Tổng quan tàı lıệu
Hiện trạng kıến trúc cảnh quan, thảm thực vật trong đô thị trên thế gıớı và Vıệt Nam
Kiến trúc cảnh quan là nghệ thuật và khoa học liên quan đến việc phát triển, thiết kế, quản lý, bảo tồn và phục chế cảnh quan trong các khu vực xây dựng của con người Nó bao gồm nhiều lĩnh vực như thiết kế kiến trúc, quy hoạch tổng mặt bằng, phát triển bất động sản, bảo tồn môi trường, thiết kế đô thị, quy hoạch đô thị, và tạo ra các công viên cũng như khu vực giải trí Kiến trúc cảnh quan không chỉ giúp cải thiện chất lượng không gian sống mà còn bảo tồn di sản văn hóa và thiên nhiên.
Kiến trúc cảnh quan là một chuyên ngành đa dạng, bao gồm quy hoạch đô thị, nông thôn, quy hoạch không gian, phân tích xã hội và thiết kế đô thị Từ khi ra đời vào giữa thế kỷ XIX, kiến trúc cảnh quan đã tập trung vào khái niệm “môi trường” làm trung tâm nghiên cứu, khác với quan điểm của các nhà quy hoạch và kiến trúc sư, những người đặt con người làm trung tâm (Ngô Thế Thi, 2009).
2.2 HIỆN TRẠNG KIẾN TRÚC CẢNH QUAN, THẢM THỰC VẬT TRONG ĐÔ THỊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.2.1 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị trên thế giới Ở các đô thị lớn, đi cùng hệ thống sông hồ là hệ thống cây xanh làm tăng thẩm mỹ cảnh quan, tạo ra sự phong phú về hình khối, màu sắc Hơn thế, các công trình kiến trúc vốn nhân tạo, khi được kết hợp với kiến trúc tự nhiên sẽ tạo ra sự hài hòa và tăng tính sinh thái trong kiến trúc
Chỉ tiêu cây xanh đô thị của Việt Nam hiện khá thấp, chỉ đạt khoảng 2m²/người, trong khi các thành phố như Singapore có 30,3m²/người, Seoul 41m²/người, và Berlin 50m²/người Hà Nội dự kiến nâng tỷ lệ cây xanh lên 10-12m²/người vào năm 2030, nhưng vẫn chỉ bằng 1/10 so với tiêu chuẩn của các thành phố hiện đại Để tạo ra một không gian xanh đa dạng và lành mạnh cho đô thị, cần một quá trình sáng tạo và nhiều nỗ lực Nhiều quốc gia trên thế giới đã phát động phong trào kiến tạo không gian xanh, như Copenhagen, Reykjavik, Malmo, Vancouver, và Sydney, cho thấy xu hướng gần gũi với thiên nhiên ngày càng phổ biến.
Tại Australia, hai thành phố Sydney và Melbourne đã triển khai chương trình xanh hóa mái nhà tại các trung tâm thương mại để thu hút du khách và cải thiện môi trường sống cho cư dân và người lao động Chính quyền địa phương khuyến khích người dân trồng cây trên mái nhà và biến tường công sở thành những bức tường xanh Hình thức trồng cây trên mái nhà rất đa dạng, từ các hộp xốp nhỏ gọn cho đến những khu vườn rộng lớn lên tới 2.600m² trên nóc tòa nhà MCentral ở phố Harris, khu Pyrmont, Sydney.
Hơn 30 năm trước, thành phố Portland thuộc bang Oregon, Mỹ đã dẫn đầu quy hoạch xanh bằng cách phá bỏ một tuyến đường cao tốc sáu làn và phát triển một công viên bờ sông tại đó Hiện tại ở Portland có khoảng hơn 36.000ha không gian xanh; 119km đường đi bộ và đi xe đạp; hơn 25 triệu héc ta rừng và trang trại Ít ai biết rằng, trước đây Portland từng là thành phố nằm thứ hai trong danh sách “Những thành phố gây ô nhiễm nhiều nhất thế giới”
Tại Singapore, mỗi con phố được trồng một loại cây có chiều cao được kiểm soát và cắt tỉa hợp lý, tạo nên không gian xanh mát cho quốc đảo này Các cây xanh thân gỗ, dây leo, cây bụi và hoa được bố trí khéo léo ở công viên, công trình công cộng và khu bảo tồn thiên nhiên Dọc các đại lộ chính, những hàng cây me Tây cổ thụ với tán lá rộng tới 30m không chỉ cung cấp bóng mát ban ngày mà còn khép lá vào buổi tối, khi hoa tỏa hương thơm Thiết kế cây xanh ở Singapore tận dụng đặc điểm này để đảm bảo ánh sáng công cộng không bị che khuất vào ban đêm.
Curitiba, Brazil, là một ví dụ điển hình về việc sử dụng ưu đãi thuế để phát triển các dự án môi trường và sinh thái Thành phố này sở hữu hơn 30 công viên và một lượng cây xanh đáng kể, giúp giải quyết vấn đề lũ lụt Trong 30 năm qua, không gian xanh trung bình của Curitiba đã tăng từ 1m²/người lên 52m²/người và dự kiến sẽ tiếp tục tăng Người dân thành phố đã cùng nhau trồng 1,5 triệu cây xanh dọc theo các tuyến đường cao tốc Đặc biệt, thuế tài sản được miễn hoàn toàn cho những chủ đất duy trì từ 70% đến 100% diện tích rừng bản địa.
Các thành phố trên thế giới đang áp dụng nhiều phương pháp sáng tạo để tạo ra môi trường xanh, thân thiện và bảo tồn vẻ đẹp tự nhiên cho đô thị.
2.2.2 Kiến trúc cảnh quan và và thảm thực vật đô thị tại Việt Nam
Singapore là quốc gia tiên phong trong việc áp dụng chiến lược vườn tường, vườn mái và không gian xanh ở khắp nơi, tạo nên một môi trường thiên nhiên tươi mát Với 300 công viên và 9.000 ha cây xanh, diện tích cây xanh tại Singapore chiếm khoảng 50% tổng diện tích lãnh thổ, một tỷ lệ lý tưởng mà nhiều thành phố trên thế giới ao ước.
Singapore, với những thành tựu nổi bật, là hình mẫu lý tưởng cho nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam Một số khu đô thị tại Việt Nam đã áp dụng những bài học từ Singapore vào quy hoạch và xây dựng các khu dân cư Việc trồng cây xanh không chỉ được thực hiện liên tục trên các tuyến đường và trong công viên, mà còn được tích hợp vào quy hoạch tổng thể của các khu đô thị và khu dân cư mới (Hồng Vân, 2015).
Hiện nay, không gian xanh đã trở thành một tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng cuộc sống và văn minh đô thị tại Việt Nam Các khu đô thị mới, chung cư, và cao ốc văn phòng có giá trị và sức hút hơn nhờ vào cảnh quan môi trường xanh mát Điển hình như khu Thảo Điền (quận 2, thành phố Hồ Chí Minh) và đặc biệt là khu đô thị Phú Mỹ Hưng (quận 7, thành phố Hồ Chí Minh) với diện tích phủ xanh rộng lớn, tạo nên môi trường sống lý tưởng cho cư dân.
124 ha trên tổng 433 ha quy hoạch tổng thể
Ngoài 2 công viên có diện tích lớn là công viên Hồ Bán Nguyệt rộng hơn 70.000m 2 , công viên nối dài ở khu dân cư Nam Viên có tổng diện tích khoảng 45.000m 2 thì Phú Mỹ Hưng còn có hệ thống các công viên, mảng xanh có diện tích từ 1.000m 2 đến 80.000m 2 cùng hàng trăm công viên nội khu Đây vừa là điểm đến thư giãn cho cư dân vừa là những con đường kết nối người dân từ nhà đến các khu tiện ích đô thị
Các khu đô thị hiện đại không chỉ nổi bật với cơ sở hạ tầng chất lượng và quy hoạch hợp lý, mà còn thể hiện sự hòa quyện giữa kiến trúc và thiên nhiên, tạo ra không gian sống trong lành và thoải mái.
Vật liệu sinh học
Ngành học về vật liệu sinh học (khoa học VLSH) nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của vật liệu, cùng với sự tương tác của chúng với môi trường sinh học Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này tập trung vào việc tổng hợp, tối ưu hóa, xác định đặc tính, thử nghiệm và đánh giá các đặc điểm sinh học của tương tác vật chủ - vật liệu Hầu hết các VLSH hiện có đều gây ra phản ứng sinh học không đặc hiệu, vì vậy các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển các bề mặt được kỹ nghệ hóa để phù hợp với các ứng dụng cụ thể.
VLSH là loại vật liệu mang thông tin di truyền, có khả năng tự tái tạo hoặc được tái tạo trong các hệ thống sinh học như tế bào, gen và cây chuyển gen.
- Phân loại: phân loại theo chất mang có thể chia VLSH thành 2 loại:
VLSH được sản xuất bằng cách phối trộn các nguyên liệu tự nhiên mà không qua quá trình thanh trùng, đảm bảo rằng tất cả các thành phần được kết hợp trong điều kiện tự nhiên nhất.
VLSH được sản xuất thông qua phương pháp phối trộn chất mang trong điều kiện vô trùng, đảm bảo các nguyên liệu được kết hợp một cách an toàn và hiệu quả (Trần Lê Bảo Hà, 2012).
2.3.2 Thành phần và nguyên liệu sản xuất vật liệu sinh học
Các thành phần cơ bản của vật lý sinh học (VLSH) bao gồm chất hữu cơ và vi sinh vật (VSV) sống trong đất, nước và vùng rễ cây, đóng vai trò quan trọng trong mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón VSV tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào hầu hết các quá trình diễn ra trong đất như mùn hóa, khoáng hóa, giải phóng chất dinh dưỡng vô cơ từ các hợp chất khó tan, và tổng hợp chất dinh dưỡng từ môi trường (Trần Lê Bảo Hà, 2012).
VSV, hay vi sinh vật, là những sinh vật nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường, bao gồm virus, vi khuẩn, nấm và tảo Chúng đóng vai trò quan trọng trong môi trường, như tăng độ phì nhiêu của đất, cải tạo đất, xử lý ô nhiễm và cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Việc lựa chọn giống VSV để bổ sung vào vật liệu sinh học phải đảm bảo các tiêu chí như có hoạt lực cao, khả năng cạnh tranh tốt và không gây hại Đặc biệt, các chủng nấm rễ nội cộng sinh AM đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp ở nhiều quốc gia.
Chất nền là môi trường mà vi sinh vật (VSV) được cấy vào, giúp chúng tồn tại và phát triển hiệu quả Nó không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển, bảo quản và sử dụng VSV mà còn duy trì hiệu lực của vật liệu sinh học Để đảm bảo VSV phát triển, chất nền cần chứa một lượng dinh dưỡng nhất định và không được chứa các chất độc hại đối với VSV, con người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản.
Chất nền trong sản xuất vật liệu sinh học (VLSH) rất đa dạng, bao gồm các chất mang vô cơ như bột photphorit, bột apatit, bột xương và bột vỏ sò, cũng như các chất mang hữu cơ như than bùn, bã nấm, phế thải nông nghiệp và rác thải (Nguyễn Như Hà, 2011).
Phân lân dạng vô cơ là các loại phân lân tự nhiên, thường được sử dụng để bón lót cho cây trồng Để đạt hiệu quả tốt nhất, nên bón sớm vào đất, theo hàng hoặc theo hốc, gần rễ cây Phân lân tự nhiên rất thích hợp cho việc cải tạo đất, nhưng hiệu lực của nó phụ thuộc vào độ mịn và kéo dài qua nhiều vụ Để phát huy tối đa hiệu quả, cần bón đủ đạm và các loại phân khác, đặc biệt là trong đất nghèo dinh dưỡng (Nguyễn Như Hà, 2011).
Chất mang dạng hữu cơ không tan trong nước, có phản ứng trung tính hoặc kiềm yếu, và có khả năng cải tạo đất hiệu quả, nhưng cần thời gian dài và hàm lượng lớn Về mặt dinh dưỡng, chất này chứa nhiều yếu tố, nhưng tỷ lệ các chất dinh dưỡng lại thấp và ở dạng khó tiêu cho cây trồng Do đó, việc sử dụng phân hữu cơ này có thể không đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng cho cây, đặc biệt trong giai đoạn sinh trưởng và khi cây cần dinh dưỡng cao (Nguyễn Như Hà, 2011).
Chất phụ gia trong vật liệu sinh học (VLSH) có thể bao gồm các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng, trong đó phân bón đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng vô cơ qua quá trình hô hấp của rễ Việc bổ sung phân bón vào VLSH không chỉ nâng cao giá trị sử dụng của vật liệu mà còn cần phải chú ý đến sự tương thích với các vi sinh vật (VSV) có trong VLSH để đảm bảo hiệu quả tối ưu (Nguyễn Như Hà, 2011).
Nấm rễ Mycorrhızae
Trong đất, có nhiều loại vi sinh vật (VSV) như nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo, phân bố theo điều kiện tự nhiên, địa lý và thực bì, thường tập trung quanh rễ cây Các loài thực vật khai thác tiềm năng đất trồng nhờ sự hỗ trợ của VSV, trong đó có nấm rễ Mycorrhizae Thuật ngữ Mycorrhizae được Frank giới thiệu lần đầu vào năm 1885 khi ông phát hiện mối liên hệ giữa sợi nấm và rễ cây, bắt nguồn từ từ Hy Lạp "Myker" (rễ cây) và "Rhiza", kết hợp với từ tiếng Anh "Myco" để chỉ nấm rễ.
Nấm rễ là một hiện tượng cộng sinh phổ biến trong tự nhiên, nơi nấm cộng sinh nhận cacbon và chất dinh dưỡng từ cây, trong khi cây cũng nhận được nước và dinh dưỡng cần thiết từ nấm Hiện tượng này mang lại lợi ích cho cả hai bên Nấm rễ xuất hiện ở hầu hết các loại cây trồng, đặc biệt là trong các quần xã thực vật đa dạng như rừng nhiệt đới và đồng cỏ ôn đới, trong khi tỷ lệ xuất hiện thấp hơn ở đất khô cằn hoặc đất giàu dinh dưỡng (Trần Văn Mão, 2011).
Nấm có thể được phân loại thành ba nhóm chính dựa trên kiểu kết hợp với cây chủ, bao gồm Ectomycorrhizae, Endomycorrhizae và Ectoendomycorhizae (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007).
Ectomycorrhizae là loại nấm cộng sinh ngoại, bao quanh rễ cây chủ mà không xuyên qua mô tế bào, chỉ kéo dài giữa các vách tế bào Chúng có đặc điểm là các sợi nấm phát triển trên bề mặt rễ, gọi là sợi khuẩn ty, tạo thành mạng lưới trong không gian ngoại bào gọi là Hartig Sự hiện diện của Mycorrhizae khiến bộ rễ trở nên ngắn, to, giòn và có màu sắc khác nhau, trong khi tán rễ biểu bì không có lông hút và bề mặt màng có nhiều sợi nấm kéo dài Ectomycorrhizae không có hình dạng và màu sắc cố định, dễ nhận biết bằng mắt thường, thường hình thành giữa nấm cộng sinh với cây nấm và cây gỗ lớn trong rừng như bạch dương, sồi, thông và liễu.
Vesicular Arbuscular Mycorrhizae (VAM) là loại nấm cộng sinh có khả năng kết hợp với rễ cây thông qua việc sợi nấm xuyên qua tế bào và rễ cây chủ, tạo ra các cấu trúc đặc trưng như versicles và arbuscules Bề mặt rễ không hình thành màng nấm mà chỉ có các sợi lưa thưa, trong khi lông hút vẫn giữ nguyên Mặc dù sợi nấm kéo dài giữa gian bào, nhưng không hình thành mạng lưới Hartig; thay vào đó, chúng xuyên qua vách tế bào để tạo thành vòi hút Những loài nấm này rất khó phân biệt bằng mắt thường.
Căn cứ vào kết cấu của sợi nấm, người ta phân chia thành hai loại: sợi nấm không có vách ngăn và sợi nấm có vách ngăn (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007).
Là loài nấm Mycorrhizae nội ngoại cộng sinh có đặc trưng của cả 2 loại Ectomycorrhizae và Endomycorrhizae (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị
2.4.2 Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM)
Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM) khi cộng sinh trên thực vật phân hóa thành các dạng cấu trúc khác nhau bao gồm:
- Cấu trúc trong rễ ngăn:
+ Sợi nấm (Hypha): Không có vách ngăn khi còn non và đâm nhánh bên trong lớp vỏ rễ hình thành nên cấu trúc bụi và túi
+ Bụi (Arbuscule): Phân nhánh ngoằn nghèo trong tế bào vỏ
+ Túi (Vesicles): Là cấu trúc dự trữ dinh dưỡng cho nấm
- Cấu trúc trong đất: Bào tử và sợi nấm:
+ Bào tử: Vụ tớnh, hỡnh cầu lớn (đường kớnh: 20 – 1000àm) nú được tạo thành từ sợi nấm trong đất hoặc rễ
+ Sợi nấm: Mạng lưới sợi nấm trong đất có hình dạng sợi mỏng, chức năng của nó là ống dẫn để hấp thu chất dinh dưỡng
Bào tử là phần phình to của sợi nấm, được hình thành khi nguồn dinh dưỡng cạn kiệt và sự kết hợp giữa nấm và cây chủ trở nên yếu Bào tử chứa lipid, tế bào chất và nhiều nucleid, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản và phát triển của nấm.
Sợi nấm Mycorrhiza bắt đầu phát triển khi bào tử nấm nảy mầm trong sự hiện diện của rễ cây Chúng có khả năng phát triển hạn chế và sẽ chết sau vài tuần nếu không gặp rễ ký chủ Vai trò chính của sợi nấm là hấp thụ chất dinh dưỡng, tăng cường sự kết nối với rễ cây và hình thành bào tử nấm.
Bụi là cấu trúc phân nhánh phức tạp hình thành bên trong tế bào vỏ rễ, được tạo ra từ sự chia đôi và nén bề rộng của sợi nấm Quá trình này bắt đầu từ thớ sợi nấm có đường kính 5-10 micromet và kết thúc với sự phát triển mạnh mẽ của các cành nhỏ sợi nấm có đường kính 1 micromet Bụi đóng vai trò chủ đạo trong việc trao đổi dinh dưỡng giữa nấm và cây chủ.
Túi là cấu trúc phát triển trong sợi nấm, có chức năng tích lũy sản phẩm dự trữ ở nhiều loại VAM Chúng xuất hiện như những chỗ phình to trong tế bào vỏ rễ, chứa lipid và tế bào chất, và có thể nằm trong hoặc ngoài gian bào Túi đóng vai trò quan trọng trong việc lan truyền giống, góp phần vào sự phát triển của nấm (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007).
2.4.3 Mối quan hệ cộng sinh giữa AM và cây chủ
- Cơ chế cộng sinh giữa AM và cây chủ:
Trong hình thức cộng sinh AM, sợi nấm thâm nhập vào tế bào vỏ rễ và phát triển bên trong, tạo ra các cấu trúc arbuscules và vesicules Các arbuscules được hình thành từ các nhánh của sợi nấm, nằm trong huyết tương của tế bào chủ, giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa nấm và nguyên sinh chất của tế bào rễ Điều này làm cho quá trình trao đổi dinh dưỡng giữa nấm và thực vật trở nên hiệu quả hơn (Nancy Clooins Johnson, 2007).
Mối quan hệ tương hỗ giữa cây và nấm cung cấp cho nấm một lượng cacbon đáng kể từ quá trình quang hợp của cây, bao gồm glucoza và saccaroza Cacbonhydrat được chuyển từ lá đến rễ và hệ thống sợi nội bào của nấm, giúp nấm liên kết chặt chẽ với tế bào rễ Ngược lại, cây nhận được nhiều khoáng chất và nước hơn từ hệ sợi nấm trong đất Hệ sợi nấm không chỉ phát triển dọc theo bề mặt rễ mà còn đâm nhánh ra ngoài, tạo thêm nhiều điểm xâm nhập vào rễ Theo nghiên cứu của Smith (1990), chiều dài trung bình của sợi nấm trong đất ước tính khoảng 1m sợi nấm trên 1cm rễ, cho phép mạng lưới sợi nấm mở rộng hàng nghìn centimet từ bề mặt rễ, giúp cây hấp thu những khoáng chất kém linh động trong đất.
Cây chủ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của nấm rễ, khi nấm rễ lấy nguồn dinh dưỡng carbon từ cây để sinh trưởng Ngoài ra, rễ cây cũng là giá đỡ cần thiết giúp bào tử nấm rễ cộng sinh với cây trồng, tạo nên mối quan hệ hỗ trợ lẫn nhau.
Nấm rễ đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái thực vật, ảnh hưởng đến sự phát triển và sức khỏe của cây cối Chúng không chỉ góp phần vào các chu trình vật chất và năng lượng trong tự nhiên mà còn có ý nghĩa thiết thực trong kinh tế và khoa học (Brudrett MC, 2012).
Sợi nấm cộng sinh đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng diện tích hấp thu của rễ cây, giúp tăng cường khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng Nhờ vào sự kết hợp này, diện tích bề mặt hấp thụ của rễ thực vật được nâng cao đáng kể, cải thiện sự phát triển và sức khỏe của cây trồng.
Tình hình nghıên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật lıệu sınh học trên thế gıớı và Vıệt Nam
Piper longum L là một loại cây thuộc họ tiêu, nghiên cứu của P.Gogoi và R.K.Singh (2011) cho thấy rằng hầu hết các chủng nấm mycorrhiza (AM) đều thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật, gia tăng sinh khối và cải thiện hàm lượng dinh dưỡng, đặc biệt là Nitơ (N) và Phốt pho (P) Cụ thể, chiều dài chồi cao nhất được ghi nhận trong công thức nhiễm Gigaspora fasicutalum, với tổng sinh khối của cây nhiễm Gigaspora fasicutalum đạt 0,84g, trong khi tổng sinh khối của cây đối chứng chỉ đạt 0,23g.
2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA NẤM RỄ VÀ VẬT LIỆU SINH HỌC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng AM và vật liệu sinh học trên thế giới
Nấm rễ nội cộng sinh AM có vai trò quan trọng trong sức sản xuất của cây trồng và sinh thái học của đất, góp phần vào khái niệm “Nông nghiệp bền vững” Mối quan hệ cộng sinh này đang được chú ý nhiều hơn nhờ khả năng ứng dụng trong thực tế đồng ruộng, thúc đẩy đa dạng sinh học, nông nghiệp bền vững, tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái (Gianinazzi S, 1994).
- Ứng dụng trong nông nghiệp:
Nấm rễ, đặc biệt là nấm mycorrhiza arbuscular (AM), rất phổ biến trong đất và thiết lập mối quan hệ cộng sinh với hầu hết các loại thực vật trên cạn, bao gồm cây trồng nông nghiệp, ngũ cốc, rau quả và vườn ươm Hơn 80% các loại cây trồng trong tự nhiên hình thành cộng đồng nấm rễ, do đó, việc ứng dụng nấm rễ AM đang trở thành một xu hướng nổi bật trong nông nghiệp hiện nay (Brundrett MC, 2002).
Nấm rễ là một yếu tố quan trọng trong việc xử lý hạt giống và cây con trước khi gieo trồng các loại cây nông nghiệp như lúa, ngô, và đậu tương, giúp tăng cường khả năng sinh trưởng và phát triển của cây Việc sử dụng nấm rễ không chỉ nâng cao khả năng kháng sâu bệnh mà còn cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng (M.A.U Mridha, 2003) Ở nhiều quốc gia như Indonesia, Malaysia và Ấn Độ, nấm rễ đã được áp dụng rộng rãi trong quy trình trồng các cây như tiêu, cao su, cà phê, cọ dầu, cũng như các loại cây ăn quả và cây lâm nghiệp, từ giai đoạn vườn ươm cho đến khi cây trưởng thành.
- Ứng dụng trong tái tạo rừng và quản lý hệ sinh thái:
Nghiên cứu về nấm rễ AM đã trở thành lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường, với ứng dụng trong lâm nghiệp và phục hồi hệ sinh thái bị xáo trộn Nhu cầu cải tạo đất và tái tạo cây trồng trên các vùng đất suy thoái ngày càng cấp thiết do hoạt động khai thác bề mặt Phục hồi sinh thái là quá trình hỗ trợ cải tạo hệ sinh thái đã bị suy thoái và phá hủy Việc sử dụng nấm rễ trong tái tạo thảm thực vật nhằm thiết lập hệ sinh thái bền vững đã được nghiên cứu rộng rãi và chứng minh hiệu quả.
Tại Bangladesh, đất rừng thường nghèo photpho và các chất dinh dưỡng khác, với P tồn tại ở dạng kém linh động, tương tự như nhiều loại đất nhiệt đới khác Trong bối cảnh này, công nghệ nấm rễ đã được áp dụng để xử lý cây trong giai đoạn phát triển tại vườn ươm, mang lại hiệu quả nâng cao sự phát triển tổng thể và thúc đẩy tăng trưởng sớm khi chuyển cây ra đất rừng (M.A.U Mridha, 2003).
Việc quản lý nấm rễ AM trong việc tái tạo thảm thực vật và tái tạo rừng cũng đã được ghi nhận thành công (Takhuya Marumoto and Zakuo Yamato,
Năm 2008, GS Marumoto và cộng sự đã nghiên cứu thành công tấm phủ sinh học chống xói mòn đất tại Nhật Bản, nhờ vào vai trò của nấm rễ Vật liệu này đã giúp tái tạo thảm thực vật và rừng, phục hồi cảnh quan tại nhiều khu vực bị tàn phá, như sườn dốc tại Fhugendake, quận Nagasaki, và quận Hiroshima Ngoài ra, nó cũng góp phần tạo cảnh quan cho đường cao tốc ở quận Yamaguchi, khu vực sông ở quận Fukusima, cũng như cho đập thủy điện tại quận Hirosima.
- Ứng dụng của tái tạo thảm cỏ:
Mục tiêu bảo trì bãi cỏ, đặc biệt là sân golf, là duy trì sự phát triển đồng nhất với màu sắc tươi sáng và ngăn ngừa bệnh tật ảnh hưởng đến sức khỏe con người Để quản lý bãi cỏ hiệu quả, phương pháp sinh học, đặc biệt là sự cộng sinh của nấm rễ, đã được chú trọng Nấm rễ giúp hấp thụ và chuyển hóa dinh dưỡng cho cỏ, cải thiện khả năng hút nước, tăng cường sức chống chịu trong điều kiện khô hạn Dự thảo Mike Amarathus (27/09/2011) đã giới thiệu công nghệ ứng dụng nấm rễ cho cỏ Bermuda tại California và Oregon, nâng cao sức đề kháng của cỏ và cải thiện chất lượng sân golf Công nghệ này bảo vệ cấu trúc đất, giảm thời gian và chi phí bảo trì, đồng thời tiết kiệm phân bón và nước tưới, giúp nâng cấp sân golf và chống hạn hán Ngoài ra, công nghệ xử lý nấm rễ đã thành công tại nhiều bãi cỏ nổi tiếng như Real Club de Golf de Sotogrande, Club de Golf El Zaudin và La Cala Golf ở Tây Ban Nha, cùng với bãi cỏ Vale do Lobo Golf ở Bồ Đào Nha.
2.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật liệu sinh học ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học Việt Nam đã chú trọng nghiên cứu nấm rễ Mycorrhizae và ứng dụng của chúng trong nông nghiệp, lâm nghiệp cũng như trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.
Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã tiến hành phân lập nấm nội cộng sinh trong đất vườn ươm, liên kết với các loài cây gỗ bản địa như sao đen, dái ngựa, dẻ cau và lim xanh Kết quả cho thấy mỗi loại cây có mật độ bào tử nấm và thành phần loài nấm cộng sinh khác nhau, cho thấy cây chủ đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại và phát triển của nấm Mật độ nấm cao nhất được ghi nhận ở tầng đất mặt từ 0 – 10 cm, và giảm rõ rệt khi xuống sâu hơn Điều này khẳng định tiềm năng lớn của nấm nội cộng sinh trong đất (Nguyễn Thị Hoàng Yến và cs., 2005).
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2005, 2007, 2014) đã phân lập AM từ nhiều loại thực vật trên đất phù sa sông Hồng và đất bạc màu, bao gồm cây họ đậu, họ hòa thảo, cây ăn quả và cây họ cúc Kết quả cho thấy các giống nấm rễ này có sức sống và khả năng cộng sinh cao, góp phần nâng cao sức sống của cây chủ và khả năng chống chịu với điều kiện môi trường bất lợi, từ đó giúp tái tạo thành công thảm thực vật.
Phan Quốc Hưng và cộng sự (2010) đã nghiên cứu việc sử dụng nấm rễ như một sinh vật kết hợp với thực vật nhằm xử lý đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng Nấm rễ có khả năng chống chịu và chuyển hóa khoáng chất cao, giúp tăng cường khả năng hấp thụ của cây, từ đó làm sạch đất ô nhiễm.
Vi khuẩn nốt sần Rhızobıum
P 2 O 5 /1kg đất kết hợp với chủng nấm Glomus sp Điều này có ý nghĩa trong việc giảm lượng phân bón cho cây trồng trong sản xuất
Công ty Thời Đại Xanh tại Thành phố Hồ Chí Minh chuyên sản xuất chế phẩm sinh học chứa Nấm Mycorrhizae với tỷ lệ 250 – 300 bào tử/10g Sản phẩm này giúp phát triển cộng sinh trên rễ cây, thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh và mạnh, đồng thời tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng và nước Nhờ đó, cây trồng có khả năng kháng bệnh ở rễ và chống chịu các điều kiện bất lợi như đất chua, mặn và khô hạn Chế phẩm có thể áp dụng cho tất cả các loại cây trồng, được bón trực tiếp vào bộ rễ hoặc phối hợp với các phân hữu cơ và vi sinh khác.
Nguyễn Minh Châu và Lê Quốc Huy từ Trung tâm Công nghệ sinh học Lâm nghiệp đã nghiên cứu sản xuất thử nghiệm chế phẩm nấm rễ ECM dưới dạng viên nang Họ thử nghiệm một số dung dịch bảo quản và đánh giá hiệu quả cộng sinh của chế phẩm với cây sao đen Kết quả cho thấy chế phẩm nấm rễ ECM dạng viên nang có tỷ lệ đồng nhất về vật liệu và kích cỡ viên (0,2 – 0,3), với năng suất 1g sinh khối sợi nấm tinh khiết sản xuất được 100g chế phẩm Việc tạo viên nang trong dung dịch CaCl2 0,1M mang lại nhiều ưu điểm, vì sợi nấm được bọc trong thể keo alginate, giúp tránh được sự tấn công của các vi sinh vật khác.
Mặc dù nấm rễ cộng sinh có tiềm năng ứng dụng lớn, nhưng nghiên cứu về chúng vẫn chưa được phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam Đặc biệt, việc nghiên cứu nhằm tái tạo thảm thực vật để cải thiện cảnh quan đô thị thông qua các vật liệu sinh học từ nấm rễ vẫn còn hạn chế.
2.6 VI KHUẨN NỐT SẦN RHIZOBIUM
2.6.1 Một vài đặc điểm của Rhizobium
Vi khuẩn Rhizobium, được tìm thấy trong đất, xâm nhập vào rễ cây họ đậu và tạo thành nốt sần, do đó chúng còn được gọi là vi khuẩn nốt sần Đây là loại vi khuẩn hiếu khí, có hình dạng que và kích thước từ 0,5 – 0,9 x 1,2 – 3 μm Khi còn non, Rhizobium có khả năng di động nhờ tiên mao, không sinh bào tử và sinh sản qua phương pháp phân bào.
Dựa vào tốc độ phát triển trên môi trường đặc nhân tạo, người ra chia vi khuẩn nốt sần thành hai nhóm chính:
+ Nhóm axit hóa môi trường: Nhóm vi khuẩn này trong quá trình sinh trưởng và phát triển sản sinh ra các chất làm giảm pH của môi trường như:
+ Nhóm kiềm hóa môi trường: Nhóm vi khuẩn này trong quá trình sinh trưởng và phát triển sản sinh ra các chất làm tăng pH của môi trường như:
Vi khuẩn Rhizobium có khả năng đồng hóa các nguyên tố dinh dưỡng như photpho, kali và canxi từ hợp chất vô cơ và hữu cơ Trong vùng rễ cây họ đậu, chúng sinh sản nhanh chóng trong điều kiện thuận lợi, tiết ra hoạt chất làm mềm lớp biểu bì lông hút, từ đó xâm nhập vào kẽ nốt trên lông hút và phát triển thành "sợi xâm nhiễm" Sự phát triển này khiến lông hút quăn lại và sợi xâm nhiễm ăn sâu vào vỏ rễ, kích thích sự phát triển của vỏ rễ và hình thành lớp mô phân sinh, tạo ra nốt sần Bên trong nốt sần, hệ thống mạch dẫn được hình thành để vận chuyển chất dinh dưỡng và đưa đạm từ quá trình cố định nitơ khí quyển đến các bộ phận của cây.
2.6.2 Tình hình sản xuất và sử dụng chế phẩm vi khuẩn nốt sần trên thế giới và ở Việt Nam Ở Mỹ, năm 1895 lần đầu tiên người ta đã sản xuất được nitragin – phân vi sinh từ vi khuẩn nốt sần để đưa vào ứng dụng trong nông nghiệp Số lượng phân vi khuẩn nốt sần sản xuất ở Mỹ hằng năm có thể xử lý cho 650 nghìn tấn hạt giống cây họ đậu (Erdman, 1962) Năm 1968, hơn 70% diện tích trồng đậu đã được xử lý bằng chế phẩm vi sinh vật cố định đạm
Thái Lan dẫn đầu Đông Nam Á về việc sử dụng phân bón vi khuẩn nốt sần, với lượng chế phẩm tăng mạnh từ 3,36 tấn/năm vào năm 1995 lên 203,28 tấn/năm vào năm 1997 Tại Việt Nam, nghiên cứu về phân bón vi sinh cố định đạm đã được triển khai từ năm trước đó.
Mặc dù nghiên cứu về chế phẩm nitragin bắt đầu từ năm 1960, nhưng đến năm 1980 mới được thử nghiệm cho cây đậu tương và chế phẩm Vinaga, Rhidafo cho cây lạc tại trường đại học Cần Thơ Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã hợp tác với đại học Nông Nghiệp I Hà Nội và đại học Tổng hợp Hà Nội để sản xuất chế phẩm nitragin bón cho lạc và đậu tương, mang lại kết quả khả quan Đến năm 1987, quy trình sản xuất nitragin trên nền chất mang than bùn đã hoàn thiện trong chương trình 52B-01-03.
Mặc dù chế phẩm phân bón vi khuẩn nốt sần có tiềm năng, nhưng việc sản xuất vẫn gặp nhiều hạn chế, đặc biệt là thiếu nhà máy quy mô lớn để áp dụng trong nông nghiệp đại trà Chi Cỏ ba lá (trifolium) gồm khoảng 300 loài thực vật thuộc họ đậu, chủ yếu phân bố ở các khu vực ôn đới Bắc bán cầu và một số vùng núi nhiệt đới Các cây này thường là cây thân thảo, có thể sống một năm hoặc lâu năm, với đặc điểm nổi bật là có ba lá chét.
Cây 5 hay 7 lá chét có đặc điểm nổi bật với các lá kèm hợp sinh tại cuống lá Cụm hoa của cây có màu đỏ, tím, và trắng, trong khi hoa màu vàng rất hiếm gặp Các hạt nhỏ của cây được che phủ trong đài hoa.
Cỏ ba lá (Trifolium) là nguồn thức ăn giàu protein, thường được sử dụng sau khi luộc để dễ tiêu hóa, và hoa khô có thể chế biến thành chè hoặc bột dinh dưỡng Cây đậu mèo (Mucuna prurient) thuộc họ đậu, có nguồn gốc từ châu Phi và châu Á, là cây bản địa tại các tỉnh miền núi Việt Nam, đặc biệt từ Quảng Bình trở ra Cây này chứa nhiều dinh dưỡng như protein, lipit, khoáng và vitamin, tương đương với đậu tương, với năng suất tiềm năng đạt 2,0-3,0 tấn/ha trong điều kiện khô hạn Nghiên cứu đã xác định 8 giống đậu mèo có năng suất cao từ 3,36-5,0 tấn/ha, đóng góp quan trọng vào phát triển nguồn nguyên liệu thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam.
PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm cỏ làm tiểu cảnh cho khuôn viên
- Giống vi sinh vật: Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular mycorrhizae và vi khuẩn nốt sần Rhizobium
- Thực vật: giống cây họ hòa thảo
- Một số nguyên liệu có thể dùng để làm nguyên liệu cho vật liệu sinh học: đất, than bùn, rơm rạ, phân rác
Thời gian: từ tháng 01/2015 – tháng 11/2015 Địa điểm: Học viện Nông Nghiệp Việt Nam
Cây cỏ: Cây lạc cảnh (Arachis pintoi)
- Tuyển chọn giống Arbuscular mycorrhizae và lựa chọn cây chủ để nhân giống dùng cho sản xuất
- Tuyển chọn giống Rhizobium và xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu
- Xác định, lựa chọn và xử lý chất nền để sản xuất vật liệu sinh học
- Lựa chọn loại dinh dưỡng và xác định tỷ lệ bổ sung vào vật liệu sinh học
- Lựa chọn hạt giống hoặc cây con để sản xuất vật liệu sinh học
Phối trộn vật liệu sinh học và kiểm tra chất lượng của chúng là quy trình quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng Các chỉ tiêu chất lượng chính bao gồm độ ẩm, pH, mật độ AM và hàm lượng dinh dưỡng chính, giúp đánh giá khả năng phát triển và tính năng của vật liệu sinh học Việc kiểm tra những chỉ tiêu này không chỉ đảm bảo chất lượng mà còn nâng cao giá trị ứng dụng trong nông nghiệp và môi trường.
Quy trình sản xuất vật liệu sinh học bao gồm các bước chuẩn bị và tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tối ưu, nhằm đảm bảo sự phát triển tốt cho các giống vi sinh vật và hạt giống (hoặc cây con) trên đất nghèo dinh dưỡng.
- Đánh giá hiệu quả của vật liệu sinh học bằng thí nghiệm đồng ruộng
3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp
Nghiên cứu tài liệu liên quan đến nguyên liệu và công nghệ sản xuất vật liệu sinh học, giá thể, chất nền sử dụng từ các kênh:
- Báo, tạp chí khoa học;
- Các website, thông tin từ internet;
- Các ấn phầm nghiên cứu khoa học có liên quan;
- Sách và tư liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu
3.5.2 Phương pháp thu nhận bào tử từ vùng rễ của cây trồng theo phương pháp sàng ướt cải tiến
Mẫu đất được lấy từ vùng rễ ở độ sâu 15-20cm và hòa vào 1 lít nước Sau đó, khuấy đều, loại bỏ tàn dư thực vật và bóp nhỏ các cục đất lớn Để lắng trong 20 giây, rồi đổ dung dịch qua bộ sàng với kích thước lỗ lần lượt từ 1.000 µm, 500 µm, 200 µm, 100 µm, đến 50 µm Quá trình này sẽ được lặp lại để đảm bảo độ chính xác trong phân tích.
Sau khi thực hiện ba lần lọc, các thành phần còn lại trên sàng được chuyển vào đĩa petri Sử dụng kính hiển vi soi nổi để quan sát và thu thập bào tử AM từ đĩa petri, sau đó bảo quản bào tử trong nước vô trùng ở nhiệt độ 4 độ C.
+ Bào tử sau khi phân lập được phân loại theo phương pháp hình thái học theo hệ thống của Franke and Morton (1994);
+ Xác định hình dạng và kích thước bào tử: Bảng so sánh Morton (1988);
+ Màu sắc của bào tử được xác định bằng bảng màu chuẩn 4 nhân tố CMYB (Cyan/Mageta/Yellow/Black) (theo INVAM);
+ Số lượng bào tử AM: Xác định bằng phương pháp đo đếm trực tiếp (Brundett Mark và cộng sự)
3.5.3 Phương pháp phân lập vi khuẩn nốt sần Rhizobium
