ứng dụng VSV trong sản xuất phân bón vi sinh

ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân bón vi sinh, quy trình sản xuất phân bón vi sinh, các vi sinh vật có trong phân bón vi sinh, triển vọng phát triển của phân bón vi sinh, tình hình sử dụng phân bón vi sinh

1

MỞ ĐẦU

“Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống.”

Qua câu nói trên của ông cha ta, có thể dễ dàng nhâ ̣n ra rằng, từ xa xưa, vai trò của phân bón là đă ̣c biê ̣t quan tro ̣ng

Phân bón góp phần làm tăng năng suất cây trồng thông qua nhiều tác đô ̣ng cơ chế khác nhau, song quan tro ̣ng hơn cả là phân bón cung cấp những chất dinh

dưỡng cho cây trồng cần mà đất không đủ khả năng cung cấp Ngoài ra cùng với năng suất kinh tế, phân bón làm tăng lượng sinh khối cây do đó tăng nguồn hữu cơ trả la ̣i cho đất, góp phần ổn đi ̣nh đô ̣ phì nhiêu của đất

Nhưng chúng ta có thể nhâ ̣n thấy mô ̣t thực tế hiê ̣n nay, viê ̣c sản xuất nông nghiệp của người dân còn dựa quá nhiều vào các loa ̣i phân bón hóa ho ̣c, thuốc bảo

vệ thực vâ ̣t Lý do rất đơn giản là nồng đô ̣ chất dinh dưỡng của phân vô cơ rất cao

so vớ i phân hữu cơ nên chỉ cần bón 1 lượng ít đã thấy được tác du ̣ng đến sinh

trưởng và phát triển của cây trồng, năng suất tăng rõ rê ̣t Viê ̣c thâm canh tăng vu ̣, tăng diê ̣n tích, thay đổi cơ cấu giống và đă ̣c biê ̣t là la ̣m du ̣ng phân bón khiến tình

hình sâu bê ̣nh ha ̣i trên cây trồ ng trở nên phức ta ̣p Cây trồng không hấp thu hết lươ ̣ng dinh dưỡng được bón dẫn đến dư thừa tốn kém tiền đầu tư

Theo các nhà khoa ho ̣c, viê ̣c la ̣m du ̣ng phân bón, thuố c bảo vê ̣ thực vâ ̣t trong thờ i gian dài đã dẫn đến môi trường đất bi ̣ hủy ha ̣i, cấu ta ̣o đất bi ̣ phá vỡ, đất trở nên chua, chai cứ ng, các VSV có ích không có điều kiê ̣n tồn ta ̣i nên giảm nhanh về số lươ ̣ng từ đó ta ̣o điều kiê ̣n cho các VSV có ha ̣i phát triển ma ̣nh

Vì vâ ̣y viê ̣c phát triển mô ̣t nền nông nghiê ̣p sa ̣ch, nông nghiê ̣p hữu cơ trong đó có viê ̣c áp du ̣ng phân vi sinh vào sản xuất đang được xác đi ̣nh là hướng đi giúp nền nông nghiệp hướng đến mô ̣t mu ̣c tiêu phát triển bền vững Vâ ̣y phân vi sinh là

gì, tầm quan tro ̣ng của viê ̣c áp du ̣ng phân vi sinh hiê ̣n nay ra sao và viê ̣c đưa phân vi sinh vào sản xuất sẽ đem la ̣i lơ ̣i ích gì cho bà con nông dân, đây sẽ là những vấn đề

mà chúng em sẽ đề câ ̣p đến trong bài báo cáo này

2

I Ti ̀m hiểu về phân vi sinh

1 Kha ́ i niê ̣m

Phân vi sinh là các sản phẩm có chứa mô ̣t hay nhiều chủng VSV sống có ích đã được tuyển cho ̣n, có hoa ̣t lực sống cao, có mâ ̣t đô ̣ đa ̣t theo tiêu chuẩn quy đi ̣nh và không có khả năng gây ha ̣i

Ngoài ra phân vi sinh còn có tác du ̣ng cải ta ̣o đất và cung cấp các chất dinh dưỡng dễ tiêu từ quá trình cố đi ̣nh đa ̣m hay phân hủy các chất khó tiêu thành dễ tiêu cho cây trồ ng sử du ̣ng, góp phần nâng cáo năng suất hoă ̣c chất lượng nông sản

 VSV có ích được tuyển cho ̣n (mô ̣t hay nhiều chủng)

VSV được tuyển cho ̣n là các VSV được nghiên cứu, đánh giá hoa ̣t tính sinh

học và hiê ̣u quả sinh ho ̣c đối với đất, cây trồng dùng để sản xuất phân vi sinh

 Chất mang (có thanh trùng hoă ̣c không thanh trùng)

Chất mang là chất mà VSV đươ ̣c cấy vào đó mà tồ n ta ̣i và phát triển, ta ̣o điều kiện thuâ ̣n lơ ̣i cho vâ ̣n chuyển, bảo quản, sử du ̣ng Chất mang không được chứ a chất có ha ̣i cho vsv, người, đô ̣ng thực vâ ̣t, môi trường sinh thái, chất lươ ̣ng nông sản

 Và các VSV ta ̣p

VSV tạp theo quy đi ̣nh này là VSV có trong phân nhưng không thuô ̣c VSV đươ ̣c tuyển cho ̣n

 Mô ̣t số VSV có mă ̣t trong phân vi sinh

này có các chủng đặc hiệu cho từng loại cây ngũ cốc, hay loại thực vật nào đó ( ví dụ vi khuẩn cố định đạm hội sinh trong rễ bèo hoa dâu)

Azotobacter là mô ̣t loa ̣i vi khuẩn hiếu khí, sống tự do trong đất, chúng có khả năng cố đi ̣nh đa ̣m cao và không phu ̣ thuô ̣c vào cây chủ Ngoài đă ̣c điểm trên thì

một số chủng thuô ̣c chi này còn có khả năng sinh tổng hợp nên IAA ( chất kích thích sinh trưởng ở thực vâ ̣t) Chính nhờ những đă ̣c điểm quan tro ̣ng trên mà vi khuẩn Azotobacter được ứng du ̣ng rô ̣ng rãi trong các chế phẩm phân bón vi sinh

vật làm tăng năng suất cây trồng

3

 Vi sinh vâ ̣t phân giải lân liên kết trong đất: có một số phân lân bón

vào đất canh tác, liên kết với các hành phần trong đất thành các muối phốt-phát làm cây không hấp thu được như các loại đất phèn ( nhiều nhôm và sắt) Nhóm vi khuẩn này giúp phá vỡ các muối này và cây có thể hấp thu được lân

Các chủng vi khuẩn đă ̣c biê ̣t thuô ̣c loài Pseudomonas và Bacillus, các

chủ ng nấm thuô ̣c loài Penicillium, Aspergillus có khả năng chuyển hóa

photphat không tan thành da ̣ng dễ hòa tan trong đất

Azatobactor fertilizer Azotobacter inelandii

Penicillium Purpurogenum

4

Aspergillus Flavus

 Vi sinh vâ ̣t kích thích cây tăng trưởng: có một số nhóm vi khuẩn

sống hội sinh với cây, chúng làm cho cây tăng cường sản xuất các chất tăng trưởng

Bacillus là các vi khuẩn đối kháng, có khả năng sinh ra chất chống nấm

Bacillus Subtilis

Là vi khuẩn có màu vàng hơi lu ̣c, phân bố ở mo ̣i nơi, trong đất, trong chất hữu cơ, các ha ̣t có dầu Ở đình có các cuống bào tử mo ̣c thằng đứ ng, có vách sần sùi, hình thành những đầu mang bô ̣ bào tử

đỉnh có da ̣ng gần hình cầu đến thon dài

Bào tử có kích thước khá lớn,

hình cầu màu vàng nâu đến hơi

lục, có khả năng phát tán trong không khí, nước

Là vi khuẩn gram dương, hình que, thường được thấy trong đất, nước,

xác sinh vâ ̣t phân hủy

Là endospore hình thành vi khuẩn

và các endospore này mà nó ta ̣o ra cho phép nó chi ̣u đươ ̣c nhiê ̣t đô ̣ cao

cũng như môi trường khô Công du ̣ng: ta ̣o ra protease và

amylase; sản xuất thuố c kháng sinh

hữu ích cho viê ̣c điều tri ̣ nhiễm khuẩn d và nhiễm khuẩn ở các vết cắ t; trong nông nghiệp, là vi khuẩn đươ ̣c sử du ̣ng phổ biến trong các phân vi sinh nhằm phân giải các

hợp chất phosphat hữu cơ thành các

hợp chất phosphat vô cơ

5

như B subtiliis; B licheniformic; chống lại các loại nấm như Fusarium; Rhizoctonia và kiểm soát được nhiều loại vi khuẩn gây bệnh cho cây

3 Đă ̣c điểm

Phân VSV là chế phẩm của các sinh vâ ̣t sống hữu ích, có hoa ̣t lực cao và có khả năng ca ̣nh tranh cao Sau khi bón phân VSV cho đất và cây trồng, người ta thường thấy mâ ̣t đô ̣ VSV hữu ích này tăng lên rõ rê ̣t, sau đó giảm dần và ổn đi ̣nh trong quá trình cây trồng phát triển Sau khi thu hoa ̣ch, mâ ̣t đô ̣ các VSV này giảm

mạnh tiến tới cân bằng trong quần thể VSV trong đất Để đảm bảo hiê ̣u lực của các thể hữu ích này, vẫn phải bón tiếp phân VSV vào các vu ̣ trồng tiếp theo

Bacillus licheniformic

Pseudomonas Fluorescens

Là vi khuẩn gram âm, hình roi

Thuộc chi Pseudomonas

Có lơ ̣i trong xử lý sinh ho ̣c chống

lại các tác nhân gây bê ̣nh của nhiều giố ng cây trồ ng Các thí nghiê ̣m cho thấy ở nồ ng đô ̣ cao,

Pseudomonas Fluorescens thử nghiệm ức chế sản xuất bào tử của nấm gây bệnh thực vâ ̣t

Nó là vi khuẩn gram dương , hình que, ưa nhiệt Nhiệt độ tăng

trưởng tối ưu khoảng 30 ° C, tuy nhiên nó có thể tồn tại ở nhiệt độ cao hơn nhiều Nhiệt độ tối ưu để sản sinh enzyme là 37 ° C

Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, nghèo dinh dưỡng, đặc biệt trong đất, nó có khả năng tạo bào tử Những bào tử này là khá chịu nhiệt, lạnh, bức xạ, và các áp lực môi trường khác

6

Thờ i gian sống của các VSV trong chế phẩm có vai trò rất quan tro ̣ng, nó phu ̣ thuộc vào đă ̣c tính của mỗi chủng giống VSV, thành phần và điều kiê ̣n nơi chúng cư trú

Giữa VSV và cây trồng có môi quan hê ̣ nhất đi ̣nh Do đó, thường mỗi chủng VSV chỉ sống cô ̣ng sinh hay hô ̣i sinh với mô ̣t số cây nhát đinh, nên mỗi loa ̣i phân vi khuẩn nố t sần chỉ phù hơ ̣p với đố i tươ ̣ng cây cu ̣ thể

Giữa các chủng giống VSV cũng có mối quan hê ̣ chă ̣t chẽ với nhau Để cho phân vi sinh đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng rãi, người ta thường cho ̣n các chủng giống VSV có khả năng thích nghi rô ̣ng hoă ̣c nhiều chủng trong cùng mô ̣t loa ̣i phân (VSV đa chức năng)

4 Phân loa ̣i

Phân bón vi sinh được chia thành nhiều da ̣ng khác nhay tùy theo công nghê ̣ sản xuất, tính năng tác du ̣ng của vsv chứa trong phân bón hoă ̣c thành phần các chất ta ̣o nên sản phẩm phân bón

 Phân loa ̣i theo công nghê ̣ sản xuất phân bón

 Phân vi sinh vật trên nền chất mang khử trùng, có mâ ̣t đô ̣ vi sinh vâ ̣t

hữu ích > 109 vi sinh vật/g (ml) và mâ ̣t đô ̣ vi sinh vâ ̣t ta ̣p nhiễm thấp hơn 1/1000 so với mâ ̣t đô ̣ vi sinh vâ ̣t hữu ích

 Phân vi sinh vật trên nền chất mang không khử trùng được sản xuất

bằng cách tẩm nhiễm trực tiếp sinh khố i vi sinh vâ ̣t số ng đã qua tuyển chọn vào cơ chất không cần thông qua công đoa ̣n khử trùng cơ chất Đố i với phân bón trên nền chất mang không khử trùng, tùy theo thành phần

các chất chứa trong chất mang mà phân bón vi sinh vâ ̣t da ̣ng này đươ ̣c chia thành

các loa ̣i:

 Phân hữu cơ vi sinh vật: là sản phẩm phân hữu cơ có chứa các vi sinh

vật số ng đã được tuyển cho ̣n có mâ ̣t đô ̣ phù hợp với tiêu chuẩn ban

hành, thông qua các hoa ̣t đô ̣ng sống của chúng mà ta ̣o ra các chất dinh dưỡng cây có thể sử du ̣ng hay các hoa ̣t chất sinh ho ̣c góp phần nâng cao năng suất, tăng chất lươ ̣ng nông sản

 Phân hữu cơ khoáng vi sinh vật là mô ̣t da ̣ng của phân hữu cơ vi sinh

vật, trong đó có chứa mô ̣t lượng nhất đi ̣nh các chất dinh dưỡng khoáng

 Phân loa ̣i theo tính năng tác du ̣ng của các nhóm vi sinh vâ ̣t có trong phân bón

 Phân vi sinh vật cố đi ̣nh nito ( phân đạm vi sinh): là sản phẩm chứa các

vi sinh vật sống cô ̣ng sinh với cây ho ̣ đâ ̣u, hô ̣i sinh trong vùng rễ cây trồ ng cạn hay tự do trong đất, nước có khả năng sử du ̣ng nito từ không khí, tổng hơ ̣p thành đa ̣m cung cấp cho đất và cây trồng

 Phân vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan ( phân lân vi sinh)

sản xuất từ các vi sinh vâ ̣t có khả năng chuyển hóa các hợp chất photpho khó tan thành dễ tiêu cho cây trồ ng sử du ̣ng

7

 Phân vi sinh vật kích thích, điều hòa tăng trưởng thực vâ ̣t chứa các vi

sinh vật có khả năng sinh tổng hợp các hoa ̣t chất sinh ho ̣c có tác du ̣ng điều hòa hoă ̣c kích thích quá trình trao đổi chất của cây

 Phân vi sinh vật chức năng: là mô ̣t da ̣ng phân bón vi sinh vâ ̣t ngoài khả

năng cung cấp chất dinh dưỡng cho đất, cây trồng, còn có thể ức chế,

kìm hãm sự phát sinh, phát triển caủa mô ̣t số bê ̣nh vùng rễ cây trồ ng do

vi khuẩn và vi nấm gây nên

 Phân loa ̣i theo tra ̣ng thái vâ ̣t lý của phân bón

 Phân vi sinh vật dạng bột

 Phân vi sinh vật dạng lỏng

 Phân vi sinh vật dạng viên

Gồ m 4 bướ c:

 Thu thâ ̣p, phân lâ ̣p, tuyển cho ̣n chủng giống vi sinh vâ ̣t

 Nhân sinh khối VSV

 Xử lý chất mang

 Chủng sinh khối của VSV vào chất mang, ta ̣o sản phẩm

1 Thu thâ ̣p, phân lâ ̣p, tuyển cho ̣n chủng giống vi sinh vâ ̣t

Dựa vào mu ̣c đích sử du ̣ng, loa ̣i cây được bón, tính chất của đất mà ta tuyển chọn vi sinh vâ ̣t phù hợp

Vi sinh vật đươ ̣c chia làm 4 nhóm chính:

 Vi sinh vâ ̣t cố đi ̣nh đa ̣m

 Vi sinh vâ ̣t phân giải lân liên kết trong đất

 Vi sinh vâ ̣t kích thích cây tăng trường

 Vi sinh vâ ̣t kháng nấm, chống thối rễ

Các bước phân lâ ̣p và tuyển cho ̣n giống bao gồ m

8

Từ các chủng vi sinh vâ ̣t đã đươ ̣c tuyển cho ̣n, nhân sinh khối vi sinh vâ ̣t bằng

các phương pháp lên men khác nhau, trong đó các yếu tố ảnh hưởng như môi trường nhân sinh khối, nồng đô ̣ oxy, pH môi trường phải được đă ̣c biê ̣t chú ý

Một quá trình lên men gồm 3 giai đoa ̣n chính:

 Trước lên men (upstream): xử lý, chế biến, phối trô ̣n và khử trùng nguyên liê ̣u ban đầu

 Lên men (fermentation): trong nồi lên men được thông khí tốt ( cần phá bo ̣t), trong di ̣ch lên men diễn ra quá trình truyền khối, truyền nhiệt, tăng sinh khố i tế bào và điều chỉnh hoa ̣t tính sinh ho ̣c để ta ̣o nhiều sản phẩm mu ̣c tiêu

 Sau lên men (downstream): tách tế bào bằng ly tâm hay lo ̣c, phải phá

vỡ tế bào để giải phóng các chất nô ̣i bào; tủa, tinh sa ̣ch các chất ; tâ ̣n

dụng phu ̣ phế phẩm

Sơ đồ tổng quát các công đoa ̣n chính cảu quá trình lên men công nghiê ̣p

Lấy và xử lý mẫu đất, rễ cây

Phân lập

Làm thuần

Xác đi ̣nh hoạt tính

Đánh giá ảnh hưởng đối với cây trồng

Xác đi ̣nh điều kiện sinh trưởng, phát triển và bảo quản

Lập lý li ̣ch khoa học Lưu giữ, bảo quản

9

3 Xư ̉ lý chất mang

Loại chất mang thường được sử du ̣ng là than bùn

Than bùn được tạo thành từ xác các loài thực vật khác nhau Xác thực vật được tích tụ lại, được đất vùi lấp và chịu tác động của điều kiện ngập nước trong nhiều năm Với điều kiện phân huỷ yếm khí các xác thực vật được chuyển thành than bùn

Trong than bùn có hàm lượng chất vô cơ là 18 – 24%, phần còn lại là các chất hữu cơ Theo số liệu điều tra của các nhà khoa học, trên thế giới trữ lượng than bùn

có khoảng 300 tỷ tấn, chiếm 1.5% diện tích bề mặt quả đất Than bùn được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau Trong nông nghiệp than bùn được sử dụng để làm phân bón và tăng chất hữu cơ cho đất

Than bùn có hợp chất bitumic rất khó phân giải Nếu bón trực tiếp cho cây không những không có tác dụng tốt mà còn làm giảm năng suất cây trồng Vì vậy, than bùn muốn dùng làm phân bón phải khử hết bitumic

Trong than bùn có axit humic, có tác dụng kích thích tăng trưởng của cây Hàm lượng đạm tổng số trong than bùn cao hơn trong phân chuồng gấp 2 – 7 lần, nhưng chủ yếu ở dưới dạng hữu cơ Các chất đạm này cần được phân huỷ thành đạm vô cơ cây mới sử dụng được

Để bón cho cây, người ta không sử dụng than bùn để bón trực tiếp Thường than bùn được ủ với phân chuồng, phân rác, phân bắc, nước giải, sau đó mới đem bón cho cây Trong quá trình ủ, hoạt động của các loài vi sinh làm phân huỷ các chất có hại và khoáng hoá các chất hữu cơ tạo thành chất dinh dưỡng cho cây

Ngoài ra đất sét, than đá, đất khoáng, bã mía, lõi ngô nghiền, vỏ trấu, vỏ cà phê, bô ̣t polyacrylamid, phân ủ cũng là những lựa cho ̣n khác để làm chất mang cho phân bón vi sinh vâ ̣t

10

Chất mang được khử trùng nhằm ha ̣n chế tối đa sự ca ̣nh tranh của các vi sinh

vật ta ̣p trong phân bón

Chất mang được khử trùng bằng nhiều phuong pháp khác nhau Phương pháp thông du ̣ng và được sử du ̣ng rô ̣ng rãi hiê ̣n nay là khử trùng bằng hơi nước bão hòa

 Chất mang đã xử lý cơ học được đóng vào các túi nilon chịu nhiệt có

độ dày 0,02 mm, mỗi túi 50 – 100 g

 Các túi được hàn kín, ngoại trừ một lỗ nhỏ có đường kích khoảng 1cm được nút kín bằng bông có tác dụng tăng cường hiệu quả khử trùng

 Vớ i điều kiê ̣n phòng thí nghiê ̣m, có thiết bi ̣ chuyên du ̣ng, ta hấp các

tú i ở điều kiê ̣n 121ºC trong vòng 90 phút

 Vớ i điều kiê ̣n không có các thiết bi ̣ chuyên du ̣ng, ta hấp các túi ở điều kiện 121ºC trong 2 ngày liên tiếp

 Sau khi để nguô ̣i, các túi chất mang đã sẵn sàng cho viê ̣c chủng vi sinh vật

Ngoài ra còn phương pháp khử trùng bằng tia chiếu xa ̣ để khử trùng chất mang Phương pháp này đã và đang được áp du ̣ng rô ̣ng rãi trong nhiều lĩnh vực Chất mang được đóng túi và hàn kín sau đó mang đi chiếu xa ̣ với liều chiếu 20 – 25 kGy

Mục đích: giảm giá thành, ta ̣o điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi cho người sử du ̣ng

Chất mang được xử lý phối trô ̣n trực tiếp, không qua công đoa ̣n khử trùng

Các giai đoa ̣n còn la ̣i trong viê ̣c sản xuất phân bón VSV giố ng hoàn toàn với chất mang khử trùng

Khử trùng - Có thể pha loãng, qua đó giảm

chi phí đầu tư nồ i lên men, môi trường và các nhu cầu khác

- Có chất lươ ̣ng cao, thời gian tồn

tại của VSV chuyên tính cao

- Dễ đánh giá và kiểm tra chất

lươ ̣ng

- Thuận lơ ̣i cho viê ̣c sử du ̣ng

- Cần đầu tư lớ n ban đầu và đòi hỏi điều kiện đă ̣c biê ̣t cho khử trù ng chất mang

- Cần có kinh nghiê ̣m

và cán bô ̣ có kinh nghiệm

Không khử

trù ng

- Kỹ thuâ ̣t phố i trô ̣n đơn giản

- Có thể sử du ̣ng các vâ ̣t liê ̣u đi ̣a

phương

- Đầu tư ít, không cần kỹ thuâ ̣t đă ̣c

biệt

- Cần lượng sinh khối

VSV lớ n

- Chất lượng không ổn

đi ̣nh, khó đánh giá và kiểm tra chất lượng, không bảo quản được

lâu