Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
- Thời gian nghiên cứu: Thời gian tiến hành đề tài luận văn:
Phạm vi thời gian số liệu được thu thập: Từ năm 2015 đến năm 2017 + Rau ăn lá: Rau mồng tơi ( Basella alba L)
Nội dung nghiên cứu
- Tuyển chọn giống Vi Sinh Vật có hoạt tính sinh học cao và an toàn với cây trồng.
- Xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các chủng vi sinh vật tuyển chọn
- Chất lượng của chế phẩm sinh học dùng để xử lý rơm rạ
- Chất lượng của giá thể hữu cơ sản xuất từ rơm rạ
- Đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ đến sinh trưởng phát triển rau
- Đánh giá chất lượng rau trồng trên giá thể hữu cơ
Phương pháp nghiên cứu
3.4.1 Đánh giá đặc tính sinh học của các chủng giống vi sinh vật 3.4.1.1 Xác định hoạt tính enzyme của vi sinh vật theo phương pháp khuếch tán phóng xạ trên đĩa thạch (William, 1983)
Nuôi dịch chiết là quá trình nuôi cấy vi sinh vật trong 9ml dung dịch môi trường chuyên dụng, sử dụng 1 vòng que cấy chứa vi sinh vật Sau đó, mẫu được đặt lên máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút Sau 72 giờ cho vi khuẩn và 96 giờ cho nấm cùng xạ khuẩn, dịch nuôi cấy sẽ được đánh giá khả năng phân giải enzym.
Chuẩn bị môi trường: Đánh giá hoạt tính 3 loại enzym: amylaza, proteaza, xenlulaza của vi sinh vật.
Môi trường được hấp khử trùng ở 121°C và áp suất 1 atm trong 20 phút Sau đó, nhiệt độ giảm xuống khoảng 55-60°C trước khi đổ vào các đĩa petri có độ dày 2mm để nguội Các đĩa petri được sấy khô ở 170°C trong 2 giờ để đảm bảo khử trùng trước khi sử dụng.
Sử dụng ống nghiệm đã khử trùng có đường kính 11mm để tạo lỗ trên các đĩa thạch, sau đó nhỏ 2ml dịch chiết đã nuôi vào lỗ thạch Để hỗn hợp trong tủ lạnh trong 6 giờ để dịch khuếch tán, rồi nuôi ở 30°C trong 48 giờ Cuối cùng, nhuộm màu bằng thuốc thử lugol để đo đường kính vòng phân giải enzym của vi sinh vật, được tính bằng công thức D = d2 - d1, trong đó D là đường kính vòng phân giải, d2 là đường kính vòng phân giải và d1 là kích thước lỗ đục (d1 = 11mm).
3.4.1.2 Đánh giá khả năng chịu nhiệt của vi sinh vật
Nuôi dịch chiết từ chủng vi sinh vật, sau đó pha loãng trong ống nghiệm chứa nước vô trùng đến nồng độ thích hợp Tiến hành cấy trên các môi trường chuyên tính bằng cách nhỏ 0,1 ml dịch chiết lên bề mặt thạch và sử dụng que gạt để trải đều Sau khi gói lại, đem nuôi ở các mức nhiệt độ khác nhau: 28°C, 40°C, 50°C, 60°C, và đếm số lượng khuẩn lạc hình thành trên đĩa petri.
3.4.1.3 Xác định khả năng thích ứng pH của vi sinh vật
Nuôi cấy dịch chiết từ chủng vi sinh vật, sau đó pha loãng trong ống nghiệm nước vô trùng đến nồng độ thích hợp Tiến hành cho 0,1ml dịch lên các môi trường chuyên dụng đã chuẩn bị ở 5 mức pH khác nhau: 5, 6, 7, 8, 9 bằng dung dịch đệm pH.
Na 2 HPO 4 và KH 2 PO 4 , đo và chỉnh pH của dung dịch bằng máy đo pH). Sau đó đem nuôi ở 28°C rồi đếm số lượng khuẩn lạc tạo thành.
3.4.1.4 Xác định khả năng sinh trưởng trên các nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ của vi sinh vật
Nuôi dịch chiết của chủng vi sinh vật, sau đó pha loãng trong các ống nghiệm nước vô trùng đến nồng độ thích hợp Tiến hành chang đều 0,1ml dịch lên các môi trường chuyên tính với thành phần dinh dưỡng C, N khác nhau, nhưng lượng không thay đổi Cụ thể, nguồn dinh dưỡng C được thay thế bằng glucozo, manitol, saccarozo, tinh bột, trong khi nguồn dinh dưỡng N được thay bằng cao nấm men, pepton, (NH4)2SO4 và KNO3 Sau đó, nuôi ở 28°C và đếm số lượng khuẩn lạc mọc trên đĩa petri.
3.4.1.5 Phân loại sơ bộ vi sinh vật bằng phương pháp quan sát theo khóa phân loại và phản ứng sinh hóa đặc trưng của Cambel (1971), Schipper (1979), Petter (1991), Klicike (2004) và Bergey’s (2009)
3.4.1.6 Đánh giá tính đối kháng của các chủng giống VSV tuyển chọn bằng phương pháp đường vuông góc Cross Streak
3.4.2 Chế phẩm sinh học được sản xuất theo phương pháp phối trộn chất mang thanh trùng
Chế phẩm sinh học được sản xuất dựa trên đặc tính của các chủng giống vi sinh vật và tính chất của nguyên liệu làm chất mang, theo quy trình của bộ môn Vi sinh vật thuộc Khoa Môi trường.
Nhóm I (vi khuẩn) Nhóm II (xạ khuẩn)
Nhân sinh khối riêng rẽ trên môi trường bán rắn chuyên tính, 28 o C/72h
Cấy VSV vào môi trường dịch thể dạng lỏng, nuôi 3 ngày
Nhân sinh khối riêng rẽ trên môi trường bán rắn chuyên tính, 28 o C/96h
Cấy VSV vào MT chất mang (cám, trấu khử trùng gián đoạn 3 lần ở
Kiểm tra chất lượng Đóng gói và sử dụng
Sơ đồ sản xuất chế phẩm sinh học
3.4.3 Xử lý rơm rạ theo phương pháp bán hảo khí có đảo trộn
Sau khi thu hoạch, rơm rạ được phân loại thành 3 đống riêng biệt, mỗi đống có kích thước cao 1,2m, dài 2m và rộng 1m, với khối lượng khoảng 50 kg mỗi đống Thí nghiệm xử lý sẽ được thực hiện dựa trên 3 công thức khác nhau.
Công thức 1 (đối chứng): không sử dụng chế phẩm
Công thức 2: Sử dụng 1% chế phẩm VSV từ VSV tuyển chọn Công thức 3: Sử dụng 1% chế phẩm Bima
Bổ sung 10% chất thải từ nuôi trùn quế kết hợp với phân bò vào các đống ủ Đối với công thức 2 và 3, sử dụng chế phẩm sinh học rắc đều lên đống ủ và đảo trộn kỹ Cần bổ sung nước để duy trì độ ẩm từ 55-60%, trong khi các điều kiện khác giữa các đống ủ được giữ nguyên.
Để đạt hiệu quả ủ cao nhất, cần sử dụng bạt phủ kín đống ủ nhằm bảo vệ khỏi các tác nhân bên ngoài Hàng ngày, kiểm tra và ghi lại nhiệt độ cũng như độ ẩm, trong đó 10 ngày đầu đo nhiệt độ một lần mỗi ngày, sau đó giảm xuống còn một lần mỗi 5 ngày Đồng thời, duy trì độ ẩm ổn định ở mức 55-60% trong suốt quá trình ủ.
Sau khoảng 7-12 ngày, cần bỏ bạt và đảo trộn đều đống ủ Khi đã trộn xong và đảm bảo độ ẩm, hãy phủ bạt kín lại như ban đầu Tiếp tục theo dõi thường xuyên nhiệt độ và độ ẩm của đống ủ.
Theo dõi các chỉ tiêu cảm quan trong quá trình ủ 1 lần/tuần thông qua phương pháp quan sát và đo trực tiếp Các chỉ tiêu cần theo dõi bao gồm mùi, màu sắc, độ hoai mục và hình dạng.
Sau khoảng 30-35 ngày, cần kiểm tra chất lượng đống ủ Khi nhiệt độ của đống ủ giảm xuống bằng nhiệt độ bên ngoài, quá trình ủ đã hoàn tất Bước tiếp theo là xác định tính chất của rơm rạ.
Các phương pháp hiện hành được sử dụng để đánh giá tính chất rơm rạ:
3.4.5 Đánh giá chất lượng giá thể hữu cơ Đánh giá giá thể hữu cơ theo các phương pháp sau:
VSV phân giải xenlulo (CFU/ml)
3.4.6 Thí nghiệm chậu vại đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ theo phương pháp Vincent (1976)
Thí nghiệm gồm 3 công thức với 5 lần nhắc lại:
Công thức 1 (đối chứng): trồng trên đất thịt nhẹ (2kg/chậu)
Công thức 2: giá thể hữu cơ 1 (1,5 kg/chậu)
Kết quả đạt được
Đặc điểm của chủng vi sinh vật được tuyển chọn
Dựa trên kết quả phân lập từ rơm rạ và phân bò hoai mục tại Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, 31 chủng vi sinh vật đã được tuyển chọn, bao gồm 15 chủng vi khuẩn và 6 chủng xạ khuẩn Các chủng vi khuẩn được xác định là VK3, VK4, VK5, VK7, VK8, VK12, VK15, ME6, ME7, ME9, NH2, NH4, NH7, XK1 và XK11, trong khi các chủng xạ khuẩn gồm NH3, NH5, NH6, XK3, XK8.
XK 13), 6 chủng nấm mốc (MO1, MO2, MO5, XK2, XK6 và XK10) và 4 chủng nấm men (MO4, VC1, VC6 và ME3) có khả năng phân giải chất hữu cơ tốt nhất để tiếp tục đánh giá chi tiết các đặc tính sinh học. 4.1.1 Hoạt tính enzym của các chủng vi sinh vật
Hoạt tính enzym của vi sinh vật là yếu tố quan trọng trong việc chọn lọc vi sinh vật để sản xuất chế phẩm sinh học xử lý chất hữu cơ Các vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao có khả năng tiết ra enzym ngoại bào như xenlulaza, proteaza và amylaza, giúp phân hủy hợp chất hữu cơ cao phân tử trong rơm rạ thành các chất đơn giản hơn, dễ tan và dễ hấp thụ, từ đó cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cơ thể Thông tin về hoạt tính enzym của các chủng vi sinh vật phân lập được trình bày trong bảng 4.1.
Kết quả từ nghiên cứu cho thấy 23 trong số 31 chủng vi sinh vật thể hiện hoạt tính enzym ở cả ba loại enzym xenlulaza, proteaza và amylaza Bên cạnh đó, có 7 chủng cho thấy hoạt tính ở hai loại enzym, trong khi chỉ một chủng có khả năng phân giải một loại chất hữu cơ duy nhất.
- 1 chủng có đường kính vòng phân giải > 3cm ( đạt 3,5cm ở chủng XK11)
- 4 chủng có đường kính vòng phân giải nằm trong khoảng 2,5- 3cm bao gồm: MO1, VK3, VK4, NH3.
- 12 chủng có đường kính vòng phân giải nằm trong khoảng 2- 2,5 cm: MO2, MO5, VK15, ME7, ME9, NH4, NH5, NH7, XK1, XK2, XK6, XK8.
- 14 chủng có đường kính vòng phân giải < 2 cm
- 3 chủng có đường kính vòng phân giải > 2,5 cm bao gồm: VK5, MO1 và
- 3 chủng có đường kính vòng phân giải nằm trong khoảng 2-
2,5 cm bao gồm: XK1, NH2, NH5
- 25 chủng có đường kính vòng phân giải < 2 cm Phân giải protein
- 4 chủng có đường kính vòng phân giải > 3 cm bao gồm: NH2,
- 10 chủng có đường kính vòng phân giải nằm trong khoảng từ 2,5-3 cm
- 11 chủng có đường kính vòng phân giải nằm trong khoảng 2-2,5 cm
- 6 chủng có đường kính vòng phân giải < 2 cm
Bảng 4.1 Hoạt tính enzym của các chủng VSV
Nghiên cứu này cho thấy sự tương đồng với việc tuyển chọn vi sinh vật phân giải xenlulo từ đất, nhằm sản xuất phân vi sinh cho cây lâm nghiệp.
Nguyễn Thị Thúy Nga (2010) đã nghiên cứu hai chủng ĐT2 và ĐV2, cho thấy chúng có khả năng phân giải xenlulo mạnh mẽ, với đường kính vòng phân giải lần lượt là 25mm và 26mm So với các chủng phân lập khác, khả năng phân giải xenlulo của ĐT2 và ĐV2 gần tương đương, tuy nhiên, chủng XK11 nổi bật với vòng phân giải xenlulo đạt 35,0 mm, cao hơn ĐV2 tới 9,0 mm.
Các chủng vi sinh vật (VSV) có khả năng phân giải xenlulo là hiệu quả nhất, tiếp theo là protein và cuối cùng là tinh bột Điều này rất quan trọng cho việc ứng dụng các chủng VSV trong xử lý rơm rạ, vì rơm rạ chủ yếu chứa xenlulo (chiếm 29,38%), một hợp chất polysaccharide cao phân tử khó phân hủy Do đó, cần một hệ VSV mạnh mẽ trong việc phân hủy xenlulo Hơn nữa, các chủng VSV này cũng có khả năng phân hủy protein và tinh bột, giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình xử lý rơm rạ.
4.1.2 Khả năng chịu nhiệt của các chủng vi sinh vật
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hoạt tính của vi sinh vật, vì mỗi loại chỉ phát triển trong một khoảng nhiệt độ nhất định Nhiệt độ thấp không làm chết vi sinh vật ngay lập tức, nhưng ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa và hoạt động của enzym, dẫn đến giảm khả năng phát triển và sinh sản Ngược lại, nhiệt độ cao có thể tiêu diệt vi sinh vật nhanh chóng bằng cách làm biến tính protein và ngừng hoạt động của enzym Trong quá trình ủ rơm rạ, nhiệt độ cao thúc đẩy sự phân giải nhanh chóng các hợp chất hữu cơ, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời tiêu diệt mầm bệnh và trứng giun sán trong đống ủ.
Các chủng vi sinh vật được lựa chọn cho chế phẩm sinh học xử lý chất hữu cơ cần có khả năng chịu nhiệt tốt Bảng 4.2 thể hiện kết quả đánh giá khả năng chịu nhiệt của các vi sinh vật.
Bảng 4.2 Khả năng chịu nhiệt của các chủng VSV
Các chủng vi sinh vật có mức độ sinh trưởng khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ, với hầu hết chúng phát triển tốt trong khoảng từ 28 đến 40˚C.
- Ở 28˚C, hầu hết các chủng đều đạt số lượng khuẩn lạc khá cao, từ 0,13-
Chủng VK5 có số lượng khuẩn lạc cao nhất với 43,95 x 10^8 CFU/ml, tiếp theo là VK7 đạt 42,28 x 10^8 CFU/ml Các chủng khác bao gồm NH5 với 17,24 x 10^8 CFU/ml, VK3 đạt 17 x 10^8 CFU/ml, NH4 có 15,68 x 10^8 CFU/ml và NH7 với 10,30 x 10^8 CFU/ml.
Ở nhiệt độ 40˚C, hầu hết các chủng vi khuẩn vẫn có khả năng sinh trưởng, nhưng số lượng khuẩn lạc giảm đáng kể Trong số 31 chủng, có 8 chủng không thể sống sót ở mức nhiệt này Tuy nhiên, có 4 chủng phát triển tốt hơn, bao gồm MO2, NH2, NH7 và XK8, trong đó NH7 đạt số lượng khuẩn lạc cao nhất với 18,50 x 10^8 CFU/ml.
- Ở 50˚C, chỉ có 7/31 chủng sinh trưởng được bao gồm: MO5, VC1, ME3,
NH2, NH4, XK8 và XK11, tuy nhiên số lượng khuẩn lạc giảm đi đáng kể, chủng có thể sinh trưởng tốt nhất là NH4 đạt 7,11.10 8 CFU/ml.
- Ở 60˚C, có 6 chủng có thể phát triển với số khuẩn lạc : MO5, VC1, ME3, NH4, XK8, XK11 đạt 0,10.10 8 CFU/ml.
Các chủng vi sinh vật (VSV) được tuyển chọn trong nghiên cứu này cho thấy sự tương đồng với các chủng của Nguyễn Thị Minh (2016), với khoảng nhiệt độ chịu đựng từ 28-60˚C Điều này cho thấy các chủng phân lập trong nghiên cứu hiện tại có tiềm năng ứng dụng cao trong việc sản xuất chế phẩm sinh học để xử lý rơm rạ hiệu quả.
Đã chọn 16 chủng vi sinh vật (VSV) có khả năng chịu nhiệt tốt nhất để đánh giá các đặc tính sinh học khác, bao gồm 8 chủng vi khuẩn (VK3, VK4, ME6, NH2, NH4, NH7, XK1 và XK11), 4 chủng XK (NH3, NH5, NH6 và XK8), 2 chủng nấm mốc (MO2 và MO5) và 2 chủng nấm men (VC1 và ME3) Bên cạnh đó, khả năng thích ứng với pH của các vi sinh vật này cũng sẽ được nghiên cứu.
Rơm rạ được xử lý bằng phương pháp bán hảo khí, trong đó có các giai đoạn bán hảo khí và kị khí, ảnh hưởng đến pH chung của đống ủ Do đó, vi sinh vật cần được lựa chọn phải có khả năng thích ứng với pH rộng, có thể sinh trưởng tốt trong môi trường axit và kiềm Kết quả đánh giá khả năng thích ứng pH của vi sinh vật được thể hiện trong bảng 4.3.
Bảng 4.3 Khả năng thích ứng pH của vi sinh vật
Điều kiện nhân giống tối ưu của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn 56
4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của vi sinh vật
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và hoạt động của enzyme ở vi sinh vật Hình 4.1 minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của vi sinh vật.
Kết quả từ hình 4.1 cho thấy mỗi chủng vi sinh vật có mức sinh trưởng khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, nhưng hầu hết đều phát triển tốt trong khoảng 28 – 40˚C Cụ thể, tại 28˚C, tất cả các chủng đều thích nghi và sinh trưởng mạnh mẽ, với số lượng đạt từ 2,56-15,57.10^8 CFU/ml, trong đó chủng NH4 đạt cao nhất là 15,57.10^8 CFU/ml Ở nhiệt độ 40˚C, mặc dù một số chủng có số lượng khuẩn lạc giảm, nhưng đây lại là mức nhiệt độ tối ưu cho chủng NH2 và NH7, với số lượng lần lượt là 8,42.10^8 CFU/ml và 18,74.10^8 CFU/ml Tại 60˚C, chỉ có ba chủng NH2, NH4 và XK11 có thể sinh trưởng, nhưng với số lượng khuẩn lạc thấp.
Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của vi sinh vật
Năm chủng vi sinh vật này có khả năng chịu đựng nhiệt độ từ 20˚C đến 55˚C, với điều kiện phát triển lý tưởng từ 28˚C đến 40˚C Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của vi sinh vật là khoảng 28˚C Những vi sinh vật này được chọn lọc từ rơm rạ phân hủy tự nhiên, đống ủ tự nhiên và phân bò hoai mục, cho thấy chúng có khả năng chịu nhiệt cao, cần thiết để duy trì quá trình tăng nhiệt độ trong quá trình ủ.
4.2.2 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của vi sinh vật
Rơm rạ được xử lý bằng phương pháp bán hảo khí, dẫn đến sự thay đổi pH liên tục giữa trạng thái axit và kiềm trong quá trình ủ Sự biến đổi này ảnh hưởng đến vi sinh vật, tính thấm của màng, hoạt động chuyển hóa chất, và ức chế hoạt tính enzyme cùng sự hình thành ATP Do đó, vi sinh vật được chọn lọc cần có khả năng sinh trưởng ở nhiều mức pH khác nhau, bao gồm cả môi trường axit và kiềm Kết quả đánh giá ảnh hưởng của pH đến sự phát triển của vi sinh vật đã được thể hiện trong hình 4.3.
Hình 4.3 Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của vi sinh vật
Tất cả các chủng vi khuẩn đều có khả năng sinh trưởng ở mức pH từ 5 đến 9, nhưng đạt hiệu quả tốt nhất trong điều kiện pH trung tính từ 7-8 Trong số đó, ba chủng NH4, NH7 và XK11 sinh trưởng tối ưu ở pH=7, trong khi chủng NH2 phát triển tốt nhất ở pH=8 và chủng XK8 ở pH=5 Chủng NH7 nổi bật với số lượng khuẩn lạc cao nhất đạt 12,04.10^8 CFU/ml, trong khi chủng XK11 có số khuẩn lạc thấp nhất là 0,74.10^8 CFU/ml tại pH=5, cho thấy sự chênh lệch lớn nhất giữa các mức pH.
4.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến sự sinh trưởng của vi sinh vật
Tốc độ lắc là yếu tố quan trọng trong nuôi cấy dịch thể và sản xuất chế phẩm sinh học, vì nó ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật Sử dụng máy lắc với tốc độ phù hợp giúp vi sinh vật sinh trưởng nhanh chóng và tạo ra khối lượng lớn Khối lượng sinh khối lớn hơn sẽ nâng cao hiệu quả của chế phẩm sinh học, nhờ vào sự phong phú của hệ vi sinh vật, từ đó thúc đẩy nhanh quá trình phân giải và chuyển hóa các chất hữu cơ Kết quả về ảnh hưởng của tốc độ lắc đến sự phát triển của vi sinh vật được thể hiện rõ trong hình 4.4.
Hình 4.4 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến sinh trưởng của vi sinh vật
Kết quả hình 4.4 chỉ rõ:
Tốc độ lắc ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật, với mỗi tốc độ khác nhau dẫn đến mức độ phát triển khác nhau Nghiên cứu cho thấy rằng hầu hết vi sinh vật đạt được sinh khối cao hơn khi tốc độ lắc tăng.
Khi tốc độ lắc đạt 250 vòng/phút, 4/5 chủng vi khuẩn cho thấy sinh khối cao nhất, trong đó chủng NH4 đạt số lượng khuẩn lạc cao nhất là 9,3 x 10^8 CFU/ml, gấp hơn 4 lần so với chủng XK11 có số lượng khuẩn lạc thấp nhất là 2,32 x 10^8 CFU/ml.
- Riêng chỉ có chủng NH7 là sinh trưởng tốt nhất ở tốc độ lắc
200 vòng/phút với số lượng khuẩn lạc đếm được là 6,81.10 8 CFU/ml.
- Ở tốc độ 160 vòng/phút, vi sinh vật vẫn sinh trưởng nhưng cho sinh khối thấp.
- Ở tốc độ lắc 300 vòng/phút, sự sinh trưởng của tất cả các vi sinh vật đều giảm đi.
4.2.4 Điều kiện nhân giống tối ưu của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn
Các chủng vi sinh vật được lựa chọn để sản xuất chế phẩm sinh học xử lý rơm rạ đã được phân tích về đặc điểm và khả năng sinh trưởng trong các điều kiện khác nhau Mỗi chủng vi sinh vật đều có điều kiện sinh trưởng tối ưu riêng, và các thông tin này được tổng hợp trong bảng 4.7.
Từ bảng 4.7 ta thấy rằng: mỗi chủng vi sinh vật có một điều kiện nhân giống tối ưu khác nhau Cụ thể như sau:
Chủng NH2 phát triển trong môi trường vi khuẩn amon hóa, sử dụng manitol làm nguồn carbon và cao nấm men làm nguồn nitơ Nhiệt độ nuôi cấy từ 25-45˚C, pH duy trì ở mức 6-8, với tốc độ lắc 250 vòng/phút và thời gian nuôi cấy kéo dài 48 giờ.
Chủng NH4 phát triển trong môi trường vi khuẩn amon hóa, sử dụng saccarozo làm nguồn dinh dưỡng carbon và pepton làm nguồn nitơ Nhiệt độ nuôi cấy dao động từ 28-50˚C, với pH từ 6-7, tốc độ lắc đạt 250 vòng/phút và thời gian nuôi cấy kéo dài 48 giờ.
Chủng NH7 phát triển trong môi trường vi khuẩn amon hóa, sử dụng glucozo làm nguồn dinh dưỡng carbon và (NH4)2SO4 làm nguồn nitơ Nhiệt độ nuôi cấy được duy trì từ 28-45˚C, với pH trong khoảng 5-7 và tốc độ lắc là 200 vòng/phút Thời gian nuôi cấy kéo dài 60 giờ.
Chủng XK8 phát triển trong môi trường xạ khuẩn với nguồn dinh dưỡng chủ yếu là glucose và pepton, được nuôi cấy ở nhiệt độ từ 28-45˚C, pH 5, với tốc độ lắc 250 vòng/phút trong thời gian 48 giờ.
Chủng XK11 phát triển tốt trên môi trường xạ khuẩn với tinh bột làm nguồn cung cấp carbon và cao nấm men làm nguồn cung cấp nitơ Điều kiện nuôi cấy tối ưu cho chủng này bao gồm nhiệt độ từ 25-45˚C, độ pH từ 6-9 và tốc độ lắc 250 vòng/phút Sau 48 giờ nuôi cấy, chủng XK11 đạt được sự phát triển đáng kể.
Bảng 4.7 Điều kiện nhân giống tối ưu
Chất lượng chế phẩm sinh học dung xử lý rơm rạ
Tính chất của rơm rạ được phân tích cho kết quả ở bảng 4.8.
Bảng 4.8 Tính chất của rơm rạ
Bảng 4.8 cho thấy rơm rạ vẫn chứa nhiều chất dinh dưỡng với 29,42% xenlulo, 5,10% tinh bột và 4,15% protein thô, tổng cộng đạt 38,67% Nếu không được tận dụng, lượng dinh dưỡng này sẽ lãng phí Tuy nhiên, hàm lượng xenlulo thấp hơn so với nghiên cứu của Đặng Tuyết Phương và cộng sự (2012), có thể do giống lúa khác nhau Rơm rạ có độ ẩm cao với 53,57%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy khi ủ Với lượng dinh dưỡng còn lại, rơm rạ có thể được sử dụng cho nghiên cứu, vừa tận dụng nguồn chất hữu cơ, vừa giảm ô nhiễm môi trường và cải tạo đất cho sản xuất nông nghiệp.
Chế phẩm sinh học được sản xuất từ các vi sinh vật được tuyển chọn và nhân giống trong điều kiện tối ưu Chất lượng của chế phẩm này được đánh giá theo tiêu chuẩn 6168:2002, như thể hiện trong bảng 4.9.
Bảng 4.9 Chất lượng của chế phẩm sinh học
2 Vi sinh vật phân giải xenlulo CFU/ml
3 Vi sinh vật tạp CFU/ml
Kết quả phân tích cho thấy chế phẩm sinh học từ tổ hợp vi sinh vật tuyển chọn có pH trung tính và đạt 18,23.10^8 CFU/ml dịch thể, với VSV tạp đạt tiêu chuẩn cho phép Do đó, chế phẩm này đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6168:2002, cho phép sử dụng hiệu quả trong xử lý rơm rạ.
Chất lượng giá thể hữu cơ từ xử lý rơm rạ
4.4.1 Theo dõi diễn biến nhiệt độ đống ủ
Trong quá trình ủ rơm, nhiệt độ thay đổi liên tục qua các giai đoạn khác nhau, và đây là yếu tố quan trọng cần theo dõi Sự biến động nhiệt độ trong đống ủ phản ánh quá trình phân giải chất hữu cơ của vi sinh vật Nhiệt độ cao không chỉ thúc đẩy quá trình này mà còn có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh như E.Coli.
Nhiệt độ cao trong quá trình ủ chứng tỏ rằng tổ hợp vi sinh vật có khả năng phân hủy chất hữu cơ hiệu quả, giúp quá trình ủ diễn ra nhanh chóng Trong 10 ngày đầu, nhiệt độ tăng nhanh và được theo dõi hàng ngày, sau đó giảm xuống đo 5 ngày một lần Diễn biến nhiệt độ được minh họa trong hình 4.9.
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ đống ủ ở 3 công thức
Từ đồ thị trên ta thấy:
Trong 5 ngày đầu, công thức 2 và công thức 3 cho thấy nhiệt độ tăng đáng kể, với công thức 2 đạt đỉnh 67˚C vào ngày thứ 3, cao hơn công thức 1 là 31˚C và công thức 3 là 13˚C Đến ngày thứ 5, công thức 3 đạt 58˚C, cao hơn công thức 1 18˚C nhưng vẫn thấp hơn công thức 2 2˚C Nhiệt độ duy trì cao trong 10 ngày trước khi giảm dần xuống 27-30˚C sau 30 ngày Công thức 2 không chỉ có tốc độ tăng nhiệt nhanh hơn mà còn duy trì lâu hơn so với công thức 1 và 3, giúp tiêu diệt hầu hết vi sinh vật gây bệnh như E.Coli và Salmonella Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Nguyễn Văn Thao và cộng sự (2015), nhưng công thức 2 với tổ hợp vi sinh vật tuyển chọn đạt nhiệt độ tối đa 65˚C, nhanh chóng chuyển hóa chất hữu cơ và rút ngắn thời gian ủ hơn so với nghiên cứu trước đó.
Công thức 1 cho thấy nhiệt độ thấp và sự gia tăng nhiệt độ diễn ra chậm hơn, với mức cao nhất chỉ đạt 39˚C vào ngày thứ 6 Điều này cho thấy rằng trong điều kiện này, không thể tiêu diệt các vi sinh vật gây hại.
4.4.2 Các chỉ tiêu cảm quan
Rơm rạ trải qua quá trình ủ sẽ có những biến đổi rõ rệt theo thời gian, có thể nhận biết bằng các giác quan Các biến đổi này được thể hiện chi tiết trong bảng 4.10.
Bảng 4.10 Chất lượng của đống ủ theo đánh giá cảm quan
Chỉ tiêu Mùi t theo dõi (ngày) CT1
Rơm rạ sau 30 ngày xử lý sẽ trở thành giá thể hữu cơ hoàn toàn hoai mục, với màu đen tuyền và nhẹ hơn đất Các chỉ tiêu cảm quan như mùi, màu sắc và hình dạng liên tục thay đổi trong quá trình ủ Mặc dù vẫn còn một số sợi ngắn, nhưng chúng sẽ nhuyễn và nát ra khi nắm tay Mùi của giá thể cũng biến đổi trong 5 tuần, và khi kết thúc quá trình ủ, giá thể không còn mùi hôi mà mang mùi đặc trưng của phân hữu cơ Độ ẩm của giá thể hữu cơ đạt khoảng 50-60%, là mức độ ẩm lý tưởng cho việc trồng cây trực tiếp.
4.4.3 Chất lượng giá thể hữu cơ tạo thành
Sau 30 ngày ủ, rơm rạ đã bị phân hủy hoàn toàn bởi hệ vi sinh vật, các mầm bệnh và VSV gây hại gần như không còn nữa Kết quả phân tích tính chất giá thể hữu cơ tạo thành được thể hiện ở bảng 4.11.
Bảng 4.11 Tính chất của giá thể hữu cơ tạo thành Chỉ tiêu
VSV phân giải xenlulo (CFU/ml)
Kết quả từ bảng 4.11 cho thấy giá thể hữu cơ trong công thức 2 có hàm lượng dinh dưỡng khá, với C đạt 3,88%, N tổng số 0,31%, K tổng số 1,42% và Lân tổng số 1,10% Tuy nhiên, giá thể hữu cơ ở CT2 (sử dụng tổ hợp VSV tuyển chọn) có chất lượng tốt hơn, với hàm lượng lân dễ tiêu đạt 14,82 mg/100g và kali dễ tiêu là 12,71 mg/100g, vượt mức trung bình Điều này chứng tỏ tác dụng tích cực của tổ hợp VSV tuyển chọn, giúp chuyển hóa chất hữu cơ và giải phóng dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2016), trong đó hàm lượng K dễ tiêu và P dễ tiêu lần lượt là 12,48 mg/100g và 14,70 mg/100g, trong khi ở CT2 của nghiên cứu này là 12,71 mg/100g và 14,82 mg/100g.
Như vậy cả giá thể tạo thành có chất lượng đảm bảo dinh dưỡng cho cây trồng sinh trưởng và phát triển.
4.5 HIỆU QUẢ CỦA GÍA THỂ HỮU CƠ ĐẾN SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA RAU ĂN LÁ
4.5.1 Sinh trưởng và phát triển của rau mùng tơi trên giá thể hữu cơ.
Giá thể hữu cơ từ xử lý rơm rạ được chứng minh là hiệu quả trong việc trồng rau mồng tơi, một loại rau có thời gian sinh trưởng ngắn (30 – 45 ngày) và phù hợp với khí hậu ôn đới Rau mồng tơi dễ trồng, dễ chăm sóc, và được ưa chuộng trên thị trường Quá trình gieo hạt diễn ra trên đất cho đến khi hạt nảy mầm và ra lá thật Khi cây đủ cứng cáp, tiến hành trồng lên bầu tròn có đường kính 25cm, mỗi bầu trồng 3 cây với 3 công thức và thực hiện 5 lần nhắc lại.
Bảng 4.12 Sinh trưởng của rau mồng tơi trên giá thể hữu cơ
Kết quả từ bảng 4.12 chỉ ra rằng rau mồng tơi phát triển mạnh mẽ hơn và đạt năng suất cao hơn khi được trồng trên giá thể hữu cơ (CT2 và CT3) so với đất đối chứng (CT1) trong cùng điều kiện chăm sóc.
Chiều cao trung bình của cây rau ở CT2 đạt 18,12 cm, cao hơn 4,34 cm (tương đương 31,5%) so với CT1 (đối chứng) Đặc biệt, cây ở CT3 có chiều cao vượt trội hơn đối chứng 8,24 cm, tương ứng với mức tăng 60%.
Trong nghiên cứu, số lượng lá trên cây ở CT2 cao hơn 41,3% so với đối chứng, trong khi diện tích lá/cây gấp khoảng 1,9 lần Tương tự, CT3 cũng cho thấy số lá cao hơn 29,7% và diện tích lá gấp 1,6 lần so với đối chứng.
- Năng suất rau: Năng suất rau ở CT2 và CT3 gần tương đương nhau và cao hơn so với CT1 khoảng 1,6 lần, tăng 61,3-66%.
Giá thể hữu cơ cung cấp hàm lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu cao hơn so với đất, từ đó giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn.
Tỉ lệ sâu bệnh ở rau tại CT2 và CT3 giảm từ 49,3% đến 50,8% so với CT1 (đối chứng), nhờ vào việc sử dụng giá thể hữu cơ chứa nhiều vi sinh vật (VSV) có ích Những VSV này không chỉ giúp cây chống chịu tốt hơn với mầm bệnh mà còn tiêu diệt các VSV có hại, từ đó nâng cao chất lượng rau trồng.
Hình 4.6 Sinh trưởng của rau mồng tơi sau 10 ngày
Hình 4.7 Sinh trưởng của rau mồng tơi sau 20 ngày
Sự khác biệt giữa các công thức xét ở các chỉ tiêu đạt mức LSD 5% cho thấy hiệu quả rõ rệt của giá thể hữu cơ Cọng rau trồng trên giá thể này phát triển khỏe mạnh, to và chắc hơn, đồng thời vươn cao hơn so với đối chứng, dẫn đến năng suất cao hơn Lá rau cũng tròn, xanh và non hơn Đặc biệt, giá thể hữu cơ từ xử lý rơm rạ ở CT2 và CT3 mang lại năng suất rau cao hơn đáng kể so với CT1, trong đó giá thể ở CT2 sử dụng rơm rạ được xử lý bằng chế phẩm sinh học từ tổ hợp VSV tuyển chọn, cho hiệu quả tối ưu nhất.
Chất lượng rau trồng trên giá thể hữu cơ
Rau trồng trên giá thể hữu cơ cần tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN, theo thông tư số 106/2007/QĐ-BNN ngày 28/12/2007 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Chất lượng rau được xác định rõ trong bảng 4.13.
Bảng 4.13 Chất lượng rau trồng trên giá thể hữu cơ
Thủy ngân (Hg) (mg/kg) Đồng (Cu) (mg/kg)
Kết quả phân tích cho thấy rau trồng trên giá thể hữu cơ đạt tiêu chuẩn an toàn theo TCVN, không chứa vi sinh vật gây bệnh như Coliform và E.Coli, cũng như các kim loại nặng như Hg, Cu, Pb Hàm lượng nitrat trong CT2 và CT3 thấp hơn tiêu chuẩn, trong khi hàm lượng As chỉ đạt 0,4-0,5 mg/kg, bằng 50% tiêu chuẩn Do đó, rau trồng trên giá thể hữu cơ từ xử lý rơm rạ hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn rau an toàn theo thông tư số 106/2007/QĐ-BNN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN
Từ những kết quả đạt được, tôi rút ra một số kết luận sau:
+ VSV có hoạt tính sinh học cao và an toàn cây trồng.
Các chủng vi sinh vật (VSV) có khả năng phân giải xenlulo tốt nhất, tiếp theo là protein và tinh bột Điều này cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng các chủng VSV trong xử lý rơm rạ, vì rơm rạ chủ yếu chứa xenlulo, chiếm tới 29,38% Ngoài ra, các chủng VSV có khả năng phân hủy protein và tinh bột cũng mang lại hiệu quả cao trong quá trình xử lý.
Mỗi loại vi sinh vật (VSV) có mức độ sinh trưởng tối ưu ở các khoảng nhiệt độ khác nhau, và trong cùng một điều kiện nhiệt độ, sự phát triển của các chủng cũng có sự khác biệt Tuy nhiên, hầu hết các chủng VSV đều phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ từ 28 đến 40 độ C.
- Chủng VSV sinh trưởng khác nhau ở các mức pH khác nhau, Đa số chủng VSV sinh trưởng tốt pH trung tính
- Khả năng thích ưng trên các nguồn N, C khác nhau nhưng nhìn chung các chủng VSV đều sinh trưởng tốt trên các nguồn N, C nghiên cứu
Năm chủng vi sinh vật (VSV) có hoạt tính sinh học cao nhất được chọn lựa bao gồm NH2, NH4, NH7, XK8 và XK11 Qua việc xác định tính đối kháng bằng phương pháp cấy vạch, tất cả các chủng này đều cho thấy khả năng phát triển tốt và an toàn cho cây trồng.
+ Điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các chủng VSV tuyển chọn
Tại nhiệt độ 28°C, tất cả các chủng vi sinh vật đều thích ứng và phát triển mạnh, đạt số lượng từ 2,56-15,57.10^8 CFU/ml Ở 40°C, các vi sinh vật vẫn duy trì sự sinh trưởng tốt, mặc dù số lượng khuẩn lạc của một số chủng đã giảm Khi nhiệt độ tăng lên 60°C, chỉ có 3 chủng vi sinh vật NH2, NH4 và XK11 vẫn có khả năng sinh trưởng, nhưng với số lượng khuẩn lạc thấp.
- Mỗi tốc độ lắc khác nhau VSV có khả năng sinh trưởng khác nhau, VSV sinh trưởng cho sinh khối cao hơn khi tốc độ lắc tăng lên.
- Mỗi chủng VSV có điều kiện nhân giống tối ưu khác nhau. + Chất lượng chế phẩm sinh học dùng xử lý rơm rạ
Chế phẩm sinh học được sản xuất từ tổ hợp vi sinh vật tuyển chọn với pH trung tính, đạt 18,23.10^8 CFU/ml cho vi sinh vật hữu ích và tiêu chuẩn cho vi sinh vật tạp Do đó, chế phẩm này đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6168:2002, cho phép sử dụng hiệu quả trong việc xử lý rơm rạ.
+ Chất lượng giá thể hữu cơ từ xử lý rơm rạ
Trong quá trình ủ, nhiệt độ ở CT2 và CT3 đã tăng lên đáng kể trong 5 ngày đầu, duy trì ở mức cao trong khoảng 10 ngày trước khi giảm dần về nhiệt độ môi trường sau 30 ngày (27-30˚C) Nhiệt độ tại CT2 tăng nhanh hơn và kéo dài lâu hơn so với CT1 và CT3 Sự gia tăng và duy trì nhiệt độ cao trong 10 ngày đã tiêu diệt hầu hết các loại vi sinh vật gây bệnh như E.Coli và Salmonella (bị tiêu diệt ở 50-55˚C), rút ngắn thời gian ủ và cung cấp nhiều dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng.
Giá thể hữu cơ có màu đen tuyền, nhẹ hơn đất và chứa một số sợi ngắn từ rơm đã hoai mục, dễ dàng nát ra khi nắm Không còn mùi hôi, giá thể này mang mùi đặc trưng của phân hữu cơ và có độ ẩm khoảng 50-60%, rất phù hợp cho việc trồng cây trực tiếp.
+Đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ đến sinh trửng phát triển của rau
Rau mồng tơi phát triển tốt hơn trên giá thể hữu cơ (CT2 và CT3) so với trồng trên đất đối chứng (CT1), mang lại năng suất cao hơn trong cùng điều kiện chăm sóc.
Rau trồng trên giá thể hữu cơ cần đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN, phù hợp với thông tư số 106/2007/QĐ-BNN ban hành ngày 28/12/2007 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.
Tiếp tục thử nghiệm xử lý rơm rạ bằng chế phẩm sinh học để tạo giá thể hữu cơ, đồng thời áp dụng giá thể này trong việc trồng cây mồng tơi và các loại rau khác nhằm đánh giá hiệu quả của giá thể đối với sự phát triển của cây trồng.
Tăng cường công tác tuyên truyền vận động người nông dân thu gom rơm rạ để xử lý phế thải một cách hiệu quả.
Phổ biến và chuyển giao công nghệ xử lý rơm rạ thành giá thể hữu cơ trên quy mô lớn là cần thiết để nâng cao hiệu quả quản lý và xử lý phế thải đồng ruộng tại địa phương.
Có chính sách tạo điều kiện cho người dân vay vốn để phát triển sản xuất.
1 Nguyễn Thị Ngọc Ẩn (2007), Đánh giá hiện trạng ô nhiễm trì (Pb) trong rau xanh ở Thành Phố Hồ Chí Minh (TPHCM); tạp chí PTKH &
2 Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Quyết định số 04/2007/QĐ-BNN ngày 19/01/2007 Ban hành Quy định về quản lý sản xuất và chứng nhận rau an toàn.
3 Đinh Hồng Duyên, Phạm Thị Thảo Nguyên, Phạm Thúy Kiều (2010), Đánh giá đặc tính sinh học và định tên nấm dùng trong xử lý phế thải nông nghiệp, Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 8 (2), tr 287-295
4 Nguyễn Lân Dũng và cộng sự (2011), Giáo trình Vi sinh vật học Phần
2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, tr 5-12
5 Giá thể GT05 trồng rau an toàn http://www.farmvina com/gia-the- gt05-trong-rau/ Truy cập ngày 5/5/2014.