoặc VACB (Vườn – Ao – Chuồng – Biogas) có thể tạo ra chu trình tuần hoàn vật chất hiệu quả hơn, đồng thời giảm lượng chất thải phát sinh ra môi trường.
6.5. Những thách thức và định hướng phát triển
Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc phát triển ngành công nghiệp ruồi lính đen tại Việt Nam vẫn đang đối mặt với một số thách thức.
Thứ nhất, quy mô sản xuất hiện nay chủ yếu còn nhỏ lẻ và phân tán. Các công nghệ tự động hóa trong nhân nuôi, thu hoạch và chế biến sản phẩm chưa được ứng dụng rộng rãi.
Thứ hai, hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật đối với sinh khối ruồi lính đen, dịch đạm ấu trùng và phân thải hữu cơ còn chưa hoàn thiện. Điều này gây khó khăn cho việc thương mại hóa sản phẩm ở quy mô lớn.
Thứ ba, các nghiên cứu về hiệu quả kinh tế, đánh giá phát thải carbon và tác động môi trường trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam còn hạn chế.
Trong thời gian tới, cần tăng cường nghiên cứu về công nghệ nhân nuôi quy mô công nghiệp, hoàn thiện quy trình chế biến sản phẩm và xây dựng hệ thống tiêu chuẩn chất lượng phù hợp. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ doanh nghiệp đầu tư vào lĩnh vực protein côn trùng và phân bón hữu cơ từ ruồi lính đen nhằm thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp sinh học mới này.
7. KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG
Ruồi lính đen (Hermetia illucens) là một trong những giải pháp sinh học triển vọng cho phát triển nông nghiệp tuần hoàn và phát thải thấp nhờ khả năng chuyển hóa hiệu quả chất thải hữu cơ thành các sản phẩm có giá trị như protein côn trùng, dịch đạm sinh học và phân bón hữu cơ. Nhiều nghiên cứu cho thấy ấu trùng ruồi lính đen có thể làm giảm đáng kể khối lượng chất thải hữu cơ, đồng thời tạo ra nguồn protein thay thế tiềm năng cho thức ăn chăn nuôi và nguồn phân hữu cơ giàu dinh dưỡng phục vụ trồng trọt. Công nghệ này góp phần hình thành chu trình tuần hoàn vật chất giữa trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và xử lý chất thải, qua đó nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và giảm phát thải khí nhà kính. Với nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, Việt Nam có nhiều tiềm năng phát triển công nghệ ruồi lính đen như một ngành công nghiệp sinh học mới, góp phần thúc đẩy nông nghiệp xanh, kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững.