Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa và trồng thuốc lào ở một số xã thuộc huyện quảng xương, thanh hóa

Tuy nhiên, ở Việt Nam cho đến nay việc nghiên cứu tảo đất ch-a đ-ợc chú ý nhiều so với tảo sống trong môi tr-ờng n-ớc, các công trình về chúng còn tản mạn, thiếu hệ thống, đặc biệt khu v

i

Bộ giáo dục và đào tạo

tr-ờng đại học vinh

ii lời cảm ơn Tr-ớc hết tôi xin phép đ-ợc bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo ,PGS-

TS Võ Hành - Thầy đã trực tiếp định h-ớng và tận tình giúp đỡ tôi rất nhiều cả về mặt kiến thức cũng nh- ph-ơng pháp nghiên cứu và cung cấp cho tôi tài liệu để tôi hoàn thành bản luận văn này

Cho phép tôi đ-ợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với Thầy giáo TS.Nguyễn Đình San, Cô giáo TS.Lê Thị Thuý Hà, thầy cô đã có những góp ý, chỉ bảo quý báu giúp đỡ tôi trong quá trình viết luận văn

PGS-Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy - Cô giáo khoa Sinh học, khoa đào tạo sau đại học tr-ờng Đại học Vinh, Tr-ờng Trung học phổ thông Quảng X-ơng 2, Thanh Hoá, tập thể anh chị em lớp Cao học 15 chuyên ngành Thực vật đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập, cũng nh- trong qúa trình làm luận văn

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Trung tâm khí t-ợng thuỷ văn Thanh Hoá, UBND huyện Quảng X-ơng

Cuối cùng tôi xin đ-ợc bầy tỏ lòng biết ơn đối với vợ con, gia đình tôi và

đồng nghiệp - những ng-ời đã th-ờng xuyên động viên, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và công tác

Vinh, tháng 12 năm 2009

Tác giả

Viên Đình Hợp

iii

Mục lục

Trang

Lời cảm ơn i

Mục lục iii

Chữ viết tắt trong luận văn iv

Dang mục bảng và các hình trong luận văn vi

Mở đầu 1

Ch-ơng 1: Tổng quan tài liệu 2

1.1 Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và ở Việt Nam 2

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới 2

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu vi khuẩn lam trong đất ở Việt Nam 3

1.2 Vai trò của vi khuẩn lam 5

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của VKL trong đất 6

1.3.1 Đặc điểm phân bố của VKL trong đất 6

1.3.2 ảnh h-ởng của các yếu tố sinh thái đến sinh tr-ởng của VKL 6

1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá 9

1.4.1Đặc điểm tự nhiên 9

1.4.2 Điều kiện khí hậu 10

Ch-ơng 2: Đối t-ợng và ph-ơng pháp nghiên cứu 12

2.1 Đối t-ợng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 12

2.1.1 Đối t-ợng nghiên cứu 12

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 12

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu 12

2.2 Ph-ơng pháp nghiên cứu 13

2.2.1 Ph-ơng pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá 13

2.2.2 Ph-ơng pháp thu và xử lý mẫu VKL trong đất 13

iv

2.2.3 Định loài VKL 14

Ch-ơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 17

3.1 Một số chỉ tiêu nông hoá thổ nh-ỡng của các loại đất trồng ở huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá 17

3.1.1 Độ pH 17

3.1.2 Độ ẩm 18

3.1.3 Hàm l-ợng nitơ dể tiêu 19

3.1.4 Hàm l-ợng lân dể tiêu 20

3.1.5 Hàm l-ợng kali tổng số 21

3.2 Đa dạng vi khuẩn lam trong đất trồng của một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá 22

3.2.1 Cấu trúc thành phần loài 25

3.2.2 Phân bố các taxon bậc chi và loài trong họ 29

3.2.3 Phân bố các taxon bậc loài trong chi 31

3.2.4 Cấu trúc thành phần loài vi khuẩn Lam trong đất trồng ở các xã thuộc huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá 31

3.2.5 Đa dạng về hình thái 33

Kết luận, kiến nghị 35

Tài liệu tham khảo 36

Phụ lục 1 39

Phụ lục 2 40

vi

Danh mục bảng và biểu đồ

Trang

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu………12

Bảng 3.1 Độ pH đất ở các đợt thu mẫu……… 17

Bảng 3.2 Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu………18

Bảng 3.3 Hàm l-ợng nitơ dể tiêu trong đất ở các đợt thu mẫu……… 19

Bảng 3.4 Hàm l-ợng lân dể tiêu trong đất ở các đợt thu mẫu………20

Bảng 3.5 Hàm l-ợng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu………… 21

Bảng 3.6 Danh mục Vi khuẩn Lam trong đất trồng lúa và trồng thuốc lào ở một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá……… 22

Bảng 3.7 Số l-ợng taxon đã gặp của ngành VKL trong đất của các xã thuộc huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá………26

Bảng 3 8 Phân bố taxon bậc chi và loài trong các họ đã gặp………….…30

Bảng 3.9 Phân bố số l-ợng loài/d-ới loài trong các chi của VKL đã đ-ợc phát hiện……… 31

Bảng 3.10 phân bố các taxon Vi khuẩn lam trong các xã………… …….32

Bảng 3.11 Đa dạng hình thái các taxon VKL trong đất trồng ở một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá………33

Bảng 3.12 Đa dạng hình thái các taxon VKL trong đất trồng ở một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá……… 33

Bảng 3.13 Đa dạng về hình thái vi khuẩn lam trong đất trồng ở huện Quảng X-ơng so với các vùng đã đ-ợc nghiên cứu………34

Hình 3.1 pH đất ở các xã 17

Hình 3.2 Độ ẩm ở các xã 18

Hình 3.3 Hàm l-ợng nitơ dể tiêu ở các xã 19

Hình 3.4 Hàm l-ợng lân dể tiêu ở các xã 20

vii Hình 3.5 Hàm l-ợng kali giữa các xã 21 Hình 3.6 Tỉ lệ % số loài ở các bộ của ngành Vi khuẩn lam trong đất ở một

số xã thuộc Huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá 26 Hình 3.7 Tỉ lệ % số loài ở các họ của ngành vi khuẩn lam trong đất ở một

số xã thuộc Huyện Quảng X-ơng, tỉnh Thanh Hoá 30 Hình 3.8 Số l-ợng loài ở các xã 32

viii

Lời mở đầu

Vi khuẩn lam (VKL) là những sinh vật tiền nhân, có khả năng sống tự d-ỡng nhờ quá trình quang hợp, chúng có mặt trên trái đất cách đây khoảng 3,8 tỉ năm Môi tr-ờng sống chủ yếu là đất và n-ớc

Trong đất, một số VKL có khả năng cố định nitơ phân tử để chuyển thành dạng đạm dể hấp thụ cho cây trồng Bên cạnh đó chúng còn đóng vai trò cải tạo môi tr-ờng, cung cấp chất hữu cơ cho đất

Trong n-ớc, VKL đ-ợc dùng làm sinh vật chỉ thị cho độ ô nhiễm của môi tr-ờng, làm sạch môi tr-ờng, cung cấp oxi cho n-ớc góp phần cải thiện chất l-ợng n-ớc, làm thức ăn cho các động vật thuỷ sinh

Từ những vai trò đó, VKL đã lôi cuốn nhiều nhà khoa học đi sâu nghiên cứu

về sự đa dạng, sự phân bố, đặc điểm sinh lý hoá sinh cũng nh- ứng dụng chúng vào thực tiển

Tuy nhiên, ở Việt Nam cho đến nay việc nghiên cứu tảo đất ch-a đ-ợc chú ý nhiều (so với tảo sống trong môi tr-ờng n-ớc), các công trình về chúng còn tản mạn, thiếu hệ thống, đặc biệt khu vực ở miền Trung lại càng ít đ-ợc nghiên cứu

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài: “Vi khuẩn lam trong

đất trồng lúa và trồng thuốc lào ở một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng Thanh Hoá”

Mục tiêu của đề tài nhằm điều tra thành phần loài VKL trong các loại hình

đất trồng (trồng lúa và trồng thuốc lào) ở một số xã thuộc huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá

Để đạt đ-ợc mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là:

1 Xác định một số chỉ tiêu nông hoá của đất trồng lúa và đất trồng thuốc lào

2 Xác định thành phần loài VKL có mặt trong các loại hình đất trồng

Đề tài đ-ợc tiến hành tại Bộ môn Thực vật - khoa Sinh học tr-ờng Đại học

Ch-ơng 1 Tổng quan tài liệu

1.1 khái quat về Tình hình nghiên cứu vi khuẩn lam trên thế giới và

ở Việt Nam

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu Vi khuẩn lam trên thế giới

Vi khuẩn lam đã đ-ợc nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu từ những năm đầu thập kỷ XIX (C.Agardh, 1824, Kuetzing, 1843), các nghiên cứu chủ yếu tập trung về điều tra, phân loại và tìm hiểu quy luật phân bố của chúng Ng-ời đầu tiên đặt nền móng nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL), với nhiều mặt của nó là Bristol-Roach (1920)

Tại Mỹ, đã có nhiều công trình nghiên cứu khu hệ, phân loại, phân lập tảo đất

đồng thời mô tả nhiều loài mới cho khoa học Điển hình là Drouet (1956, 1968,

1973, 1978, 1981) [theo 2]

ở n-ớc ý, Florenzano đã dành toàn bộ đời mình cho việc nghiên cứu động thái và nuôi trồng tảo đất từ các loại đất khác nhau; tiến hành phân lập tảo thuần khiết; nghiên cứu một số loài tảo có khả năng cố định nitơ khí quyển, đồng thời nuôi trồng chúng để thu sinh khối nhằm sử dụng chúng trong việc cải tạo đất trồng trọt [theo 28]

ở khu vực Châu á, Nhật Bản là n-ớc đã đạt đ-ợc những thành tựu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu VKL ở trong đất, nhất là các công trình nghiên cứu sinh thái, sinh lý, khả năng cố định N và sử dụng chúng nh- nguồn phân bón sinh học vào cải tạo đất nông nghiệp nhằm tăng năng suất cây trồng [25]

ở ấn Độ có nhóm nghiên cứu tảo đất khá mạnh, nhất là đi sâu nghiên cứu VKL có khả năng cố định đạm và đã giành đ-ợc sự chú ý cao Tại trung tâm nghiên cứu nông nghiệp, Desikachary (1959) [25] tiến hành nghiên cứu khu hệ VKL ở ấn

Độ trong nhiều năm, kết quả có 750 loài thuộc 85 chi đã đ-ợc xác định, trong đó có

70 loài lần đầu tiên đ-ợc phát hiện ở n-ớc này (chiếm 22% số loài của khu hệ) Còn

580 loài còn lại trong số đó có 100 loài phân bố toàn cầu (cosmopolitan) và 45 loài phân bố rộng (chiếm gần 20% khu hệ)

ở các vùng khác nhau của Nam và Đông á Watanabe (1959) [theo 2] đã tiến hành nghiên cứu 851 mẫu đất, ông tìm thấy 46 loài có khả năng cố định nitơ, chúng

thuộc các chi: Tolypothrix, Nostoc, Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena,

Plectonema, Anabaenopsis và Schizothrix Ông cho biết VKL có nhiều ở vùng nhiệt

đới và á nhiệt đới nh- Java, Xumatra, Borneo, Philippin, Malayxia, Đông d-ơng, Thái Lan, Hải Nam, Đài Loan và Hoa Nam nh-ng ít thấy ở Nhật Bản, Hoa Bắc,

đông Bắc Trung Quốc, Triều Tiên và Xakhalin

Velasquez (1963) [theo 2] công bố kết quả nghiên cứu khu hệ VKL tại Philippine với 162 loài và 3 dạng, thuộc 33 chi, 8 họ -u thế thành phần loài thuộc

về dạng sợi không phân nhánh và không có tế bào dị hình

Không chỉ dừng lại nghiên cứu khu hệ, một số tác giả còn đi sâu nghiên cứu

đặc điểm hình thái trong các giai đoạn phát triển cá thể, nhất là các loài VKL dạng sợi phân cực có tế bào dị hình ( Abdul Aziz, 1998), (Sanchis, 2004) [theo 2]

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam

Cho đến nay, các công trình nghiên cứu về VKL trong đất ở Việt Nam còn rất ít, chủ yếu nghiên cứu về VKL trong n-ớc

Cao Ngọc Ph-ơng (1964) [26] ng-ời đầu tiên nghiên cứu VKL trong một số mẫu đất mặt của Sài Gòn và Đà Lạt, đã mô tả 23 taxon trong đó có 11 chi với 2 chi

có tế bào dị hình và 2 taxon bậc loài và d-ới loài mới cho khoa học: Phormidium

vietnamensis, Gloeocap punctata var phamhoangii

Năm 1977 công trình nghiên cứu của D-ơng Đức Tiến [17] đã công bố 13 loài VKL thuộc 6 chi với đặc điểm phân loại và khả năng cố định N của chúng Trần Văn Nhị, Trần Hài, Đặng Diễm Hồng và D-ơng Đức Tiến (1984) [16] đã nâng tổng cố VKL cố định Nitơ ở Việt Nam lên 40 taxon gồm 17 chi

Trên vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), Đoàn Đức Lân (1996) [11],

Đoàn Đức Lân và cs.(1994) [12] đã phân lập đ-ợc 15 loài VKL cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ tự do của chúng

Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000, 2001) [8,9,10] đã tiến hành nghiên cứu

điều tra thành phần loài VKL ở ruộng lúa vùng Hà Nội và phụ cận, đã phát hiện

đ-ợc 50 loài thuộc 19 chi trong 5 bộ Nguyễn Quốc Hùng (2001) [5] công bố 103 loài và d-ới loài vi tảo, trong đó VKL có 80 loài và d-ới loài trong 20 chi thuộc 4

bộ

ở khu vực bắc Trung bộ cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu nh-:, Đỗ Thị Tr-ờng (1998) [21] đã phát hiện đ-ợc 45 loài và d-ới loài VKL chúng thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng Nguyễn

Lê ái Vĩnh và Võ Hành (2001) [22] công bố 69 loài/ d-ới loài thuộc 15 chi, 5 họ trên vùng đất trồng lúa huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh), trong đó có 3 chi dạng đơn bào,

5 chi dạng sợi có tế bào dị hình, 7 chi có tế bào dị hình

Cùng với công tác điều tra, những nghiên cứu chuyên sâu tìm hiểu đặc tính sinh lý, sinh hoá về các chủng VKL có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam đ-ợc tiến hành bởi nhiều tác giả

Thời gian gần đây Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành, D-ơng Đức Tiến (2004-2005) [3,4] đã công bố các taxon bậc loài và d-ới loài VKL trong các loại hình đất trồng ở tỉnh Đăk Lắk, cụ thể: ở đất trồng lúa gặp 62 loài và d-ới loài; đất trồng bông gặp

46 loài và d-ới loài và ở đất trồng cà phê gặp 23 loài và d-ới loài Có thể nói đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu VKL trong các loại hình đất ở Tây Nguyên nói chung và Đắk Lắk nói riêng

Hiện nay nghiên cứu sự đa dạng VKL và ứng dụng của nó đ-ợc nhiều nhà

khoa học quan tâm, đi sâu nghiên cứu để có những ứng dụng vào thực tiễn

1.2 Vai trò của VKL

VKL, địa y và một số vi khuẩn khác là những "ng-ời lính tiên phong" chinh phục môi tr-ờng, tạo điều kiện phát triển sự sống, chúng tham gia vào quá trình phong hoá đất, bổ sung chất hữu cơ cho đất mặt

VKL có khả năng cố định N, tức khả năng biến N phân tử của khí quyển thành dạng NH4+ rồi chuyển hoá thành axit amin và protein, sau đó VKL chết l-ợng nitrat tiếp tục bổ sung cho đất và cung cấp cho thực vật bậc cao

VKL là nguồn phân bón sinh học có giá trị cao, nó làm tăng hàm l-ợng oxi hoà tan trong n-ớc có ý nghĩa lớn đối với quá trình hô hấp ở thực vật Nhiều công trình nghiên cứu ảnh h-ởng của VKLCĐN lên sinh tr-ởng của cây trồng

ở nhiều n-ớc trên thế giới đã tiến hành lây nhiễm VKLCĐN trên đất trồng nh-: ấn Độ (tại bang Bihar) hàng năm VKL cố định đ-ợc 14 kg N/ha và ở tây Bengar, giá trị này có thể đạt tới 15-49 kg N/ha (Venkataraman, 1982) [theo 2] Roger và Kulasooriya (1980) [theo 2] đã tiến hành thực nghiệm trên đất lúa và cho biết khả năng cố định Nitơ của VKL trên đất lúa ở Banglades là 10- 30 kg/ha và có thể đạt tới 80 kg/ha/năm

VKL còn có thể tiết vào môi tr-ờng đất các chất có hoạt tính sinh học, ảnh h-ởng tốt đến sự phát triển của cây trồng Nhiều thí nghiệm tiến hành ngâm hạt lúa với dịch vẩn của VKL đã kích thích sự nảy mầm, sinh tr-ởng của rễ, tăng trọng l-ợng hạt và hàm l-ợng prôtêin của lúa (Đặng Diễm Hồng và Nguyễn Hữu Th-ớc, 1987; Trần Đăng Kế, 1993; Trần Văn Nhị và Đặng Văn Hạnh, 1994) [6], [16] Tại viện lúa Tasken đã tiến hành gieo các hạt đ-ợc xử lý dịch vẩn VKLCĐN cho thấy năng suất v-ợt hơn so với đối chứng là 13,8tạ/ha Các chất do chúng tiết ra môi trường có thể là hormon, vitamin, axit amin, … (Roger và Reynaud, 1982) [theo 2], (D-ơng Đức Tiến, 1994) [18]

Sự phát triển của VKL có thể làm tăng khả năng giữ n-ớc, độ thoáng khí, cải

tạo đất mặn và đất chua Việc nuôi cấy Anabaena torulosa nhiều lần sẽ làm độ mặn

của đất giảm đi 20-30% (Đoàn Đức Lân, 1996) [11]

Trong điều kiện hiện nay, khi sự ô nhiễm môi tr-ờng đang trở thành mối hiểm họa đối với sự sống trên hành tinh của chúng ta thì VKL còn đ-ợc sử dụng nh- một tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học để xử lý các nguồn n-ớc thải Chúng góp phần loại trừ các chất độc hại và làm tăng hàm l-ợng ôxi Ngoài ra, vai trò tự làm sạch môi tr-ờng n-ớc ở mặt đất và n-ớc ngầm, đồng thời chúng thải ra môi tr-ờng các chất kháng khuẩn

Những năm gần đây, một số loài VKL đ-ợc tập trung nghiên cứu, sản xuất

trên quy mô lớn để khai thác giá trị dinh d-ỡng và d-ợc liệu Spirulina platensis với

hàm l-ợng protein rất cao, chiếm tới 60-70% trọng l-ợng khô, ngoài ra nó còn giàu các vitamin, nguyên tố khoáng, các chất có hoạt tính sinh học và đã đ-ợc sử dụng trong nghề nuôi trồng thuỷ sản ở nhiều n-ớc trên thế giới và ở Việt Nam

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của VKL trong đất

1.3.1 Đặc điểm phân bố của VKL trong đất

Sự phân bố thành phần, số l-ợng loài cũng nh- biến động về số l-ợng tế bào tảo và VKL trong đất nó đều phụ thuộc vào không gian, thời gian, đặc điểm thổ nhưỡng, phương thức canh tác…Khi chúng phát triển mạnh trên mặt đất, chúng

đ-ợc nhận diện bởi màu sắc của đất - đó là hiện t-ợng "khai hoa đất" (đất nở hoa) tạo lớp màng mỏng trên mặt đất, tạo tản nhiều

VKL phân bố chủ yếu ở tầng đất canh tác (từ 0 - 20cm), tuy nhiên ở độ sâu

50 - 60 cm vẫn có VKL

1.3.2 ảnh h-ởng của các yếu tố sinh thái đến sinh tr-ởng của VKL

VKL chịu tác động của hàng loạt các yếu tố môi tr-ờng, với những quan hệ khá phức tạp

* Yếu tố vô sinh:

Các yếu tố vô sinh đều có ảnh h-ởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sinh tr-ởng và phát triển của Vi khuẩn lam

- á nh sáng: VKL là những sinh vật quang tự d-ỡng vì vậy ánh sáng là nhân

tố quan trọng hàng đầu đối với sinh tr-ởng và phát triển của nó, ngoài ra ánh sáng còn ảnh h-ởng tới sự phân bố của VKL trong đất VKL đặc biệt mẫn cảm với c-ờng

độ chiếu sáng cao và đ-ợc coi là nhóm kém -a ánh sáng Nh-ng không phải là tất cả, cũng có những loài VKL sinh tr-ởng tốt ở c-ờng độ ánh sáng mạnh nh-

Cylindrospermum Sự sinh tr-ởng và cố định nitơ của một số chủng có tế bào dị

hình tăng khi c-ờng độ chiếu sáng tăng lên [1]

- Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh h-ởng lớn đến quá trình trao đổi chất, các hoạt

động sinh lý của cơ thể Sự dao động về nhiệt độ ảnh h-ởng tới sinh khối, thành phần khu hệ và khả năng sinh sản của chúng Nhiệt độ tối -u cho sinh tr-ởng của VKL 25 - 300C [theo 2] tuy nhiên một số VKL trong đất, nó có thể tồn tại trong những điều kiện nhiệt độ từ 50 - 700C

- Độ ẩm và n-ớc: Đây là hai yếu tố quan trọng, có ảnh h-ởng trực tiếp hoặc

gián tiếp đến thành phần loài và mật độ tảo và VKL trong đất, độ ẩm càng cao thành phần loài nhiều

- Độ pH: Độ pH của môi tr-ờng ảnh h-ởng trực tiếp đến sự thẩm thấu của ion

trong đất, VKL sinh tr-ởng tốt ở môi tr-ờng pH = 6,5-7 [18] Khả năng cố định N của VKL ở đất kiềm cao hơn ở đất chua

- Các nguyên tố khoáng:

Hàm l-ợng phốt pho dễ tiêu trong đất đóng một vai trò không thể thiếu đối với sinh tr-ởng của VKL Roger (1982) [theo 2] cho hay mật độ VKL cố định N có t-ơng quan d-ơng tính với phốt pho dễ tiêu trên ruộng lúa Nguyễn Thị Loan, D-ơng Đức Tiến và Teffen Johnsen (1997) [13] khi nghiên cứu ảnh h-ởng của vôi, phân lân và molipden đến sự tăng tr-ởng của VKL đã có kết luận rằng hoạt tính khử

axetylen của VKL thấp khi thiếu phốt pho Khi tăng phốt pho thì hoạt tính của nitrogenaza tăng trong 15-30 phút

Nhu cầu N của VKL lớn hơn phốt pho, nh-ng trong điều kiện tự nhiên N không phải là chất dinh d-ỡng chủ yếu giới hạn sinh tr-ởng của chúng Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng N khí quyển và không phụ thuộc vào nguồn N liên kết

để phát triển, nh-ng nếu N liên kết ở nồng độ cao thì nó ức chế sinh tr-ởng của VKL [20] Mức độ kìm hãm (ức chế) còn phục thuộc vào dạng N liên kết, thời gian

và trạng thái sinh lý của VKL (Trần Đăng Kế, 1993) [6], (Đoàn Đức Lân, 1996) [11]

CO2 đ-ợc VKL sử dụng làm nguồn cacbon duy nhất trong quang hợp (Shiraiwa & Miyachi, 1985) [theo 2] De và Sulaiman đã tiến hành thí nghiệm thổi không khí chứa 2% CO2 vào đất không trồng cây, kết quả cho thấy sự cố định N của VKL đ-ợc kích thích VKL có khả năng thu nhận cacbon từ các nguồn hữu cơ và vô cơ và thực hiện cơ chế dị d-ỡng hoặc tự d-ỡng (Abe và cs.,1987) [Theo 2] Nồng độ

CO2 tối thích cho sự phát triển của VKL trong điều kiện chiếu sáng thích hợp trung bình là 0,1% ở 150C và 0,25% ở 200C Sự đồng hóa sẽ dừng lại ở nồng độ CO2 là 0,5% [theo 2]

Magiê cần thiết cho sự hoạt hoá các enzim nitrogenaza và glutaminsynteaza Thiếu magiê VKL bị chuyển thành màu vàng nhạt rồi trắng bệch [19], [12]

Molipden là nguyên tố vi l-ợng cần thiết đối với VKL trong quá trình phát triển Đặc biệt nó rất cần cho sinh tr-ởng của VKL trong điều kiện sử dụng N là nguồn dinh d-ỡng duy nhất Nếu bón molipdatnatri với liều l-ợng 0,25 kg/ha vào

đất ruộng đã thúc đẩy sinh tr-ởng của VKL [theo 2]

Các nguyên tố khác ( Ca, K, Mg, Mu, S, Bo, Zn, Cu…) có vai trò trong quá trình sinh tr-ởng của VKL đã đ-ợc nhiều tác giả khẳng định [13], [15]

* Yếu tố hữu sinh:

- Tr-ớc hết là các tác nhân gây bệnh nh- vi khuẩn, nấm, virút VKL, tảo và vi khuẩn cùng sống trong ruộng lúa có thể tiết ra những chất độc kìm hãm sự phát

triển lẫn nhau Trong quá trình hoạt động vi khuẩn khử sunfát chúng tiết ra H2S gây

độc cho VKL

Cỏ dại là yếu tố làm hạn chế sự hình thành các tập đoàn VKL sau khi cấy

trên các đồng lúa Nhiều động vật không x-ơng sống nh- Gastropoda, Macrura,

Brachya, Copepoda, Ostracoda, ấu trùng muỗi… rất thích ăn tảo và VKL Sự xuất

hiện hay tiêu giảm động vật không x-ơng sống trong ruộng lúa liên quan đến khả năng cố định nitơ của VKL, chúng tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các VKL có các lớp nhầy kém hiệu quả cho hoạt động nông học

- Hoạt động của con ng-ời: nh- xới, làm cỏ, bón phân, sử dụng thuốc hoá học phòng trừ sinh vật gây hại… đều tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến VKL Tác động của phân bón đối với VKL không chỉ phụ thuộc vào bản chất từng loại phân mà còn phụ thuộc vào ph-ơng thức sử dụng vì vậy việc lựa chọn và sử dụng phân bón hợp lý rất quan trọng cho sinh tr-ởng của VKL

1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá 1.4.1 Đặc điểm tự nhiên

* Vị trí địa lý

Quảng X-ơng là một huyện đồng bằng ven biển nằm cách trung tâm thành phố Thanh Hoá 8km về phía Nam Phía Bắc giáp Thành phố Thanh Hoá, huyện Hoằng hoá và thị xã Sầm Sơn Phía Nam giáp huyện Tĩnh Gia, Nông Cống Phía Tây giáp huyện Đông Sơn Phía Đông giáp: biển Đông Với đ-ờng bờ biển dài 18km từ núi Tr-ờng Lệ (Quảng Vinh) đến Lạch Ghép (Quảng Nham), Quảng X-ơng có 18 xã ven biển, là vùng có nhiều tiềm năng và điều kiện phát triển kinh tế biển

* Về địa hình

Phần lớn bề mặt lãnh thổ có độ cao trung bình từ 3-5m (so với mặt n-ớc biển) Địa hình có dạng sống trâu chạy theo h-ớng Bắc Nam chia huyện thành 2

tiểu vùng Vùng đồng bằng gồm 21 xã và thị trấn (phía Tây đ-ờng 1A), vùng ven biển gồm 20 xã (phía Đông đ-ờng 1A)

đang cần đ-ợc đầu t-, khai thác

* Về đất đai

Tổng diện tích đất tự nhiên của huyện theo thống kê của Phòng Tài nguyên Môi tr-ờng ngày 31 tháng 12 năm 2007 là 22.780,12ha (chiếm 2,17%) diện tích toàn tỉnh Nhóm đất phi nông nghiệp 8.313,53 ha (chiếm 36,5%) diện tích tự nhiên Nhóm đất ch-a sử dụng 787,41ha - chiếm 3,5% diện tích t- nhiên Cơ cấu đa dang với nhiều loại đất nh- đất cát biển , đất nhiễm mặn, đất phù sa, đất thịt v.v

Đất nông nghiệp có diện tích13654,03 ha (chiếm 60%) diện tích tự nhiên Trong đó đất sản xuất nông nghiệp 12115,90 ha; đất trồng cây hàng năm 11681,52 ha; đất chuyên lúa n-ớc 9524,45 ha

* Về dân số

Theo số liệu thống kê ngày 31 tháng 12 năm 2008, dân số huyện Quảng X-ơng là 309.463 (là huyện đông dân nhất tỉnh Thanh Hoá), trong đó 142.327 nam, 148.136 nữ Toàn huyện có 41 xã và thị trấn với 412 thôn và khu phố

1.4.2 Đặc điểm khí hậu

Nhiệt độ, độ ẩm không khí, l-ợng m-a trong 11 tháng năm 2009 của huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá theo số liệu theo Trung tâm khí t-ợng thuỷ văn Quảng X-ơng, (Thanh Hoá) cho thấy:

* Nhiệt độ

Nhiệt độ không khí trung bình của 11 tháng năm 2009 (từ tháng 1 đến tháng 11) là 24,7 oC Tuy nhiên giữa các tháng có sự chênh lệch lớn, đặc biệt tháng 1 và tháng 6 chênh lệch đến 13,8 oC (phụ lục 1)

* Độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí trung bình trong 11 tháng của năm 2009 (tháng 1 đến tháng 11) là 82,9%, chênh lệch độ ẩm giữa các tháng không cao (phụ lục 1)

* L-ợng m-a

L-ợng m-a bình quân trong 11 tháng là 151,9mm L-ợng m-a không đồng

đều giữa các tháng, tháng 2 l-ợng m-a chỉ đạt 3,2mm nh-ng tháng 9 l-ợng m-a lên tới 502,8mm (phụ lục 1)

Tóm tại: huyện nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng,

thuận lợi cho sinh vật phát triển

Ch-ơng 2

Đối t-ợng và ph-ơng pháp nghiên cứu

2.1 Đối t-ợng, địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.1.1 Đối t-ợng nghiên cứu

Đối t-ợng nghiên cứu của đề tài là vi khuẩn lam (Cyanobacteria) trong đất trồng lúa và trồng thuốc lào ở huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành thu mẫu trên hai loại hình đất ở 6 xã thuộc huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu (xem bản đồ)

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu

Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu trong năm 2009:

Đợt 1: tháng 02/2009 đến tháng 4/2009

Đợt 2: tháng 5/2009 đến tháng 6/2009

Đợt 3: tháng 7/2009 đến tháng 8/2009

2.2 Ph-ơng pháp nghiên cứu

2.2.1 Ph-ơng pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá

Để phân tích một số chỉ tiêu nông hoá tại mỗi điểm, mẫu đất đ-ợc lấy ở độ sâu 0-20 cm theo ph-ơng pháp đ-ờng chéo Các vị trí của mẫu thành phần cách nhau 50

m sau đó trộn đều rồi lấy khoảng 500 gam cho vào túi nilon, ghi ký hiệu, thời gian Mẫu đ-ợc chuyển về phòng phân tích Các chỉ tiêu nông hoá phân tích theo các tài liệu [7, 14]

- Xác định đạm dễ tiêu (mg NH4+/100 gam đất) theo ph-ơng pháp Cononova Chỉ tiêu đánh giá đạm dể tiêu: d-ới 4mg/100g đất là đất rất thiếu 4 – 8mg/100g đất là đất thiếu vừa, trên 8mg/100g đất là đất thiếu ít hoặc không thiếu [14]

Chuirin Xác định kali tổng số (%) theo phChuirin ơng pháp Matlova bằng quang kế ngọn lửa Chỉ tiêu đánh giá: Đất feralit có 0,5 - 2% K2O; đất cát 0,2 - 0,3%; đất phù sa Sông Hồng 1,2 - 1,8%; đất than bùn 0,1 - 0,15%[14]

- Xác định lân dễ tiêu (mg P2O5/100 gam đất) theo ph-ơng pháp Oniani Chỉ tiêu đánh giá: 5 - 10 mgP2O5/100g đất là đất nghèo lân, 10 - 15mg/100g đất là đất trung bình, trên 15mg/100g đất là đất giầu lân[14]

- Độ pH đ-ợc đo trực tiếp bằng giấy quỳ

- Độ ẩm của đất đo tại chổ bằng máy water test (Model 94)

Số mẫu đất đ-ợc phân tích là 18 (mỗi đợt 6 mẫu) Phân tích các chỉ tiêu đ-ợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm Sinh lý - Hoá sinh tr-ờng Đại học Vinh

2.2.2 Ph-ơng pháp thu và xử lý mẫu VKL trong đất

Tại mỗi điểm nghiên cứu, đất đ-ợc lấy ở 3 vị trí khác nhau theo ph-ơng pháp của Gollerbakh và Shtina (1969) [28] Mẫu lấy ở các độ sâu 0 - 5 cm và 5 - 20cm bằng các dụng cụ đã tiệt trùng Tại các độ sâu khác nhau, các mẫu đ-ợc trộn đều rồi lấy mẫu đại diện, cho vào túi nilon đã đ-ợc tiệt trùng Các mẫu đ-ợc chuyển về phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm, mỗi mẫu đất cho vào 2 đĩa Petri có lót giấy lọc đã tiệt trùng Mỗi đĩa bổ sung môi tr-ờng BG-11 Tất cả mẫu đặt d-ới ánh

sáng đèn neon có c-ờng độ 1000-1200 lux tạo điều kiện cho VKL phát triển, sau 2 tuần tiến hành phân tích mẫu

Môi tr-ờng BG-11 thích hợp nhất cho sinh tr-ởng và phát triển của hầu hết các chủng VKL mà không gây biến thái

Sau đây là thành phần môi tr-ờng BG-11 (g/l) [theo 23]

Việc xác định các taxon tr-ớc hết tiến hành theo khoá định loại của Ardales và Roger [theo 2], sự khác biệt của taxon t-ơng đối dễ nhận biết khi quan sát sự hình thành các tập đoàn trên môi tr-ờng nuôi trồng, và trên đĩa thạch, cấu trúc cơ thể và dạng tồn tại của chúng trong tự nhiên Có thể nói đây là khoá phân loại t-ơng đối thuận lợi khi sử dụng trong các nghiên cứu hình thái học Sau đây là những nét chính của khoá phân loại này:

(1) Nhóm đơn bào: bao gồm các chủng đơn bào sinh tr-ởng trên môi tr-ờng BG-11 có đạm Trong tự nhiên chúng tạo thành những tập đoàn dạng nhầy trôi nổi

hay bám trên bề mặt đất Gồm các chi Gloeocapsa, Synechocystis, Microcystis,

Chroococcus…

(2) Nhóm Nostoc: các chủng có tế bào dị hình (heterocyst); sợi không phân

nhánh, tạo thành tập đoàn dạng nhầy có giới hạn rõ ràng Trong tự nhiên, nó tạo thành tập đoàn lớn, dạng nhầy trôi nổi, hoặc bám trên mặt đất, trong đất

(3) Nhóm Anabaena: các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bao mỏng, không

phân nhánh, tạo thành dạng nhầy có hình dạng xác định Nhóm này có các chi

Anabaena, Nodularia, Cylindrospermum, Anabaenopsis

(4) Nhóm Aulosira: các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bao dày, không

phân nhánh, không hình thành tập đoàn lan toả trên môi tr-ờng thạch Trong tự nhiên tạo thành màng dai trên bề mặt đất hay nổi trên n-ớc

(5) Nhóm Scytonema: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả, không

phân cực Trên môi tr-ờng thạch, hình thành tập đoàn trông giống nh- những mảng nhung nhỏ Trong tự nhiên, sinh tr-ởng trong đất hay bề mặt đất

(6) Nhóm Calothrix: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả, phân

cực, hình thành tập đoàn nh- những mảnh vải nhung nhỏ Trong tự nhiên chúng

sinh tr-ởng trên mặt đất, trong đất Trong nhóm này có Calothrix, Tolypothrix (7) Nhóm Gloeothrichia: các chủng có dị bào nang; sợi phân cực, hình thành tập đoàn nhầy dạng xác định Thuộc nhóm này có các chi Gloeothrichia, Rivularia

(8) Nhóm Fischerella: các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh thực

Trong tự nhiên chúng sinh tr-ởng trong đất, trên bề mặt đất (không quan sát thấy

bằng mắt th-ờng trong điều kiện tự nhiên) Nhóm này gồm các chi: Fischerella,

Westiellopsis, Stigonema

(9) Nhóm Oscillatoria: Các chủng không có tế bào dị hình; sợi không phân

cực, không phân nhánh Chúng hình thành tập đoàn lan toả trên đĩa thạch Trong

nhóm này có các chi: Lyngbya, Phormidium Oscillatoria…

Từ các nhóm trên tiến hành quan sát d-ới kính hiển vi quang học với độ phóng

đại 100-1000 lần, đo kích th-ớc, vẽ hình, mô tả và chụp ảnh hiển vi

Định loài bằng các khoá định loài của:

Ch-ơng 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1 Một số chỉ tiêu nông hoá thổ nh-ỡng của các loại đất trồng ở huyện Quảng X-ơng, Thanh Hoá

3.1.1 Độ pH

Bảng 3.1 Độ pH đất ở các đợt thu mẫu

Địa điểm thu mẫu Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 pH trung

3.1.2 Độ ẩm

Bảng 3.2 Độ ẩm của đất ở các đợt thu mẫu

Địa điểm thu mẫu Đợt 1

(%)

Đợt 2 (%)

Đợt 3 (%)

Độ ẩm trung bình (%)

Độ lệch chuẩn

Quả kết quả bảng 3.3 cho thấy sự chênh lệch hàm l-ợng nitơ dể tiêu giữa các

đợt thu mẫu trong mỗi xã là không đáng kể Hàm l-ợng nitơ dể tiêu trong đất trồng lúa t-ơng đối cao so với đất trồng thuốc lào Dựa vào chỉ tiêu đánh giá [14] thì đất trồng lúa ở địa bàn nghiên cứu thiếu đạm vừa còn đất trồng thuốc lào (Quảng Chính) rất thiếu đạm