Trong bối cảnh ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ, việc quản lý chất thải chăn nuôi đang trở thành một thách thức môi trường cấp bách. Nhằm giải quyết vấn đề này, một đề tài nghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên với tên gọi “Phát triển mô hình tác tố (agent-based) để mô phỏng sự phân bố không gian của chất thải chăn nuôi lợn” đã được thực hiện bởi PGS. TS. Ngô Thế Ân cùng các cộng sự tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và các đơn vị phối hợp. Đề tài này do Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ, mang mã số 105.99-2018.318.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng một mô hình tác tố (agent-based model - ABM) có khả năng mô phỏng sự phân tán chất ô nhiễm từ các cơ sở chăn nuôi lợn, từ đó hỗ trợ công tác quy hoạch kiểm soát chất thải theo tải lượng trên các phân vùng không gian thực tế. Để đạt được mục tiêu này, đề tài đã đặt ra các mục tiêu cụ thể: phát triển khung phương pháp và thuật toán tích hợp phân tích không gian và mô hình hóa đa tác tố; xây dựng và kiểm chứng mô hình máy tính với dữ liệu thu thập tại huyện Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang và TP. Lai Châu, tỉnh Lai Châu; lập bản đồ thực trạng phân bố chất thải từ các trang trại và hộ chăn nuôi; và đề xuất các giải pháp chính sách kiểm soát chất thải dựa trên phân tích kịch bản. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tại huyện Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang và Thành phố Lai Châu, tỉnh Lai Châu. Công tác đánh giá áp lực môi trường từ chất thải chăn nuôi lợn được thực hiện tại cả hai địa điểm, với số liệu thu thập vào năm 2019 cho TP. Lai Châu và năm 2020 cho huyện Yên Dũng. Mô hình ABM được kiểm chứng chi tiết tại huyện Yên Dũng.

Mô hình ABM được xây dựng dựa trên lý thuyết hành vi dự định (TPB) của Ajzen (1991), sau đó mở rộng sang các yếu tố nền (background factors) theo lý thuyết hành động có lý do (Reasoned Action). Hai hành vi chính được mô phỏng liên quan đến tải lượng xả thải là tái sử dụng và xử lý phân lợn. Ý định thực hiện hành vi (BI) được hình thành từ thái độ (AT), ý thức trách nhiệm (SN), và nhận thức về khả năng kiểm soát hành vi (PBC). Các yếu tố này bị chi phối bởi hoàn cảnh trang trại (như trình độ văn hóa, kinh nghiệm, số lượng vật nuôi) và hoàn cảnh tổng quan (chính sách, tình trạng môi trường chung).

Về cấu trúc, mô hình ABM bao gồm ba thành phần cơ bản: Hộ chăn nuôi lợn (HH-agent) - là các tác tố độc lập đưa ra quyết định tái sử dụng và xử lý chất thải; Môi trường vật lý (Land patches) - thể hiện các mảnh đất trên bản đồ, nơi tiếp nhận tải lượng ô nhiễm ; và Hoàn cảnh bên ngoài (Global parameters) - bao gồm các chính sách quản lý môi trường và yếu tố kinh tế xã hội chung. Các HH-agents tương tác với môi trường và các agents khác, đồng thời chịu tác động từ môi trường vật lý và áp lực xã hội.

Chu trình vận hành của mô hình diễn ra theo chu kỳ năm, bao gồm ba pha chính: nhập giá trị ban đầu (thiết lập tác tố và môi trường vật lý), ra quyết định quản lý chất thải (phát sinh, tái sử dụng, xử lý và xả thải), và cập nhật trạng thái toàn bộ mô hình. Việc đánh giá mô hình được thực hiện thông qua phân tích độ nhạy (sử dụng kỹ thuật "Sequential Bifurcation" nhị phân liên tục - SB) và kiểm chứng kết quả đầu ra (so sánh tải lượng xả thải dự báo với tải lượng thực tế đo đạc, sử dụng sai số RMSE). Số liệu đầu vào cho mô hình được thu thập từ thống kê số lượng lợn, đặc điểm hộ chăn nuôi, bản đồ GIS, hệ số phát sinh chất thải, và 17 yếu tố liên quan đến dự báo hành vi thông qua phỏng vấn nông hộ và lấy mẫu nước thải. Phân tích thống kê được thực hiện bằng SPSS và AMOS-SPSS để xác định các tham số và kiểm chứng giả thuyết.

Sau thời gian thực hiện 36 tháng (từ 01/04/2019 đến 30/04/2022), đề tài đã đạt được nhiều kết quả quan trọng. Đề tài đã tổng quan được các vấn đề liên quan đến mô hình hóa và quản lý chất thải chăn nuôi, đánh giá hiện trạng chăn nuôi và áp lực môi trường tại các địa bàn nghiên cứu, đồng thời phân chia các tiểu lưu vực dựa trên mô hình DEM. Một trong những thành tựu nổi bật là việc xây dựng thành công mô hình lý thuyết, sơ đồ và các thuật toán cho phân tích không gian và mô hình ABM. Mô hình máy tính đã được thiết kế giao diện, cấu trúc, và được kiểm chứng độ nhạy cũng như kết quả đầu ra. Đề tài cũng đã tạo ra bộ bản đồ thực trạng phân bố chất thải phát sinh từ chăn nuôi lợn và xây dựng 3 kịch bản quản lý chất thải để đề xuất các giải pháp chính sách phù hợp. Toàn bộ quá trình nghiên cứu không có thay đổi so với thuyết minh ban đầu.

Các kết quả nghiên cứu này không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị ứng dụng cao trong việc quy hoạch môi trường và dự báo tác động môi trường từ hoạt động chăn nuôi lợn. Mô hình có thể được mở rộng để mô phỏng tải lượng phát thải từ các hoạt động nông nghiệp khác, góp phần dự báo khả năng chịu tải của các thủy vực. Đề tài đã có 1 công trình công bố quốc tế trên tạp chí Environmental Science and Pollution Research. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu cũng được công bố trên 1 tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước và 3 báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc gia.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21107/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)