Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ phế thải chăn nuôi dạng lỏng

Ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 44 03 01 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu: Tuyển chọn được các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học c

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH ĐỂ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG VI SINH ĐA CHỨC NĂNG TỪ PHẾ THẢI CHĂN NUÔI DẠNG LỎNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mỹ Duyên

Cuối cùng tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè những người

đã luôn bên cạnh và ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mỹ Duyên

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

Danh mục chữ viết tắt viii

Trích yếu luận văn ix

Thesis abstract xi

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Giả thuyết khoa học 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.4 Phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

Phần 2 Tổng quan tài liệu 5

2.1 Tình hình phát triển chăn nuôi, hiện trạng phế thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam 5

2.1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên Thế Giới và Việt Nam 5

2.1.2 Hiện trạng chất thải chăn nuôi và tác động của chúng đến môi trường 8

2.1.3 Các biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi 10

2.2 Cơ sở khoa học của việc sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm sinh học 15

2.2.1 Khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật 15

2.2.2 Khả năng phân giải và chuyển hóa lân của vi sinh vật 16

2.2.3 Khả năng cố định Nitơ của vi sinh vật 18

2.2.4 Khả năng tổng hợp IAA của vi sinh vật 18

2.2.5 Khả năng kháng bệnh hại cây trồng 19

2.3 Tổng quan về vi sinh vật nội sinh và chế phẩm sinh học 20

2.3.1 Tổng quan về vi sinh vật nội sinh 20

2.3.2 Tổng quan về chế phẩm sinh học 24

2.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng vi sinh vật nội sinh và chế phẩm sinh

học trên thế giới và Việt Nam 26

2.4.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học trên Thế giới 26

2.4.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học Việt Nam 27

Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 31

3.1 Địa điểm nghiên cứu 31

3.2 Thời gian nghiên cứu 31

3.3 Đối tượng/vật liệu nghiên cứu 31

3.4 Nội dung nghiên cứu 31

3.5 Phương pháp nghiên cứu 31

3.5.1 Tuyển chọn giống vi sinh vật theo phương pháp đánh giá trực tiếp đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau 31

3.5.2 Xác định điều kiện nhân giống thích hợp cho các chủng VSV nội sinh được tuyển chọn 34

3.5.3 Xác định chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh từ phế thải chăn nuôi, tính chất đất thí nghiệm 35

3.5.4 Giống vi sinh vật và dịch dinh dưỡng sau xử lý phế thải chăn nuôi được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang không thanh trùng 35

3.5.5 Thí nghiệm chậu vại 35

3.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 36

Phần 4 Kết quả và thảo luận 37

4.1 Tuyển chọn các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao 37

4.1.1 Đánh giá khả năng tổng hợp IAA, phân giải lân, phân giải xenlulo, phân giải tinh bột của các chủng vi sinh vật nội sinh 37

4.1.2 Đánh giá khả năng chịu nhiệt và thích ứng pH của các chủng vi sinh vật 43

4.1.3 Đánh giá tính đối kháng của các chủng vi sinh vật 48

4.1.4 Đánh giá khả năng kháng bệnh của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 49

4.2 Xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống vsv tuyển chọn 51

4.2.1 Ảnh hưởng của pH môi trường 51

4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 52

4.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ lắc 54

4.2.4 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy 55

4.2.5 Ảnh hưởng của nồng độ muối 57

4.3 Chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ vsv nội sinh đa chức năng và phế thải chăn nuôi dạng lỏng 58

4.4 Đánh giá hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng 59

4.4.1 Hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng tới sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng 59

4.4.2 Hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng tới việc cải tạo đất 60

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Kiến nghị 63

Tài liệu tham khảo 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Số lượng gia súc gia cầm năm 2013-2016 6

Bảng 2.2 Định hướng phát triển đàn gia súc, gia cầm đến năm 2020 8

Bảng 2.3 Ước tính lượng chất thải rắn chăn nuôi phát sinh từ năm 2015-2016 9

Bảng 4.2 Kết quả khả năng phân giải lân của VSV nội sinh 40

Bảng 4.3 Kết quả khả năng phân giải xenlulozơ của VSV nội sinh 41

Bảng 4.4 Kết quả phân giải vòng tinh bột của VSV nội sinh 42

Bảng 4.5 Khả năng chịu nhiệt của các chủng vi sinh vật 45

Bảng 4.6 Khả năng thích ứng pH của các chủng vi sinh vật 47

Bảng 4.7 Khả năng kháng bệnh của các chủng vi sinh vật tuyển chọn 49

Bảng 4.8 Đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật nội sinh được tuyển chọn 50

Bảng 4.9 Ảnh hưởng của pH đến số lượng vi khuẩn 51

Bảng 4.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến số lượng vi khuẩn 52

Bảng 4.11 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến số lượng vi khuẩn 54

Bảng 4.12 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến số lượng vi khuẩn 56

Bảng 4.13 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến số lượng vi khuẩn 57

Bảng 4.14 Chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng 59

Bảng 4.15 Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng sau thí nghiệm 60

Bảng 4.16 Tính chất đất trước và sau thí nghiệm 60

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hoá các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4 16

Hình 4.1 Khả năng thích ứng với nhiệt độ của một số chủng VSV 44

Hình 4.2 Khả năng thích ứng pH của chủng 6RN2 (pH=5) và chủng 6RN1(pH=6) 46 Hình 4.3 Chủng vi sinh vật nội sinh được tuyển chọn 48

Hình 4.4 Tính đối kháng của của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn 48

Hình 4.5 Vòng kháng bệnh nấm của chủng 6TCCH1 và Ecoli của chủng 3RMT 49

Hình 4.6 Ảnh hưởng của pH môi trường đến hàm lượng IAA 52

Hình 4.7 Ảnh hưởng của pH môi trường đến hàm lượng IAA 53

Hình 4.8 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hàm lượng IAA 55

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hàm lượng IAA 56

Hình 4.10 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hàm lượng IAA 58

Nghĩa tiếng việt

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Bảo vệ thực vật

Chất thải rắn Công thức Kích thích tố Auxin Quy chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn Việt Nam

Vi sinh đa chức năng

Vi sinh vật

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Thị Mỹ Duyên

Tên luận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ phế thải chăn nuôi dạng lỏng

Ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 44 03 01

Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

Mục đích nghiên cứu:

Tuyển chọn được các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao (có khả năng kích thích sinh trưởng phát triển cây trồng, phân giải chuyển hóa lân và các chất hữu cơ, kháng bệnh hại, ) từ các vùng sinh thái và cây trồng khác nhau Xác định được điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống VSV tuyển chọn Sản xuất được chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và phế thải chăn nuôi dạng lỏng Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu thực hiện tuyển chọn các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao (khả năng sinh IAA, chuyển hóa lân, ) từ các vi sinh vật nội sinh đã được phân lập từ các vùng có điều kiện sinh thái khác nhau Sau khi tuyển chọn được các vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, tiến hành xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống VSV tuyển chọn Việc đánh giá chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và phế thải chăn nuôi dạng lỏng được thực hiện trên đối tượng cây mồng tơi

Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp: Tuyển chọn giống vi sinh vật theo phương pháp đánh giá trực tiếp đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau; Xác định chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh từ phế thải chăn nuôi, tính chất đất thí nghiệm theo TCVN đối với hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng các chất dinh dưỡng chính, độ ẩm, pH ; Giống vi sinh vật

và dịch dinh dưỡng sau xử lý phế thải chăn nuôi được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang không thanh trùng; Thí nghiệm chậu vại theo phương pháp của Vicent (1976) gồm 3 công thức với 5 lần nhắc lại: Công thức 0: Đối chứng (bón theo nền thâm canh của địa phương), Công thức 1: Bón dịch dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi, Công thức 2: Bón chế phẩm dinh dưỡng VSDCN Theo dõi các chỉ tiêu: Số lá, Chiều cao cây, Diện tích lá, Năng suất Các số liệu thu thập được xử lý trên phần mềm IRRISTAT

Kết quả nghiên cứu và kết luận:

Nghiên cứu đã tìm ra được 08 chủng vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao: 3RMT, 3TMT2, 6TCCH1, 6TCCH2, 6RCC2, 7TCCH, 8TCCH 8RCCH2 Các

chủng VSV nội sinh này không đối kháng nhau và có khả năng kháng được ít nhất 2 trong 3 loại bệnh ( Nấm Fusarium, Salmonella, E.coli) Các VSV nội sinh này nhân sinh khối tối ưu ở điều kiện: pH trung tính và kiềm nhẹ, khoảng nhiệt từ 25 - 30oC, tốc

độ lắc từ 200 đến 250 vòng/phút, thời gian nuôi cấy 48 giờ Ngoài ra, các chủng VSV này còn có khả năng chịu mặn tương đối tốt từ 4-5%

Sau khi xác định được điều kiện nhân sinh khối tối ưu, tiến hành tạo chế phẩm, chế phẩm được phối trộn với dịch dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi Qua phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng, tỉ lệ vi sinh vật của chế phẩm đều đạt theo Nghị định 108/2017/NĐ – CP ngày 20/09/2017 của Chính phủ về Quản lý phân bón

Qua thí nghiệm đánh giá hiệu quả của chế phẩm trên cây mồng tơi, kết quả cho thấy chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Các chỉ tiêu theo dõi: chiều cao cây, số lá, diện tích lá, năng suất của cây trồng được bón chế phẩm cao hơn nhiều so với cây trồng không sử dụng chế phẩm ở mức sai số có ý nghĩa LSD5% Ngoài ra, chế phẩm này còn có tác dụng tích cực đối với đất trồng, cung cấp một hàm lượng lớn các vi sinh vật hữu ích cho đất, các

vi sinh vật này có khả năng chuyển hóa lân khó tiêu, các chất hữu cơ tạo thành các chất dinh dưỡng dễ tiêu giúp cây trồng hấp thụ

THESIS ABSTRACT

Master candidata: Nguyen Thi My Duyen

Thesis title: Research on the use of endophytic microorganisms to product multifunction microbial nutritional from livestock waste in liquid form

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives

Select the endogenous microorganisms with high biological activity (capable of stimulating plant growth and development, metabolism resolution phosphorus and organic matter, disease resistance, .) from the different ecosystems and crops Determination of optimum biomass conditions for selected microbial species Produces multi-functional microbial nutritional supplements from endogenous microorganisms and liquid livestock waste

Materials and Methods

Research on the selection of endogenous micro-organisms with high bioactivity (IAA yield, metabolism of phosphorus, etc.) from endogenous microorganisms isolated from the areas with different ecological conditions After selection of highly bio-active microorganisms, the topic was to determine optimum biomass conditions for selected microbial species Quality evaluation of multi-functional microbial nutritional preparations from endophytic microorganisms and liquid livestock waste was carried out on Vine spinach

The research used the following methods: selection of microbial strains by direct evaluation of biological characteristics of microbial strains on specific conditions under different conditions; Determining the quality of microbial nutrition preparations from animal waste, the soil properties of experiments in accordance with Vietnamese standards for organic content, content of main nutrients, moisture, pH The Microorganisms and nutrients after animal waste treatment are mixed by the method of blending the unpacked carrier; The Vicent Experiment (1976) consists of 3 formulas with 5 replicates: Formula 0: Control (based on local intensive farming), Formula 1: Apply nutrient solution from waste Livestock breeding, formula 2: Applying multi-functional micro-nutrients

Monitoring of indicators: leaf number, tree height, leaf area, productivity Collected data was processed on IRRISTAT software

Main findings and conclusions

The research has found out 8 endogenous organisms with high biological activity: 3RMT, 3TMT2, 6TCCH1, 6TCCH2, 6RCC2, 7TCCH, 8TCCH 8RCCH2 These endogenous organisms are not antagonistic and are resistant to

at least two of the three diseases (Fusarium, Salmonella, E coli) These endogenous microorganisms are optimized for medium pH and mild alkaline conditions, ranging from 25 to 30°C, shake rates from 200 to 250 rpm, and culture time of 48 hours In addition, these microorganisms have good salinity tolerance of 4-5%

Once the optimum biomass condition has been determined, the inoculant is mixed with the nutrient solution from livestock waste Through analysis of nutrient content, the rate of microorganism of the product reached Circular 41: 2014/ BNNPTNT

Through experiments to evaluate the effect of the preparation on the spinach, the results showed that multi-functional micro-nutrients work to promote the growth and development of plants Monitoring parameters: tree height, leaf number, leaf area, yield of crops were higher than those of unprocessed plants at significant error of LSD5% In addition, this preparation has a positive effect on the soil, providing a large amount of soil-useful microorganisms, which are capable of converting indigestible phosphorus, organic matter into easily digestible nutrients to help plants absorb

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay phát triển chăn nuôi đang đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển nền nông nghiệp Việt Nam Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp

và Phát triển Nông thôn năm 2014, tỷ trọng chăn nuôi trong tổng giá trị sản xuất nông nghiệp đạt 24,5%; tăng 2,3% so với cùng kỳ năm 2013 Ngành chăn nuôi đang được nhà nước khuyến khích và đầu tư phát triển mạnh, chủ yếu là mô hình trang trại tập trung Chăn nuôi cung cấp cho con người nhiều sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao (các nguồn đạm động vật như thịt, trứng, sữa, ) phục vụ cho nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu Sản phẩm của ngành chăn nuôi còn là nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng (tơ tằm, lông cừu, da), cho công nghiêp thực phẩm (đồ hộp, ), dược phẩm,…Tuy nhiên, theo khảo sát hiện nay thì chăn nuôi đang gây nhiều bất lợi về môi trường sinh thái và sự phát triển bền vững của đất nước Năm 2014, đàn lợn nước ta có khoảng 26,76 triệu con, đàn trâu bò khoảng 7,75 triệu con, đàn gia cầm khoảng 327,69 triệu con; tương đương lượng chất thải rắn (phân chất độn chuồng, các loại thức ăn thừa hoặc rơi vãi) đàn gia súc, gia cầm thải ra khoảng trên 76 triệu tấn và khoảng trên 30 triệu khối chất thải lỏng (nước tiểu, nước rửa chuồng, bãi vận động ) Phân của vật nuôi chứa nhiều chất chứa nitơ, phốt pho, kẽm, đồng, chì, Asen, Niken (kim loại nặng)… và các vi sinh vật gây hại khác không những gây ô nhiễm không khí mà còn làm ô nhiễm đất, ảnh hưởng đến độ phì đất, mặt nước mà cả nguồn nước ngầm (Mai Thế Hào, 2015)

Mặt khác, hiện nay phân bón hóa học và các loại hóa chất bảo vệ thực vật đang được người dân ưa chuộng, sử dụng nhiều đến mức dư thừa Tuy cho hiệu quả và năng suất cao song việc sử dụng quá nhiều phân bón hóa học và hóa chất bảo vệ thực vật đã dẫn đến các hậu quả nghiêm trọng đối với đất trồng, nguồn nước và gây ô nhiễm môi trường (Lưu Nguyễn Thành Công, 2014) Mỗi năm hoạt động nông nghiệp phát sinh khoảng 9.000 tấn chất thải nông nghiệp nguy hại, chủ yếu là thuốc bảo vệ thực vật, trong đó không ít loại thuốc có độ độc cao

đã bị cấm sử dụng Ngoài ra, cả nước còn khoảng 50 tấn thuốc bảo vệ thực vật tồn lưu tại hàng chục kho bãi; 37.000 tấn hóa chất dùng trong nông nghiệp bị tịch thu đang được lưu giữ chờ xử lý (Thụy Anh, 2015)

Vi sinh vật nội sinh là vi sinh vật sống trong mô thực vật được tìm thấy ở vùng rễ, rễ, thân, lá, quả của thực vật Theo Zinniel et al (2002), vi khuẩn nội sinh được tìm thấy trong rất nhiều loại cây trồng ở Hoa Kỳ, vi khuẩn nội sinh là các vi khuẩn từ vùng rễ xâm nhập vào rễ, thân và lá để sống bên trong các mô thực vật mà không gây hại hay cạnh tranh dinh dưỡng với cây chủ; trái lại chúng xúc tiến sự sinh trưởng của cây chủ Vi khuẩn nội sinh còn thúc đẩy các quá trình chuyển hóa trong cây, sự phát triển lông rễ một cách mạnh mẽ và giảm sự kéo dài rễ (Harari et al., 1988) Vi khuẩn nội sinh giúp tăng cường sự sinh trưởng của cây bằng cách tổng hợp kích thích tố auxin (IAA) (Barbieri et al., 1986), kích ứng khả năng kháng bệnh của cây trồng (N.Benhamou et al., 1996) Vi sinh vật nội sinh còn có khả năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong môi trường (Rosenblueth et al., 2006) Tại Việt Nam, đã có nghiên cứu phát hiện ra 43 dòng

vi sinh vật nội sinh trên cây chuối có khả năng tổng hợp IAA và cố định đạm (Nguyễn Thị Huỳnh Như và cs., 2013) Vi sinh vật nội sinh có khả năng kháng vi nấm gây bệnh rụng lá ở cây cao su (Nguyễn Văn Minh và cs., 2014) Theo Lương Thị Hồng Hiệp và cs (2011) đã nghiên cứu và phát hiện ra vi sinh vật nội sinh ở cây cúc xuyến chi Tuy nhiên, những nghiên cứu này mới dừng lại ở bước phân lập, nhận diện và phát hiện ra một số khả năng của vi sinh vật nội sinh đối với một số loại cây trồng cụ thể mà chưa đánh giá được hết các tiềm năng và khả năng ứng dụng chúng vào thực tế Trong khi đó, nhu cầu sử dụng những vi sinh vật nội sinh này ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường

1.2 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Phế thải từ hoạt động chăn nuôi đang gây nhiều bất lợi về vấn đề môi trường và phát triển bền vững, tuy nhiên phế thải chăn nuôi lại có hàm lượng các chất dinh dưỡng rất cao Do đó, việc tận dụng nguồn phế thải từ chăn nuôi để tạo phân bón cho cây trồng là một giải pháp tối ưu

Mặt khác, vi sinh vật nội sinh rất có lợi cho cây trồng nhờ khả năng tổng hợp kích thích tố IAA, phân giải lân, xenlulo, tinh bột,… thúc đấy các quá trình

chuyển hóa trong cây trồng Ngoài ra, nhờ khả năng thích nghi tốt ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau nên việc ứng dụng vi sinh vật nội sinh vào phát triển nông nghiệp là việc làm rất thiết thực

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Tuyển chọn được các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao (có khả năng kích thích sinh trưởng phát triển cây trồng, phân giải chuyển hóa lân và các chất hữu cơ, kháng bệnh hại, ) từ các vùng sinh thái và cây trồng khác nhau

- Xác định được điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống VSV tuyển chọn

- Sản xuất được chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và phế thải chăn nuôi dạng lỏng

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: Chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng

- Vật liệu nghiên cứu:

+ Dịch dinh dưỡng sau xử lý phế thải chăn nuôi Lợn

+ 40 chủng Vi sinh vật nội sinh đã được tuyển chọn sơ bộ

+ Đất sử dụng thí nghiệm đánh giá hiệu quả của VSV nội sinh: đất phù sa sông Hồng

+ Cây trồng sử dụng trong thí nghiệm đánh giá hiệu quả chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng: Cây mồng tơi

- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 6/2016 đến tháng 9/2017

- Địa điểm nghiên cứu: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

1.5 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Hiện nay, đã có một số nghiên cứu tạo ra chế phẩm sinh học được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp nhưng hiệu quả còn chưa cao Chính vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng chất lượng cao,

có hiệu quả thực sự và có tiềm năng thương mại hóa, được ứng dụng đại trà trong sản xuất nông nghiệp là yêu cầu cần thiết trong bối cảnh các chế phẩm chất lượng cao hiện vẫn phải nhập khẩu và xu hướng phát triển nông nghiệp hữu cơ bền vững cũng như vấn đề gây ô nhiễm môi trường từ phế thải chăn nuôi ngày càng trầm trọng

Chế phẩm vi sinh đa chức năng vừa giúp kích thích sinh trưởng và phát triển cây trồng, tạo dinh dưỡng dễ tiêu cho cây, có khả năng kháng sâu bệnh hại, giúp cải tạo đất trồng, không gây ảnh hưởng đến môi trường vừa phục vụ cho phát triển nông nghiệp hữu cơ bền vững, đồng thời việc tạo ra chế phẩm này cũng đã tận dụng được nguồn nguyên liệu hữu cơ từ phế thải chăn nuôi giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CHĂN NUÔI, HIỆN TRẠNG PHẾ THẢI CHĂN NUÔI TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.1.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên Thế Giới và Việt Nam

2.1.1.1 Thế Giới

Hiện nay, trên Thế giới ngành chăn nuôi đang trên đà phát triển Phương thức chăn nuôi có ba hình thức cơ bản: Chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao, chăn nuôi trang trại bán thâm canh và chăn nuôi nông hộ quy mô nhỏ và quảng canh Phương thức chăn nuôi quy mô công nghiệp thâm canh công nghệ cao được áp dụng chủ yếu ở các nước phát triển Châu Âu, Châu

Mỹ, Châu Úc và một số nước ở Châu Á, Phi, Mỹ La Tinh Công nghệ cao được

áp dụng trong chuồng trại, cho ăn, vệ sinh, thu hoạch sản phẩm, xử lý môi trường

và quản lý đàn Chăn nuôi bán thâm canh và quảng canh được sử dụng ở một số nước đang phát triển của châu Á, châu Phi, Mỹ La Tinh và các nước Trung Đông Chăn nuôi theo hình thức này tận dụng, dựa vào thiên nhiên tuy năng suất thấp nhưng được thị trường xem như là một phần của chăn nuôi hữu cơ Đây là

xu hướng đang được đặt ra cho thế kỷ 21

Theo thống kê của Tổ chức nông lương thế giới – FAO năm 2009 số lượng đầu đàn gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: Tổng đàn trâu: 182,2 triệu con và phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á; tổng đàn bò 1.164,8 triệu con; dê 591,7 triệu con; cừu 847,7 triệu con; lợn 887,5 triệu con; gà 14.191,1 triệu con và tổng đàn vịt là 1.008,3 triệu con Tốc độ tăng về số lượng vật nuôi hằng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%

Hiện nay, các quốc gia có số lượng vật nuôi lớn như sau: Về số lượng đàn

bò nhiều nhất là Brazil với 204,5 triệu con, kế đến là Ấn Độ với 172,4 triệu con

và Hoa Kỳ 94,5 triệu con Số lượng Trâu nhiều nhất là Ấn Độ 106,6 triệu con, chiếm 58% số lượng Trâu của cả Thế Giới, Việt Nam đứng thứ 7 với 2,8 triệu con Về chăn nuôi lợn: Số đầu lợn hằng năm của Trung Quốc xếp vị trí thứ nhất với 451,1 triệu con, tiếp theo là Hoa Kỳ 67,1 triệu con, Brazil 37 triệu con, Việt Nam 27,6 triệu con và thứ 5 là Đức với 26,7 triệu con Về chăn nuôi của Thế giới, các cường quốc Hoa Kỳ, Trung Quốc, Ấn Độ , Brazil là những nước có ngành chăn nuôi phát triển mạnh Việt Nam cũng là một trong những nước có tên

tuổi: đứng thứ 2 về số lượng vịt, thứ 4 về lợn, thứ 6 về Trâu và thứ 13 về gà (DairyVN, 2010)

2.1.1.2 Việt Nam

Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT, ngành chăn nuôi từ năm 2015 đến nay đã có những bước chuyển dịch rõ ràng, từ chăn nuôi nhỏ lẻ, phân tán sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, gia trại, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật, tăng hiệu quả kinh tế Cụ thể, theo số liệu thống kê của Cục Chăn nuôi số lượng gia súc gia cầm từ năm 2013 đến Tháng 10/2016 biến động như sau:

Bảng 2.1 Số lượng gia súc gia cầm năm 2013-2016

Loại vật nuôi ĐVT Năm 2013 Năm 2014 Năm 2015 Tháng

10/2016 Lợn 1000 con 26.264,4 26.761,4 27.750,7 29.075,3 Trâu 1000 con 2.559,4 2.521,4 2.524,0 2.519,4

Bò 1000 con 5.156,7 5.234,3 5.367,7 5.496,6 Gia cầm Triệu con 317,7 327,7 341,9 361,7

Nguồn: Tổng cục thống kế (2017)

Số lượng đàn gia súc, gia cầm có xu hướng ngày càng gia tăng

Bên cạnh sự phát triển đã đạt được, ngành chăn nuôi vẫn còn phải đối mặt với nhiều thách thức từ những dịch bệnh đã xảy ra và thực trạng sử dụng chất cấm, chất kháng sinh trong chăn nuôi đến những cạnh tranh khó khăn trên thị trường tiêu thụ khi nhiều mặt hàng thịt nhập khẩu đang có giá thấp hơn thịt gia cầm, gia súc trong nước

Giá trị sản xuất ngành chăn nuôi có mức tăng khá đạt 4,3% so với cùng 2

kỳ năm ngoái Mức tăng này là do đàn bò sữa tăng mạnh (tăng 20,9%) sản lượng sữa bò tươi tăng cao đạt khoảng 120% so với cùng kỳ năm trước Chăn nuôi lợn phát triển khá thuận lợi do dịch lợn tai xanh không xảy ra và giá bán lợn ở mức

có lợi cho người chăn nuôi Đàn lợn của cả nước tại thời điểm điền tra 1/10 có 27,7 triệu con, tăng 3,7%; Đàn gia cầm có 341,9 triệu con, tăng 4,3% (Cục chăn nuôi, 2015)

Chăn nuôi trâu bò:

Chăn nuôi trâu không phát triển mạnh do điều kiện bãi chăn thả bị thu hẹp, tuy vậy ở một số địa phương người dân đã thay đổi hình thức chăn nuôi từ chăn thả rông sang nuôi nhốt giúp cải thiện hiệu quả kinh tế trong chăn nuôi Theo kết quả điều tra của Bộ NN&PTNT, thời điểm 01/10/2015 đàn trâu cả nước hiện có 2,52 triệu con, bằng 100,1% so với cùng kỳ năm trước Sản lượng thịt trâu hơi xuất chuồng ước đạt 85,8 nghìn tấn, bằng 100,14% cùng kỳ Chăn nuôi

bò phát triển do Đàn bò sữa tăng mạnh cả nước hiện có 5,36 triệu con bò, bằng 102,5% so với cùng kỳ năm trước, trong đó: Bò sữa có 275,3 nghìn con tăng 20,96% Đàn bò sữa tăng mạnh do một số doanh nghiệp tăng cường đầu tư, mở rộng quy mô chăn nuôi Sản lượng thịt bò hơi xuất chuồng ước đạt 299,3 nghìn tấn, bằng 102,2% do người dân chú trọng đến chăn nuôi bò lấy thịt theo hướng tập trung hơn; sản lượng sữa bò tươi tăng cao đạt khoảng 120% so với cùng kỳ năm trước

Chăn nuôi lợn:

Chăn nuôi lợn phát triển tốt do giá lợn hơi có xu hướng ổn định cho người chăn nuôi Theo số liệu điều tra của Tổng cục thống kê, cả nước có khoảng 27,75 triệu con, tăng 3,7%, trong đó lợn nái có 4,06 triệu con, tăng 3,69% so với cùng

kỳ 2014 Sản lượng thịt lợn hơi xuất chuồng năm 2015 ước tính đạt 3,48 triệu tấn, bằng 104,2 % so với cùng kỳ năm trước

Chăn nuôi gia cầm:

Đàn gia cầm của cả nước có khoảng 341,9 triệu con, bằng 104,3% so với cùng kỳ năm trước, trong đó đàn gà có 259,3 triệu con bằng 105,39% so với cùng kỳ năm trước Sản lượng thịt gia cầm hơi xuất chuồng bằng 908,1 nghìn tấn bằng 103,8% so với cùng kỳ năm trước Sản lượng trứng gia cầm đạt 8874,6 triệu quả bằng 107,6% so với cùng kỳ năm trước Hiện tại, dịch cúm gia cầm tuy không bùng phát nhưng vẫn xảy ra ở một số tỉnh trong phạm vi nhỏ lẻ, nguy cơ phát sinh và lây lan dịch đang còn tiềm ẩn, do đó các địa phường cùng với người chăn nuôi cần chủ động trong công tác phòng dịch, xử

lý sớm khi có xuất hiện ổ dịch mới

Định hướng đến năm 2020, ngành chăn nuôi nước ta sẽ tiếp tục phát triển mạnh cả về quy mô và chất lượng, cụ thể:

Bảng 2.2 Định hướng phát triển đàn gia súc, gia cầm đến năm 2020

Loại vật nuôi Đơn vị tính Định hướng năm 2020

xử lý tốt

2.1.2 Hiện trạng chất thải chăn nuôi và tác động của chúng đến môi trường

Ngành chăn nuôi luôn tăng trưởng nhanh và mạnh liên tục trong những năm gần đây nên tạo ra lượng chất thải rất lớn, hàng triệu tấn mỗi năm Theo Cục chăn nuôi - Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75-85 triệu tấn chất thải, với phương thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua xử lý xả trực tiếp

ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng

Hiện cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình, 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung, nhưng mới chỉ có 8,7% số hộ xây dựng công trình khí sinh học (hầm biogas) Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn nuôi hợp vệ sinh cũng chỉ chiếm 10% và chỉ có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ môi trường Vẫn còn khoảng 23% số hộ chăn nuôi không xử lý chất thải bằng bất kỳ phương pháp nào mà xả thẳng ra môi trường bên ngoài…gây sức ép đến môi trường (Phúc Văn, 2013)

Bảng 2.3 Ước tính lượng chất thải rắn chăn nuôi phát sinh từ năm 2015-2016

Đơn vị: Triệu tấn/năm

STT Loài vật nuôi Lượng CTR phát sinh

kg/con/ngày Năm 2015 Năm 2016

Các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long là những địa phương có ngành chăn nuôi phát triển Tại tỉnh Bến Tre, tính đến thời điểm tháng 6/2013 đã có đàn lợn trên 424.000 con, đàn bò gần 148.000 con (Cục Chăn nuôi, 2014) là địa phương có đàn gia súc đứng đầu khu vực đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên, việc đảm bảo vệ sinh môi trường ở đây mới chỉ chú trọng ở các doanh nghiệp chăn nuôi, còn các hộ chăn nuôi nhỏ chưa được quan tâm Trong khi, các hộ chăn nuôi nhỏ chiếm tỷ lệ khá lớn, nhưng việc chăn nuôi của các hộ dân phần lớn theo tập quán, thói quen xả chất thải xuống kênh, rạch dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường, tăng nguy

cơ dịch bệnh cho vật nuôi, con người và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bền vững của ngành Chăn nuôi

Theo dự báo của ngành Tài nguyên và Môi trường (TN&MT), với tốc

độ phát triển mạnh của ngành Chăn nuôi như hiện nay dự tính đến năm 2020, lượng chất thải rắn trong chăn nuôi phát sinh khoảng gần 1.212.000 tấn/năm, tăng 14,05% so với năm 2010 Để phát triển bền vững và đảm bảo môi trường

tại các trang trại, gia trại, các địa phương cần quan tâm hơn nữa đến việc tạo điều kiện, hỗ trợ các hộ chăn nuôi quy mô lớn đầu tư xây dựng mô hình xử lý chất thải theo công nghệ hiện đại Ngành TN&MT chủ động phối hợp với ngành NN&PTNT tăng cường kiểm tra, xử lý, đình chỉ sản xuất đối với các trang trại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng; đôn đốc các trang trại, gia trại gây ô nhiễm môi trường, thực hiện các biện pháp xử lý triệt để tình trạng

ô nhiễm; yêu cầu các trang trại phải có đầy đủ công trình, biện pháp bảo vệ môi trường đáp ứng yêu cầu về xử lý ô nhiễm; khẩn trương quy hoạch vùng chăn nuôi cho từng loại vật nuôi, từng bước hạn chế, không cho phép chăn nuôi gia trại, chăn nuôi quy mô nhỏ trong khu dân cư; triển khai ứng dụng mô hình xử lý nước thải sau bể biogas, làm cơ sở hướng dẫn, nhân rộng áp dụng cho các trang trại chăn nuôi

2.1 3 Các biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi

Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi Trong

đó, việc quy hoạch và giám sát quy hoạch cả tổng thể và chi tiết chăn nuôi theo quốc gia, miền, vùng sinh thái, cụm tỉnh cho từng chủng loại gia súc, gia cầm, với số lượng phù hợp để không quá tải gây ô nhiễm môi trường là biện pháp quan trọng có tầm chiến lược Kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi là áp dụng các phương pháp lý học, hóa học và sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường Thông thường người ta kết hợp giữa các phương pháp với nhau để xử lý chất thải chăn nuôi hiệu quả và triệt để hơn

2.1.3.1 Quy hoạch chăn nuôi

Chăn nuôi gia súc, gia cầm phải được quy hoạch phù hợp theo vùng sinh thái cả về số lượng, chủng loại để không bị quá tải gây ô nhiễm môi trường Đặc biệt là những khu vực có sử dụng nguồn nước ngầm hoặc nguồn nước sông hồ cung cấp cho nhà máy nước sinh hoạt thì công tác quy hoạch chăn nuôi càng phải quản lý nghiêm ngặt Khi xây dựng trang trại chăn nuôi cần phải đủ xa khu vực nội thành, nội thị, khu đông dân cư đồng thời đúng thiết kế và phải được đánh giá tác động môi trường trước khi xây dựng trang trại Người chăn nuôi phải thực hiện tốt quy định về điều kiện chăn nuôi, ấp trứng, vận chuyển, giết mổ, buôn bán gia súc, gia cầm và sản phẩm của chúng Các cấp chính quyền và cơ quan chức năng cần hướng dẫn người chăn nuôi thực hiện đúng theo quy hoạch, đúng

theo Pháp lệnh giống vật nuôi, Pháp lệnh thú y và các quy chuẩn trong chăn nuôi Việc quy hoạch chăn nuôi và rà soát lại quy hoạch phải thực hiện định kỳ vì đây

là biện pháp vĩ mô quan trọng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

2.1.3.2 Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas

Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng loại công trình khí sinh học (KSH)cho phù hợp Xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình khí sinh học KSH được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch Đến năm 2014, với trên 500.000 công trình KSH hiện có trên cả nước đã sản xuất ra khoảng 450 triệu m3 khí gas/năm Theo thông báo quốc gia lần 2, tiềm năng giảm nhẹ phát thải khí nhà kính của phương án này khoảng 22,6 triệu tấn CO2, chi phí giảm đối với vùng đồng bằng là 4,1 USD/tCO2, đối với miền núi 9,7 USD/tCO2, mang lại giá trị kinh tế khoảng 1.200 tỷ đồng về chất đốt Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại

Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau: Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng; Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống; Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng phân từ phụ phẩm KSH thay thế phân bón hóa học Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà lượng lớn chất thải chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả

2.1.3.3 Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học

a Xử lý môi trường bằng men sinh học

Từ đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước người ta đã sử dụng các chất men để giảm ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi được gọi là “Chế phẩm EM (Effective Microorganisms) có nghĩa là vi sinh vật hữu hiệu” Ban đầu các chất này được nhập từ nước ngoài nhưng ngày nay các chất men đã được sản xuất nhiều ở trong nước Các men nghiên cứu sản xuất trong nước cũng rất phong phú và có ưu điểm là phù hợp hơn với điều kiện tự nhiên, khí hậu nước ta Người ta sử dụng men sinh học rất đa dạng như: Dùng bổ sung vào nước thải, dùng phun vào

chuồng nuôi, vào chất thải để giảm mùi hôi, dùng trộn vào thức ăn… Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại chế phẩm: Deodorase, DK, Sarsapomin 30 có tác dụng giảm khả năng sinh NH3; EM, Kemzyn có tác dụng tăng hấp thụ thức ăn, giảm bài tiết chất dinh dưỡng qua phân…

b Chăn nuôi trên đệm lót sinh học

Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản (Phôi bào, mùn cưa…) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (Thân cây ngô, đậu, rơm, rạ, trấu, vỏ cà phê… ) cắt nhỏ để làm đệm lótcó bổ sung chế phẩm sinh học.Sử dụng chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu”

đã được nghiên cứu và tuyển chọn chọn thuộc các chi Bacillus, Lactobacillus, Streptomyces, Saccharomyces, Aspergillus… với mong muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và tiêu diệt vi sinh vật

có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường Công nghệ đệm lót sinh học đầu tiên được ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp ở Nhật Bản từ đầu những năm 1980 Ngày nay đã

có nhiều nước ứng dụng như: Trung Quốc, Hồng Kông, Hoa Kỳ, Anh, Thái Lan, Hàn Quốc… Ở nước ta từ năm 2010 công nghệ này đã bắt đầu du nhập vào và phát triển Ngày 22 tháng 5 năm 2014 tại thành phố Phủ Lý, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã tổng kết 3 năm ứng dụng đệm lót sinh học trong chăn nuôi 2011-2013

và đã có Thông báo số 2560/TB-BNN-VP ngày 30 tháng 5 năm 2014 ý kiến kết luận của Thứ trưởng Vũ Văn Tám: “…Công nghệ chăn nuôi trên đệm lót sinh học là hướng đi mới và thu được những kết quả bước đầu đã được khẳng định là không gây ô nhiễm môi trường, giảm chi phí, giảm bệnh tật, lợn tăng trưởng nhanh, chất lượng thịt được người ưa chuộng, giá bán cao hơn, vì vậy mà hiệu quả hơn, phù hợp với quy mô chăn nuôi gà, lợn nông hộ”

Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ Tuy nhiên điều đáng lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát, tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm

2.1.3.4 Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ

Xử lý chất thải bằng ủ hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu bã phế thải thực vật, phân của động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật phân hủy và làm tăng cao chất lượng của sản phẩm, tạo nên phân bón

hữu cơ giàu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng Người ta chọn chỗ đất không ngập nước, trải một lớp rác hoặc bã phế thải trồng trọt dầy khoảng 20cm, sau đó lót một lớp phân gia súc, gia cầm khoảng 20-50% so với rác (Có thể tưới nếu phân lỏng, mùn hoai), tưới nước để có độ ẩm đạt 45-50% rồi lại tiếp tục trải một lớp rác, bã phế thải trồng trọt lên trên… đến khi đống ủ đủ chiều cao (Không

sử dụng cỏ tranh, cỏ gấu để ủ) Cuối cùng dùng tấm ni lông, bạt… đủ lớn để che kín đống phân ủ Người ta cũng có thể bỏ vào cùng các lớp rác ở giữa đống ủ một lượng xác động vật chết Cứ khoảng một tuần thì đảo đều đống phân ủ và bổ xung nước cho đủ độ ẩm khoảng 45-50%, che ni lông, bạt kín lại như cũ Ủ phân bằng phương pháp này hoàn toàn nhờ sự lên men tự nhiên, (Tuy nhiên nếu được

bổ xung thêm tổ hợp vi sinh vật hoặc men vào đống ủ thì sẽ tốt hơn)

Nhờ quá trình lên men và nhiệt độ tự sinh của đống phân ủ sẽ tiêu diệt được phần lớn các mầm bệnh nguy hiểm, thậm chí ủ phân có thể phân hủy được

cả xác động vật chết khi lượng phế thải thực vật đủ lớn Trong phân ủ có chứa chất mùn làm đất tơi xốp, tăng dung lượng hấp thụ khoáng của cây trồng, đồng thời có tác dụng tốt đến hệ vi sinh vật có ích trong đất Phân ủ còn có tác dụng tốt đối với tính chất lý hoá học và sinh học của đất, không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường sinh thái

Chương trình được tổ chức FAO tài trợ đã hợp đồng với Công ty cổ phần công nghệ vi sinh và môi trường tổ chức mô hình trình diễn ở 3 tỉnh thành đại diện cho 3 vùng (Bắc, Trung, Nam) trong năm 2012 (Khu vực Nam bộ mô hình trình diễn tại thành phố Cần Thơ)

2.1.3.6 Xử lý nước thải bằng ô xi hóa

Phương pháp này thường được dùng đối với các bể lắng nước thải

a Xử lý bằng sục khí

Ở các bể gom nước thải (Không phải là công trình KSH) người ta dùng máy bơm sục khí xuống đáy bể với mục đích làm cho các chất hữu cơ trong nước thải được tiếp xúc nhiều hơn với không khí và như vậy quá trình ô xi hóa xảy ra nhanh, mạnh hơn Đồng thời kích thích quá trình lên men hiếu khí, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất khí độc sinh ra trở thành các chất ít gây hại tới môi trường Sau khi lắng lọc nước thải trong hơn giảm ô nhiễm môi trường và có thể dùng tưới cho ruộng đồng

b Xử lý bằng ô-zôn (O3)

Để xử lý nhanh, triệt để các chất hữu cơ và các khí độc sinh tra trong các

bể gom nước thải, bể lắng, người ta đã bổ sung khí ô-zôn (O3) vào quá trình sục khí xử lý hiếu khí nhờ các máy tạo ô-zôn công nghiệp Ô-zôn là chất không bền

dễ dàng bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử: O3 → O2 + O Ô xy nguyên tử tồn tại trong thời gian ngắn nhưng có tính ô xi hóa rất mạnh làm cho quá trình xử lý chất thải nhanh và rất hữu hiệu Ngoài ra quá trình này còn tiêu diệt được một lượng vi rút, vi khuẩn, nấm mốc và khử mùi trong dung dịch chất thải So với phương pháp sục khí thì phương pháp này có tốn kém hơn nhưng hiệu quả cao hơn Tuy nhiên, cần chú ý thận trọng khi sử dụng ô-zôn trong xử lý môi trường là phải có nồng độ phù hợp, không dư thừa vì chính ô-zôn cũng là chất gây độc

c Xử lý bằng Hiđrô perôxit (H202)

Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) thường được ứng dụng rộng rãi như: Tẩy rửa vết thương trong y tế, làm chất tẩy trắng trong công nghiệp, chất tẩy uế, chất oxy hoá… Người ta cũng có thể bổ sung Ô-xi-già vào trong nước thải để xử lý môi trường Ô-xi-già là một chất ô xi hóa-khử mạnh, thông thường ô-xi-già phân hủy một cách tự nhiên theo phản ứng toả nhiệt thành nước và khí oxy như sau: 2H2O2 → 2H2O + O2 + Nhiệt lượng Trong quá trình phân hủy(Phản ứng xảy ra mạnh mẽ khi có xúc tác), đầu tiên ôxi nguyên tử được tạo ra và tồn tại trong thời gian rất ngắn rồi nhanh chóng thành khí ôxi (O2) Ôxi nguyên tử có tính ôxi hóa rất mạnh vì vậy đã ôxi hóa các chất hữu cơ, diệt khuẩn, khử mùi hiệu quả trong dung dịch chất thải Bổ sung ô-xi-già vào nước thải xử lý môi

trường tuy có tốn kém chút ít nhưng hiệu quả cao Cần chú ý khi bổ sung ô-xi-già

xử lý môi trường là phải tìm hiểu cách bảo quản ô-xi-già, liều lượng, chất xúc tác… và nồng độ đủ thấp để an toàn Nếu nồng độ cao dễ xảy ra cháy, nổ hoặc ngộ độc nguy hiểm

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH

ĐỂ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC

2.2.1 Khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật

- Xenlulo (glucan) là hợp chất cao phân tử được trùng hợp (polyme hóa) từ các gốc β - D - glucozơ bằng liên kết β - 1,4 - glucozơ nhờ khả năng tự dưỡng dưới ánh sáng mặt trời của giới thực vật

Hệ vi sinh vật phân hủy tàn dư thực vật chủ yếu là xenlulozơ khá phong phú gồm có vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc Chúng có khả năng tiết vào môi trường enzym thủy phân xenlulo là enzym xenlulaza Hệ enzym này gồm 3 enzym là endoglucanaza, exoglucanza và β - glucozidaza Quá trình thủy phân xenlluloza theo trình tự như sau:

- Hemixenlulo (xylan) là một phức hệ gồm Endo - 1,4 - β - D - mannaza và 1,4 - β - D - xylozidaza Enzym mannaza thủy phân xylan thành các oligosaccarit hòa tan trong nước và enzym xylozidaza sẽ tiếp tục thủy phân Sản phẩm cuối cùng là xylozo và mannozo (Lương Đức Phẩm, 2011)

- Tinh bột là chất dinh dưỡng chính dự trữ ở thực vật, có nhiều ở trong các loại hạt ngũ cốc và củ (khoai lang, khoai tây, sắn ) Tinh bột gồm 2 glucan: amylozo (15-17%) - mạch dài, không phân nhánh và amylopectin phân nhánh Chúng được trùng hợp từ các monomer là D - glucozo với các mối liên kết α - 1,4 và α - 1,6 -glucozit Tinh bột dưới tác dụng của enzym amylaza do vi sinh vật tiết ra sẽ bị thủy phân thành dextrin, đường maltozo và glucozo (Lương Đức Phẩm, 2011)

- Pectin là hợp chất polymer dạng keo, thuộc loại polysaccarit dị hình được cấu tạo từ các gốc axit galacturonic với nhau bằng liên kết α - 1,4 - glucozit và một số gốc khác Trong thành phần có axit pectinic, axit pectic và protopectin Pectin có mặt trong tất cả các mô thực vật bậc cao (khoảng 5%) là thành phần cơ

bản của thực vật Cùng với lignin và xenlulozơ, pectin tham gia hình thành bộ khung của thực vật, điều chỉnh độ ẩm và trạng thái của tế bào thực vật Pectin bị phân giải bởi enzym pecticnaza Enzym này được sản sinh nhờ một số loài vi khuẩn và nhiều loài nấm mốc (Lương Đức Phẩm, 2011)

- Protein là hợp chất được cấu tạo từ các axit amin với mối liên kết peptit Quá trình phân hủy các chất protein dưới tác dụng của vi sinh vật còn gọi là quá trình thối rữa hoặc quá trình amôn hóa Quá trình phân hủy các chất protein xảy

ra như sau: Protein  Polypeptit  Oligopeptit Axit amin NH3

Quá trình này được tiến hành nhờ enzym phân cắt đại phân tử protein được gọi là proteaza hay proteinaza Các nhóm vi sinh vật có khả năng tiết enzym proteaza gồm có vi khuẩn hiếu khí Bacillus, Pseudomonas, Proteus, nhóm nấm mốc Aspergillus, Penicillium, Tricoderma (Lương Đức Phẩm, 2011)

2.2.2 Khả năng phân giải và chuyển hóa lân của vi sinh vật

Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ

Sự chuyển hoá các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4 (Stoklaza–1991; Menkina – 1952) theo sơ đồ hình 1.1

Sơ đồ của quá trình phân giải nucleoprotein:

Nucleoprotein Nucleinaxit nucleicNucleotic H3PO4

Lơxitin  Glixerphosphat  H3PO4

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hoá các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4

Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ chủ yếu gồm các chủng Bacillus và Pseudomonas

- Bacillus mycoides: Vi khuẩn hình que, dài khoảng 1,6 – 3,6µ, rộng khoảng 0,5 - 1µ, phân bố rộng rãi trong tự nhiên và là vi khuẩn yếm khí, có tiêm mao ở đầu và quanh cơ thể Trên môi trường thạch, khuẩn lạc gần giống khuẩn lạc của nấm Nó có thể phân giải lân hữu cơ và amôn hoá protit nhưng không sinh H2S

- Bacillus megaterium var phosphaticum: Vi khuẩn hình que, có nha bào, yếm khí tuỳ tiện, có khả năng phân giải lân hữu cơ rất mạnh

Bacillus là trực khuẩn gram dương, sinh bào tử, chiều ngang của bào tử không vượt quá chiều ngang của tế bào vi khuẩn, do đó khi có bào tử vi khuẩn không thay đổi hình dạng, bào tử của vi khuẩn này có sức sống rất lâu

Ngoài ra, còn có các vi khuẩn như: Bacillus cereus, Bacillus asterosporus,Pseudomonas sp cũng có khả năng phân giải lân hữu cơ Ngày nay, ngoài vi khuẩn, người ta còn thấy xạ khuẩn, nấm cũng có khả năng phân giải lân hữu cơ (Dương Hồng Dật, 1979)

Vi sinh vật phân giải lân vô cơ

Quá trình có thể phân giải lân vô cơ theo phương trình sau:

Ca3(PO4)2 + 2 H2CO3 + H2O  Ca(H2PO4)2 H2O + 2 Ca(HCO3)2

Trong đất, vi khuẩn nitrat hoá và vi khuẩn chuyển hoá lưu huỳnh cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2 Vì trong quá trình sống, các

vi khuẩn này tích luỹ trong đất HNO3 và H2SO4 Quá trình hoà tan có thể biểu thị theo các phương trình sau:

Ca3(PO4)2 + 4 HNO3 Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(NO3)2

Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4

Các điều kiện ảnh hưởng tới khả năng phân giải lân của vi sinh vật gồm có:

- Độ pH: nhìn chung pH, ít ảnh hưởng đến khả năng phân giải lân Tuy nhiên pH trong khoảng 7,8 – 7,9 ảnh hưởng tốt tới sự phát triển của hệ vi sinh vật phân giải lân

- Nhiệt độ: các chủng vi sinh vật có nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân giải lân là khác nhau Nhìn chung, khoảng nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng

20 – 40oC

- Hợp chất hữu cơ: chất hữu cơ làm tăng quá trình sinh trưởng của vi sinh vật Do đó khả năng phân giải lân của chúng sẽ tăng lên

- Độ ẩm: ở những nơi có độ ẩm cao, do hoạt động của vi sinh vật mạnh nên tạo ra nhiều axit hữu cơ làm tăng phân giải lân

- Hệ rễ: hệ rễ cây trồng khích thích sự sinh trưởng của vi sinh vật Do đó phân giải lân cũng được tăng cường Tuy nhiên một số loài cây có thể tiết ra các chất độc ngăn cản sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.Tỷ lệ N và C trong môi trường: N, C là những thành phần cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Tỉ lệ N, C trong môi trường cao sẽ thúc đẩy khả năng phân giải lân (Dương Hồng Dật, 1979)

2.2.3 Khả năng cố định Nitơ của vi sinh vật

Trong suốt quá trình cố định đạm sinh học N2 giảm trong hệ thống vận chuyển điện tử kết quả tạo NH3 và phóng thích H2 NH3 sau đó được sử dụng để tổng hợp các chất khác Quá trình chuyển N2 thành NH3 được xúc tác bởi phức

hệ enzyme nitrogenase với sự tham gia của năng lượng ATP Enzyme dinitrogenase reductase và dinitrogenase có các tiểu đơn vị nif (γ2 homodimeric azoferredoxin) và NifD/K (α2β2 heterotetrameric molybdoferredoxin) Điện tử chuyển từ ferredoxin (hoặc flavodoxin) đến dinitrogenase reductase và chuyển đến dinitrogenase, cung cấp điện tử dưới dạng H2 đến các N2 tạo thành NH3 Mỗi mol N2 được cố định cần có 16 ATP và có sự tham gia của protein nifH (Kneip

et al., 2007)

Phức hợp enzyme nitrogenase và enzyme hydrogenase tổng hợp N2 thành

NH3 theo sơ đồ sau:

Ammonia được tạo ra trong chu trình tiếp tục kết hợp với chuỗi carbon để đồng hóa thành những acid amin đầu tiên cung cấp trực tiếp cho cây trồng Nitrogenase là một phức hệ enzyme, enzyme này được điều khiển bởi hệ thống gen nif có trong bộ genome của tế bào vi khuẩn Enzyme nitrogenase không chỉ xúc tác cho quá trình tổng hợp N2 thành NH3, mà còn có thể xúc tác khử các chất

CH3CN, HCN, NH3, N2O, C2H2, thành các sản phẩm tương ứng như C3H6,

CH4, H2, N2, C2H4 (Kneip et al., 2007)

2.2.4 Khả năng tổng hợp IAA của vi sinh vật

Indole-3-acetic acid (IAA) là dạng auxin, là chất điều hòa sinh trưởng của thực vật IAA chi phối sự phân chia tế bào, sự giãn dài tế bào, phân hóa sinh

mô, phát triển trái và hạt và chi phối giai đoạn đầu sự phát triển của cây trồng Tác động của IAA phụ thuộc vào dạng tế bào, ở các nồng độ khác nhau tùy thuộc vào loại phân sinh mô, IAA kích thích đồng thời sự giãn dài trục lá mầm, ngăn cản sự sinh trưởng của rễ chính, kích thích sự khởi đầu của rễ bên và sự thành lập lông rễ (Theologies and Ray, 1982) Theo Sergeeva et al., (2002), các nhóm vi khuẩn khác nhau kể cả vi khuẩn đất, vi khuẩn biểu sinh, vi sinh vật nội sinh và một số vi khuẩn lam (Cyanobacteria) đã được phát hiện là có khả năng sinh tổng hợp indole-3-acid acetic từ tiền chất L-tryptophan (Trp) Một số loài của các chi Azospirillum, Gluconacetobacter và Pseudomonas là những vi khuẩn cố định đạm nhưng nhờ vào khả năng tổng hợp IAA của chúng nên cũng được xem là vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng thực vật, góp phần làm tăng sản lượng cây trồng (Kloepper et al., 1989)

Có 3 lộ trình tiêu biểu nhất cho sự biến đổi của L-tryptophan thành IAA đã được Koga et al., (1991) mô tả chi tiết như sau:

Tryptophan  indole-3-acetamide  IAA

Carređo-López et al., (2000) cũng nhận thấy trong các lộ trình tổng hợp IAA ở loài Azospirillum brasilense thì lộ trình indole-3-pyruvic acid vẫn là con đường chủ yếu để tổng hợp IAA từ tiền chất tryptophan và được xúc tác chủ yếu bởi enzyme indole pyruvic decarboxylase (Costacurta et al., 1994)

2.2.5 Khả năng kháng bệnh hại cây trồng

Nhiều loại vi sinh vật có khả năng kháng bệnh hại cây trồng bởi một số cơ chế sau:

Cơ chế do siderophore

Vi sinh vật đối kháng có khả năng cạnh tranh trực tiếp với nguồn bệnh về dinh dưỡng, oxy, không gian sống, sinh kháng sinh, tạo siderophore v v để sinh trưởng Trong đó, siderophore là một loại protein sinh ra trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, nó có khả năng hấp thụ các ion Fe+3 trong môi trường với ái lực cao nhằm phục vụ trực tiếp cho sự sinh trưởng và hô hấp của vi sinh vật, làm cho môi trường xung quanh nghèo sắt, dẫn đến các loại vi sinh vật khác không có đủ ion Fe+3 cho quá trình sinh trưởng của mình, do đó chúng sẽ không sinh trưởng được (Lê Thị Thanh Thủy, 2014)

Cơ chế tăng cường sức đề kháng của cây

Tác dụng của vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật: Vi khuẩn kích thích sinh trưởng thực vật (Plant Growth-Promoting Bacteria – PGPB) là vi khuẩn vùng rễ khi tương tác với rễ cây có thể tạo ra tính kháng của cây chống lại vi khuẩn, nấm và virut gây bệnh Hiện tượng này được gọi là tính kích kháng hệ thống - ISR (Induced Systemic Resistance), cũng giống như tính kích kháng hệ thống có điều kiện - SAR (Systemic Acquired Resistance) (Ryu, C M et al., 2004)

2.3 TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT NỘI SINH VÀ CHẾ PHẨM SINH HỌC 2.3.1 Tổng quan về vi sinh vật nội sinh

Vi sinh vật nội sinh có thể được hiểu là các vi khuẩn tập trung trong mô thực vật mà không gây bệnh hoặc những hậu quả tiêu cực khác đối với cây chủ (Schulz and Boyle, 2005) Vi sinh vật nội sinh trải qua phần lớn vòng đời trong cây chủ (Quispel, 1992) Có hơn 300.000 loài thực vật được biết trên Trái đất mà hầu hết mỗi loài đều có một hay một số loài vi khuẩn sống nội sinh (Strobel et al., 2004) Tuy nhiên chỉ một số ít cây trồng được nghiên cứu tường tận vì hiệu quả kinh tế của chúng và qua đó tìm thấy nhiều loài vi sinh vật nội sinh với các đặc tính tốt (Ryan et al., 2008) Theo Hallmann (2001), vi sinh vật nội sinh thường được thu hút đến cây chủ bằng cơ chế hóa hướng động (chemotaxis) hay

di chuyển ngẫu nhiên Rễ cây tiết ra một số hợp chất thu hút vi sinh vật nội sinh đến và quần tụ (colonization) trên bề mặt rễ (Bashan, 1986)

Sự xâm nhập của vi sinh vật nội sinh vào mô thực vật có thể diễn ra qua các con đường sau: Qua các lỗ tự nhiên như thủy khổng, khí khổng, bì khổng; qua vi

lỗ hiện diện khi bắt đầu sự hình thành lông hút; qua vị trí hình thành các rễ

ngang (lateral root) hay qua các vết thương do tác động vật lý hoặc qua các vết bệnh Sau khi xâm nhập vào cây chủ, các vi sinh vật nội sinh có thể tập trung tại vị trí xâm nhập hay di chuyển khắp nơi trong cây đến các tế bào bên trong, vào các khoảng trống gian bào hay vào trong hệ mạch (Zinniel et al., 2002) Mật độ của quần thể vi sinh vật nội sinh rất biến động, phụ thuộc chủ yếu vào loài vi khuẩn và kiểu di truyền của cây chủ nhưng cũng phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của cây chủ và các điều kiện môi trường (Pillay và Nowak, 1997) Vi sinh vật nội sinh giúp tăng cường dinh dưỡng cho cây bằng nhiều cơ chế trực tiếp hay gián tiếp Nhiều vi sinh vật nội sinh có khả năng cố định đạm, có vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn nitrogen, bổ sung nguồn đạm cho đất và cây trồng, ổn định năng suất cây trồng và giúp phát triển sinh thái bền vững (Persello Cartieaux et al., 2003)

Vi khuẩn Azospirillum

Vi khuẩn Azospirillum thuộc nhóm vi khuẩn Gram âm, có khả năng chuyển động và có dạng hình que ngắn, kích thước biến động trong khoảng 0,8 - 1,7m chiều rộng và 1,4 - 3,7m chiều dài Các loài Azospirillum phân bố rộng và gắn liền với sự đa dạng của cây trồng (Seshadri et al., 2000)

Trong những năm 1984 - 1985, người ta đã phát hiện nhiều loài của chi Azospirillum trong vùng rễ của cỏ Kallar (Leptochloa fusca) (Reinhold et al., 1986), trong đó các vi khuẩn xâm nhập vào nhu mô rễ có khả năng cố định đạm, hòa tan lân ở dạng khó tan và các chất dinh dưỡng khác (Seshadri et al., 2000), sản xuất chất điều hòa sinh trưởng thực vật (Vande et al., 1999) hay kiểm soát các vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng (Rangaraijan et al., 2003) Okon và Labandera-Gonzalez (1994) thử nghiệm ngoài đồng các cây trồng được bổ sung với Azospirillum đã nhận thấy sản lượng cây trồng tăng 5 - 30%, cao hơn so với khi sử dụng phân hóa học

Vi khuẩn Azotobacter

Döbereiner (1974) phân lập được loài Azotobacter paspali từ các cây cỏ đang sinh trưởng trước phòng thí nghiệm của bà Sự khám phá ra vi khuẩn A paspali là một bước quan trọng trong sự cố định đạm cộng sinh Đây là loài đặc hiệu cho cỏ Paspalum notatum và khoai lang

Vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus

Vào năm 1988, Cavalcante và Döbereiner đã phân lập được G diazotrophicus từ rễ, thân và lá mía trồng ở Brazil, chúng hiện diện trong các

khoảng trống gian bào của tế bào nhu mô và được xem là vi sinh vật nội sinh bắt buộc Vi khuẩn Gluconacetobacter diazotrophicus thuộc họ Acetobacteraceae là những vi khuẩn Gram âm, vi hiếu khí bắt buộc, tế bào hình que và không có nội bào tử (Muthukumarasamy et al., 2002) Vi khuẩn này có ở nhiều loại cây hòa thảo khác nhau như bắp, lúa hoang, cỏ voi, khóm, cà rốt, củ cải đường, cải bắp và cây cà phê với các đặc tính ưu việt như có khả năng cố định đạm, tổng hợp cả IAA, gibberellin và hòa tan lân khó tan (Muthukumarasamy et al., 2002; Madhaiyan et al., 2004)

Vi khuẩn Herbaspirillum

Vi khuẩn Herbaspirillum thuộc nhóm - Proteobacteria là vi khuẩn vi hiếu khí, vi khuẩn cố định đạm sống trong rễ của nhiều cây không phải là họ đậu, bao gồm các loại cây họ hòa bản có giá trị kinh tế Hai loài Herbaspirillum seropedicae và Herbaspirillum rubrisubalbicans đã được tìm thấy ở cây bắp, mía đường, lúa hoang và lúa trồng (Baldani et al., 1986) Vi khuẩn này cũng được tìm thấy ở cỏ chăn nuôi và các cây trồng nhiệt đới như khóm và chuối (Cruz et al., 2001) Trong vùng rễ, chúng có khả năng cố định đạm mạnh mẽ (Baldani et al., 1986), ngoài ra chúng còn di chuyển đến cả những vùng ở thân và lá (Barraquio et al., 1997)

có hiệu quả, đồng thời chúng còn kích thích sự thành lập rễ bên và rễ bất định cho cây (Iniguez et al., 2004)

Vi khuẩn Enterobacter

Vi khuẩn Enterobacter cũng thuộc nhóm - Proteobacteria (vi khuẩn Gram âm), có dạng hình que, sống kỵ khí không bắt buộc Một số loài của vi khuẩn này sống ở vùng rễ hay nội sinh bên trong các mô thực vật có khả năng cố định đạm,

là vi khuẩn kích thích sự sinh trưởng thực vật Hwangbo et al (2003) đã phân lập được loài Enterobacter intermedium từ vùng rễ của một số cây cỏ ở Hàn Quốc, chúng có khả năng hòa tan các dạng lân khó tan để cung cấp cho cây theo cơ chế acid hóa bằng cách sản xuất hợp chất 2- ketogluconic acid

P pseudoflava, P putida, P stutzeri và P vesicularis (Chan et al., 1994) Một số dòng vi khuẩn Pseudomonas có khả năng hòa tan lân như P fluorescens, P putida, P chlororaphis (Cattenlla et al., 1999) Một số loài thuộc chi Pseudomonas như: P putida, P fluorescens, P syringae có khả năng tổng hợp chất điều hòa sinh trưởng thực vật như IAA, cytokinin kích thích sự sinh trưởng của bộ rễ cây và làm tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng trong đất (Glickmann et al., 1998), một số có khả năng kháng lại một số vi sinh vật gây hại cây trồng Nhiều loài Pseudomonas được tìm thấy nội sinh trong nhiều loài thực vật như bông vải, đậu nành, cà phê, lúa hoang và lúa trồng (Koomnok et al., 2007) và khoai lang (Khan and Doty, 2009)

Vi khuẩn Burkholderia

Vi khuẩn Burkholderia là vi khuẩn Gram âm, dạng que ngắn, chúng có thể di chuyển nhờ tiên mao ở đầu Chúng sinh trưởng và phát triển trong điều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí, trong môi trường ít khí oxy thì phát triển mạnh Vi khuẩn này có khả năng cố định đạm và tạo nốt sần trong những cây họ đậu vùng nhiệt đới (Mounlin et al., 2001) Vi khuẩn Burkholderia sống cộng sinh

với cây trồng và có khả năng cố định đạm, kích thích sự sinh trưởng của cây trồng, hiện diện vùng rễ và rễ của nhiều loài cây như bắp, mía và cà phê (Scarpella et al., 2003)

Trong số 40 loài thuộc chi Burkholderia, có nhiều loài có khả năng cố định đạm như Burkholderia vietnamiensis, B brasilensis, B kururiensis, B tuberum,

B phymatum, B unamae, B tropicalis và B terrae (Goris et al., 2004) Vi khuẩn

B tropicalis được tìm thấy trong cây khóm (Trần Thanh Phong và Cao Ngọc Điệp, 2012) Loài B vietnamiensis tìm thấy trong rễ lúa trồng ở miền Nam Việt Nam Thí nghiệm ở lúa cho thấy loài B vietnamiensis sau 14 ngày bổ sung giúp tăng khả năng đâm chồi 33%, số lượng rễ tăng 57%, bề mặt lá tăng 30% và năng suất lúa tăng 13 - 22% (Van et al., 1994)

2.3.2 Tổng quan về chế phẩm sinh học

Chế phẩm sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật gồm: Vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn Lactic, nấm men, xạ khuẩn, nấm mốc sống cộng sinh trong cùng môi trường Chế phẩm sinh học là những sản phẩm an toàn với môi trường, con người, vật nuôi, cây trồng và không gây hại và tác dụng phụ xấu khi sử dụng (Trần Thanh Loan, 2012)

Chế phẩm sinh học dùng trong nông nghiệp có những ưu điểm nổi trội so với các chế phẩm hóa chất Chế phẩm sinh học không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, vật nuôi, cây trồng như thuốc bảo vệ thực vật từ hóa chất Chế phẩm sinh học giúp cân bằng hệ sinh thái trong môi trường đất nói riêng và môi trường nói chung Ví dụ như phân hữu cơ vừa tăng dinh dưỡng cho đất, vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật đất hoạt động Sử dụng chế phẩm sinh học không những không làm thoái hóa đất mà còn góp phần tăng độ phì nhiêu của đất Chế phẩm sinh học giúp cây trồng hấp thu chất dinh dưỡng dễ hơn, góp phần tăng năng suất và chất lượng nông phẩm Các loại chế phẩm sinh học còn có tác dụng tiêu diệt côn trùng gây hại, giảm thiểu bệnh hại, tăng khả năng đề kháng bệnh của cây trồng mà không làmảnh hưởng đến môi trường như các loại thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa chất Tác dụng của chế phẩm sinh học đến từ từ chứ không nhanh như các loại hóa chất nhưng tác dụng dài lâu Một ưu điểm nữa của chế phẩm sinh học là khả năng phân hủy, chuyển hóa các phế thải sinh học, phế thải nông nghiệp, công nghiệp góp phần làm sạch môi trường (Minh Long, 2012)

Các chế phẩm sinh học dùng trong nông nghiệp có thể được chia làm bốn nhóm như sau:

Nhóm chế phẩm sinh học ứng dụng cho việc phòng trừ dịch hại trên cây trồng

Thực chất đây là thuốc BVTV nguồn gốc sinh học có thể tiêu diệt hoặc phòng trừ dịch hại Dịch hại là các sinh vật, vi sinh vật, các loại sâu hại, các loài gậm nhấm, có khả năng gây hại cho cây trồng và lương thực

Nhóm chế phẩm sinh học dùng cho sản xuất phân bón hữu cơ sinh học, phân bón vi sinh

Phân vi sinh là loại phân có chứa hàm lượng vi sinh vật có ích cao (≥1x108CFU/g), thường không có hàm lượng chất dinh dưỡng kèm theo Phân vi sinh được sản xuất và bón vào đất nhằm tăng lượng vi sinh vật có ích cho cây trồng, đặc biệt đối với vi sinh vật cố định đạm

Phân hữu cơ sinh học là sản phẩm phân bón được tạo qua quá trình lên men

vi sinh vật các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau và chuyển hóa thành mùn Không có yêu cầu chủng vi sinh phải đạt là bao nhiêu

Phân hữu cơ vi sinh là loại phân bón được sản xuất từ nguyên liệu hữu cơ,

có chứa ít nhất một chủng vi sinh vật có ích phù hợp với hàm lượng cao (≥1x106CFU/g) (Bùi Thị Hiền, 2014)

Nhóm chế phẩm sinh học dùng cho cải tạo đất và xử lý phế thải nông nghiệp

Là các loại chế phẩm có nguồn gốc sinh học được đưa vào đất để cải tạo lý hóa tính của đất (kết cấu đất, độ ẩm, hữu cơ, khả năng giữ nước, pH…), hoặc giải phóng đất khỏi những yếu tố bất lợi khác (kim loại nặng, vi sinh vật, hóa chất độc hại …) làm cho đất trở nên tốt hơn để sử dụng làm đất trồng cây

Nhóm điều hòa sinh trưởng cây trồng (hooc mon tăng trưởng)

Ở Việt Nam, hooc mon tăng trưởng được xếp vào danh mục thuốc BVTV, chia thành hai nhóm nhỏ:

- Nhóm các chất kích thích sinh trưởng: các chất có tác dụng kích thích sự sinh trưởng và phát triển của cây Hàm lượng các chất này được quy định chặt chẽ

- Nhóm các chất ức chế sinh trưởng: các chất có tác dụng kìm hãm, ức chế sinh trưởng và phát triển của cây như làm lùn, làm chín, làm rụng lá…(Minh Long, 2012)

2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH

VÀ CHẾ PHẨM SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.4.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học trên Thế giới

Có rất nhiều các công trình nghiên cứu sử dụng các tác nhân phòng trừ sinh học hệ rễ cho thấy rằng 5 trong số 6 vi khuẩn hệ rễ cảm ứng kháng hệ thống ở dưa chuột có khả năng tạo dòng rễ cả trong và ngoài Vi khuẩn nội sinh

có hoạt tính đối kháng chống lại một số mầm bệnh thực vật như Clavibacter michiganensis subsp sepedonicum, tác nhân gây bệnh thối vòng trên khoai tây (Van Buren AM et al., 1993) và P fluorescens 89B-27 và Serratia marcescens 90-166 cảm ứng kháng với P syringae pv lachrymans, Fusarium oxyporum f.sp cucumerium và Colletrotrichum orbiculare (Liu L et al., 1995) Ứng dụng

vi khuẩn nội sinh vào cây bông bằng tiêm cành làm giảm thối rễ gây ra bởi Rhizoctonia solani và héo mạch gây ra bởi F oxysporum f.sp vasinfectum (Chen C et al., 1994) Xử lý hạt cà chua với chủng vi khuẩn nội sinh Bacillus pumilus SE4 cản trở đường vào của nấm bệnh gây héo mạch F oxysporum f.sp radicislycospersici và sự sinh trưởng của khuẩn ty chỉ hạn chế ở biểu bì và bao

rễ ngoài Ứng dụng chủng P fluorescens 63-28 hạn chế sự sinh trưởng của Pythium ultimum ở đậu và F oxysporum f.sp.radici-lycopersici ở cà chua Chủng Pseudomonas fluorescent (CCA90) có thể tạo dòng cả bên trong và bên ngoài mô rễ và cành Và các chủng vi khuẩn nội sinh phân lập từ cây sồi có hoạt tính sinh học chống lại mầm bệnh gây héo sồi Ceratocystis fagacearum (Brooks DS et al., 1994)

Hiện nay, các nước trên thế giới đang quan tâm đến việc sử dụng phân hữu cơ như phân chuồng, phân ủ, phân xanh

Ấn Độ hàng năm sản xuất 286 triệu tấn phân ủ compost từ chất thải nông thôn và thành phố, ước tính thu được 3,5- 4,0 triệu tấn NPK (Lê Văn Tri, 2001)

Sử dụng phân VSV cho lúa, cao lương, bông làm tăng năng suất trung bình 11,4; 18,2 và 6,8triệu tấn/ha mang lại lợi nhuận khoảng 1,105; 1,149; 3,43 rupi/ha (Lê Văn Tri, 2004)

Hiện nay, Trung Quốc, Ấn Độ là hai quốc gia đang đẩy mạnh chương trình phát triển ứng dụng công nghệ sản xuất lân vi sinh ở quy mô lớn với diện tích sử dụng hàng chục ha Trung Quốc sử dụng phân hữu cơ vi sinh từ nguồn

rơm rạ, phân xanh, khô dầu ước tính tương đương 65 kg (N + P2O5 + K2O) (Lê Văn Tri, 2001)

Các kết quả nghiên cứu từ Canada, Ấn độ, Thái Lan, Trung Quốc, Nhật Bản cho thấy sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh có thể cung cấp cho cây trồng 30-

60 kg/ha/năm hoặc thay quặng phốt phát ngoài ra thông qua các hoạt động sống của VSV cây trồng được nâng cao khả năng trao đổi chất khả năng chống chịu bệnh và qua đó góp phần nâng cao chất lượng nông sản (Nguyễn Thị Lẫm, 1999) Chế phẩm VSV có thể sử dụng như phân bón hoặc phối trộn với phân hữu

cơ tạo thành phân bón hữu cơ VSV

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và sản xuất ra chế phẩm sinh học, hữu cơ chức năng được đẩy mạnh để dần thay thế phân bón hóa học và thuốc trừ sâu bệnh có nguồn gốc hóa học đã được hầu hết các nước quan tâm và khuyến khích vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội nhưng không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và cây trồng, không gây ô nhiễm môi trường, giúp cân bằng hệ sinh thái (VSV, dinh dưỡng…) Sản phẩm của nông nghiệp hữu cơ thường có giá trị thương mại cao, thậm chí cao gấp hàng chục lần so với các sản phẩm canh tác thông thường Nhiều nước đã nghiên cứu thành công các chế phẩm sinh học và phân bón hữu cơ vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và được lưu hành trên thị trường Ví dụ như dịch phân bón dinh dưỡng Sumagrow của Mỹ với tập hợp nhiều loại VSV hữu ích ở mật độ cao không những có khả năng làm tăng năng suất cây trồng từ 20-200%, thay thế được từ 50-100% lượng phân bón sử dụng mà còn làm giảm tỷ lệ sâu bệnh, cung cấp dinh dưỡng và góp phần cải tạo đất (Sumagrow org., 2014) Chế phẩm dinh dưỡng Kurojiru của Nhật Bản có chứa các VSV có lợi giúp cải tạo đất, tăng độ phì cho đất, làm rễ cây phát triển tốt, hạn chế tối đa dịch bệnh và việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu: tạo các sản phẩm hữu cơ, đặc biệt có thể giúp tăng năng suất cây trồng lên gấp 2 lần và an toàn tuyệt đối cho người sử dụng…(Giải pháp hiệu quả cho nhà nông, 2014)

2.4.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học Việt Nam

Gần đây, VSV nội sinh và vai trò của chúng đã bắt đầu được các nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu Nguyễn Thị Thu Hà và cs (2009) đã phân lập được 7 dòng vi khuẩn nội sinh trong một số loại cỏ chăn nuôi có đặc tính cố