GS. TSKH. Nông Đức Kế

Viện trưởng Viện Nghiên cứu Công nghệ cao Đông Nam

1. Đặt vấn đề

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng ứng dụng đất hiếm trong nông nghiệp công nghệ cao, bao gồm cả lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi. Mục đích của bài viết này chỉ nhằm giới thiệu tổng quan về khả năng ứng dụng một số nguyên tố đất hiếm trong chăn nuôi công nghệ cao tại Việt Nam (và một số case study điển hình trên thế giới). Vì thế, các thông tin trong bài viết chỉ tập trung làm rõ về mặt lý thuyết về khả năng ứng dụng đất hiếm trong chăn nuôi công nghệ cao, qua hai nguyên tố điển hình là La và Ceco, tất nhiên, để tăng tính thuyết phục của thông tin, bài viết đôi khi có nêu ra một số dẫn chứng thực tế tại Việt Nam và trên thế giới.

Nguyên tố đất hiếm (REE - Rare Earth Elements) như Lanthanum (La), Cerium (Ce), Neodymium (Nd), Yttrium (Y), Europium (Eu), và Terbium (Tb) đang mở ra tiềm năng lớn trong nông nghiệp công nghệ cao nhờ đặc tính xúc tác, kháng khuẩn, và cải thiện sinh trưởng. Nghiên cứu sau sẽ cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách ứng dụng REE trong chăn nuôi, tập trung vào La và Ce, kèm theo quy trình thực tế, phân tích kinh tế, lưu ý an toàn, pháp lý, tác động môi trường, và các biểu đồ minh họa trực quan.

2. Tổng quan về ứng dụng nguyên tố đất hiếm trong chăn nuôi

Nguyên tố đất hiếm được ứng dụng trong chăn nuôi công nghệ cao là nhờ các đặc tính sau:

  • Xúc tác: Kích thích enzyme tiêu hóa, tăng hấp thu dinh dưỡng.
  • Kháng khuẩn: Ức chế vi khuẩn gây bệnh như E. coli, Salmonella.
  • Cải thiện sinh trưởng: Tăng trọng, tăng sản lượng sữa/trứng, giảm khí thải methane.

Sau đây là bảng tóm tắt ứng dụng các nguyên tố đất hiếm đặc trưng nhất:

Nguyên tố

Ứng dụng chính

Lợi ích

Lưu ý

Lanthanum (La)

Thức ăn chăn nuôi, kháng khuẩn

Tăng trọng 5–12%, giảm tiêu chảy

Liều <400 mg/kg, kiểm tra gan/thận

Cerium (Ce)

Kháng khuẩn, chống oxy hóa

Giảm methane, tăng sữa, tăng tỉ lệ sống

Kiểm soát kích thước nano (<50 nm)

Neodymium (Nd)

Đèn LED chuồng trại, cảm biến IoT

Tối ưu ánh sáng, theo dõi sức khỏe

Chi phí cao, cần thiết bị chuyên dụng

Yttrium (Y)

Phủ kháng khuẩn, lọc nước

Ngăn vi khuẩn/nấm, nước sạch

Độc tính nếu dư thừa

Europium (Eu) & Terbium (Tb)

Cảm biến sinh học

Chẩn đoán nhanh bệnh động vật

Chỉ dùng trong nghiên cứu

3. Ứng dụng chi tiết của Lanthanum (La) và Cerium (Ce)

3.1. La và Ce phù hợp với chăn nuôi công nghệ cao là vì các lý do sau:

  • Kích thích enzyme tiêu hóa: Tăng hoạt tính protease và amylase, giúp vật nuôi hấp thu dinh dưỡng tốt hơn.
  • Kháng khuẩn đường ruột: Phá vỡ màng tế bào vi khuẩn như E. coli, Salmonella.
  • Chống oxy hóa: CeO₂ nano trung hòa gốc tự do, giảm stress oxy hóa, tăng miễn dịch.

Sau đây là sơ đồ cơ chế hoạt động của La

graph TD
    A[Lanthanum chloride trong thức ăn] --> B[Liên kết với phytate]
    B --> C[Giải phóng photpho]
    C --> D[Tăng hấp thu dinh dưỡng]
    D --> E[Kích hoạt gen tăng trưởng (IGF-1, GH)]
    E --> F[Tăng trọng 5–12%]

Sơ đồ cơ chế hoạt động của CeO₂ nano

graph TD
    A[CeO₂ nano trong thức ăn] --> B[Trung hòa gốc tự do]
    B --> C[Giảm stress oxy hóa]
    C --> D[Tăng cường miễn dịch]
    D --> E[Phá vỡ màng vi khuẩn gram âm]
    E --> F[Giảm bệnh đường ruột, tăng tỉ lệ sống 15–20%]

3.2. Cụ thể khả năng ứng dụng của Lanthanum (La) trong chăn nuôi CNC:

Dạng sử dụng: La-citrate {La(C₆H₅O₇)} và Lanthanum Glycinate {La(H₂N-CH₂-COO)₃}

  • Liều lượng: 50–400 mg/kg thức ăn (tùy loài).
  • Lợi ích:
    • Heo: Tăng trọng 5–12%, giảm tiêu chảy 30–50%.
    • Gà: Cải thiện tỉ lệ chuyển hóa thức ăn (FCR) từ 1.8 xuống 1.6, tăng sản lượng trứng 5–8%.
  • Cơ chế:
    • Liên kết phytate, giải phóng photpho để vật nuôi hấp thu.
    • Kích hoạt gen tăng trưởng (IGF-1, GH).
  • Ví dụ thực tế: Trang trại ở Đồng Nai (Việt Nam) dùng LaCl₃ (150 mg/kg) giảm 40% chi phí kháng sinh, FCR đạt 1.6.

3.3. Cụ thể khả năng ứng dụng của Cerium (Ce) trong chăn nuôi CNC:

  • Dạng sử dụng: Cerium oxide nano (CeO₂), Cerium chloride (CeCl₃).
  • Liều lượng: 100–300 ppm (thức ăn), 10–20 mg/con/ngày (bò).
  • Lợi ích:
    • Bò sữa: Tăng sản lượng sữa 5–7%, giảm methane 10–15%.
    • Tôm/cá: Tăng tỉ lệ sống 15–20%, giảm bệnh gan/thận mủ.
  • Cơ chế:
    • CeO₂ nano trung hòa gốc tự do, tăng cường miễn dịch.
    • Phá vỡ màng vi khuẩn gram âm.
  • Ví dụ thực tế: Trang trại cá tra ở An Giang dùng CeO₂ nano (5 mg/kg) giảm 70% chi phí kháng sinh.

Sau đây là biểu đồ so sánh hiệu quả tăng trọng

3.4. Các nguy cơ rủi ro và một số lưu ý khi sử dụng La và Ce trong chăn nuôi CNC

  • Độc tính: Liều >500 ppm có thể tích lũy trong gan/thận, gây stress tế bào. Nghiên cứu (JAAS, 2020) cho thấy La tích lũy trong gan sau 3 tháng nếu liều >400 ppm.
  • Quy định:
    • EU: Phê duyệt La₂O₃ làm phụ gia thức ăn (5 mg/kg, EU No. 1334/2003).
    • Việt Nam: Chưa có quy định, nên tuân thủ FAO/WHO (liều tối đa 5 mg/kg cho động vật non).
    • Mỹ: FDA chỉ cho phép thử nghiệm.
  • An toàn: Đeo khẩu trang/găng tay khi pha chế, xét nghiệm gan/thận định kỳ sau 2 tháng.

3.5. Mộ số hình ảnh mô tả sử dụng La và Ce trong chăn nuôi CNC

sciencedirect.com/scienc...

huaxingxitu.en.made-in-c...huaxingxitu.en.made-in-c...

4. Phân tích kinh tế khi sử dụng La và Ce trong chăn nuôi CNC

Yếu tố

Chi phí (VNĐ/kg)

Lợi ích kinh tế

LaCl₃

~200,000

Tiết kiệm 40% chi phí kháng sinh, tăng lợi nhuận 15–20%

CeO₂ nano

~500,000

Giảm chi phí thức ăn/kg tăng trưởng 10–12%

Premix

~50,000/tấn thức ăn

Tăng trọng 8–12%, FCR giảm từ 1.8 xuống 1.65

Ví dụ: Trang trại gà (1000 con) dùng premix La/Ce (50,000 VNĐ/tấn) tiết kiệm 2,000,000 VNĐ chi phí kháng sinh và tăng lợi nhuận 3,000,000 VNĐ do xuất chuồng sớm 10 ngày.

Sau đây là biểu đồ phân tích chi phí-lợi ích (trang trại gà)

5. Tác động môi trường khi sử dụng REE trong chăn nuôi CNC

  • Tích lũy: REE có thể tích lũy trong đất/nước nếu thải không đúng cách. Nghiên cứu (JAAS, 2020) cho thấy CeO₂ nano tích lũy trong đất sau 6 tháng sử dụng liên tục.
  • Giải pháp:
    • Lắp hệ thống lọc sinh học để xử lý nước thải chứa REE.
    • Ngưng bổ sung REE 2 tuần sau mỗi 3 tháng sử dụng.
    • Kiểm tra dư lượng REE trong thịt/trứng/sữa trước xuất bán bằng test nhanh.
  • Khuyến nghị: Kết hợp IoT để giám sát nồng độ REE trong môi trường, đảm bảo không vượt ngưỡng an toàn (FAO: <0.1 mg/L nước thải).

6. Quy trình phối trộn La và Ce trong thức ăn chăn nuôi CNC

6.1. Quy trình phối trộn chung

graph LR
    A[Chuẩn bị LaCl₃/CeO₂] --> B[Hòa tan trong nước cất]
    B --> C[Trộn với chất mang]
    C --> D[Phun lên thức ăn]
    D --> E[Bảo quản kín]
  • Dạng sử dụng: Muối tan (LaCl₃, CeCl₃) hoặc bột nano (CeO₂).
  • Pha loãng: Hòa tan trong 1–2 lít nước/tấn thức ăn.
  • Bảo quản: Lọ kín, tránh ánh sáng/ẩm.

6.2. Quy trình phối trộn cụ thể cho từng loại vật nuôi

Với gà (thịt/đẻ trứng)

  • Liều lượng: LaCl₃: 100–200 mg/kg; CeO₂ nano: 50–100 mg/kg.
  • Cách trộn: Hòa tan trong nước, phun đều lên cám hoặc trộn với premix vitamin.
  • Hiệu quả: Tăng trọng 8–12%, giảm mùi phân do ức chế vi khuẩn.

Với lợn/heo (thịt/nái)

  • Liều lượng: La + Ce (1:1): 200–300 mg/kg; heo con: 50–100 mg/kg.
  • Cách trộn: Trộn với chất mang (đá vôi, premix khoáng) trong máy trộn công nghiệp.
  • Hiệu quả: Giảm tiêu chảy 30–50%, heo nái tăng tiết sữa.

Với bò (sữa/thịt)

  • Liều lượng: CeO₂ nano: 10–20 mg/con/ngày; LaCl₃: 0.5–1 g/ngày.
  • Cách dùng: Phun CeO₂ lên cỏ ủ chua, trộn LaCl₃ vào thức ăn hỗn hợp (TMR).
  • Hiệu quả: Tăng sữa 5–7%, giảm methane 10–15%.

Với cá/tôm

  • Liều lượng: CeO₂ nano: 2–5 mg/kg; LaCl₃: 1–2 mg/lít nước.
  • Cách dùng: Phủ CeO₂ lên viên cám bằng máy coating, hòa LaCl₃ vào nước ao.
  • Hiệu quả: Tăng tỉ lệ sống 15–20%, giảm bệnh gan/thận mủ.

Sau đây là biểu đồ phân bố liều lượng tối ưu

7. Công thức Premix REE trong thức ăn chăn nuôi CNC

7.1. Nguyên tắc Premix

  • REE chiếm 0.01–0.05% premix.
  • Kết hợp với chất mang (đá vôi, bột ngô) để phân bố đều.

7.2. Công thức Premix chi tiết cho từng loại vật nuôi (dành cho 1kg premix)

Thứ nhất, Premix cho Gà

Thành phần

Tỉ lệ (%)

Lượng (g/kg)

LaCl₃

0.03

0.3

CeO₂ nano

0.02

0.2

Vitamin A/D3/E

5

50

Khoáng (Zn, Cu, Fe)

10

100

Chất mang (bột ngô)

84.95

849.5
  • Cách dùng: Trộn 5–10 kg premix/tấn thức ăn.
  • Chi phí: ~50,000 VNĐ/tấn thức ăn.

Thứ hai, Premix cho Heo

Thành phần

Tỉ lệ (%)

Lượng (g/kg)

La₂O₃

0.04

0.4

CeCl₃

0.03

0.3

Vitamin B-complex

8

80

Lysine/Methionine

15

150

Chất mang (đá vôi)

76.93

769.3
  • Cách dùng: Trộn 3–5 kg premix/tấn thức ăn.
  • Chi phí: ~60,000 VNĐ/tấn thức ăn.

Thứ ba, Premix cho Cá/Tôm

Thành phần

Tỉ lệ (%)

Lượng (g/kg)

CeO₂ nano

0.01

0.1

Vitamin C

2

20

Betaglucan

5

50

Chất mang (bột sắn)

92.99

929.9
  • Cách dùng: Trộn 1–2 kg premix/tấn thức ăn.
  • Chi phí: ~40,000 VNĐ/tấn thức ăn.

7.3. Một số lưu ý khi pha chế CeO₂ nano

  • An toàn: Đeo khẩu trang, kính khi trộn CeO₂ nano để tránh hít bụi.
  • Đồng nhất: Dùng máy trộn công nghiệp hoặc rây lưới mịn.
  • Bảo quản: Đựng trong túi kín, để nơi thoáng mát, tránh ẩm.

7.4. Hướng dẫn thử nghiệm dùng La và Ce tại trang trại chăn nuôi CNC

  1. Bắt đầu: Dùng liều thấp (50–100 mg La/Ce per kg thức ăn).
  2. Theo dõi:
    • Đo tăng trọng hàng tuần.
    • Kiểm tra phân (giảm tiêu chảy là dấu hiệu hiệu quả).
  3. Xét nghiệm: Kiểm tra gan/thận sau 2 tháng bằng test thú y.
  4. Xử lý sự cố: Nếu vật nuôi mệt mỏi, giảm ăn, ngưng REE và tham khảo bác sĩ thú y.

7.5. Một số case study thực tế đã áp dụng La và Ce trong chăn nuôi CNC

  • Trang trại gà Thái Bình: Premix La/Ce (150 mg/kg) giảm FCR từ 1.8 xuống 1.65, lợi nhuận tăng 15–20%.
  • Trang trại heo Bình Phước: CeO₂ nano (200 ppm) giúp heo xuất chuồng sớm 10 ngày, tiết kiệm 2,000,000 VNĐ/tấn thức ăn.
  • Trang trại cá tra An Giang: CeO₂ nano (5 mg/kg) giảm 70% chi phí kháng sinh, cá đồng đều kích cỡ.
  • Trang trại bò sữa Israel: CeO₂ nano (20 mg/con/ngày) tăng sữa 7%, giảm methane 15%.

8. Tích hợp công nghệ cao để kiểm soát nồng độ REE khi sử dụng trong chăn nuôi

  • IoT: Sử dụng cảm biến chứa Neodymium để đo nồng độ La/Ce trong nước uống, đảm bảo liều lượng chính xác.
  • AI: Phân tích dữ liệu tăng trưởng từ cảm biến IoT để tối ưu liều lượng REE theo từng giai đoạn phát triển của vật nuôi.
  • Ví dụ: Hệ thống IoT tại trang trại gà Đồng Nai giúp giảm 10% sai số khi trộn REE.

9. Một số câu hỏi thường gặp khi sử dụng REE trong chăn nuôi (Frequently Asked Questions - FAQ) và tài liệu bổ sung thông tin cần tìm hiểu

9.1. Một số câu hỏi thường gặp khi sử dụng REE trong chăn nuôi

  • REE có ảnh hưởng chất lượng thịt không? Không, nếu liều <400 ppm và xét nghiệm dư lượng trước xuất bán.
  • Làm sao phát hiện ngộ độc REE? Quan sát mệt mỏi, giảm ăn; xét nghiệm gan/thận bằng test thú y.
  • Ngoài chăn nuôi, chúng ta có thể dùng REE cho cây trồng không? Có, CeO₂ nano cải thiện quang hợp, nhưng cần thử nghiệm riêng để có dẫn chứng cụ thể.

9.2. Một số tài liệu tham khảo thông tin về sử dụng REE trong chăn nuôi

  • Lanthanum (La) Cerium (Ce) effects on pig growth"
  • "Rare earth elements (La, Ce) in swine nutrition"
  • "JAAS 2020 La Ce pig performance"

10. Lưu ý đặc biệt:

Để sử dụng La và Ce trong thức ăn chăn nuôi một cách an toàn và tối ưu nhất, chúng ta không nên sử dụng trực tiếp các muối La và Ce dưới dạng vô cơ mà phải chuyển chúng thành dạng hữu cơ (gắn với axit amin hoặc phức hợp hữu cơ). Chuyên đề này gắn với những công bố liên quan tới các patent (lõi IP) nên sẽ được phân tích kỹ lưỡng và cụ thể ở những bài viết tiếp theo.