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 trong việc phát triển, thiết kế, quản lý, bảo tồn và phục hồi các khu vực và địa điểm xây dựng của con người Nó bao gồm các 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, cũng như thiết kế công viên và các khu vực giải trí, nhằm 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 Kể từ khi ra đời vào giữa thế kỷ XIX, kiến trúc cảnh quan đã đặt khái niệm "môi trường" làm trung tâm nghiên cứu, điều này khác biệt với quan điểm của các nhà quy hoạch và kiến trúc sư, những người xem "con người" là trung tâm.
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 nay còn khá khiêm tốn, với Hà Nội chỉ đạt khoảng 2m²/người, thấp hơn nhiều so với các thành phố hiện đại như Singapore (30,3m²/người), Seoul (41m²/người) và Berlin (50m²/người) Theo quy hoạch đến năm 2030, tỷ lệ cây xanh của Hà Nội dự kiến sẽ nâng lên 10-12m²/người, nhưng vẫn chưa đáp ứng được tiêu chuẩn quốc tế Để tạo ra một môi trường sống xanh đa dạng và khỏe mạnh, cần có những phương pháp sáng tạo trong việc phát triển không gian xanh Nhiều quốc gia trên thế giới đã thành công trong việc kiến tạo không gian xanh, như Copenhagen, Reykjavik, Malmo, Vancouver, và Curitiba, cho thấy tầm quan trọng của việc đưa thiên nhiên vào cuộc sống đô thị.
Tại Australia, Sydney và Melbourne đã triển khai chương trình xanh hóa mái nhà tại các trung tâm thương mại nhằm thu hút du khách và cải thiện môi trường sống cho cư dân và người lao động Chính quyền thành phố 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 trồng cây nhỏ gọn đến khu vườn rộng 2.600m² trên nóc tòa nhà MCentral tại 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 với chiều cao được kiểm soát và cắt tỉa hợp lý, tạo ra không gian xanh mát với cây thân gỗ, dây leo, cây bụi và hoa Những hàng cây me Tây lâu năm trên các đại lộ chính có độ che phủ rộng đến 30m, mang lại bóng mát vào ban ngày và tỏa hương thơm vào ban đêm khi lá cây khép lại Thiết kế cây xanh tại đây không chỉ nhằm tạo bóng mát mà còn đảm bảo hệ thống chiếu sáng công cộng không bị che khuất vào buổi tối.
Curitiba, Brazil, là một ví dụ điển hình về chính sách ưu đãi thuế nhằm phát triển các dự án môi trường và sinh thái Thành phố này không chỉ nổi bật với hơn 30 công viên và một lượng cây xanh phong phú, mà còn giải quyết hiệu quả vấn đề lũ lụt Trong suốt 30 năm qua, Curitiba đã tăng không gian xanh từ 1m²/người lên 52m²/người và dự kiến sẽ tiếp tục tăng Người dân đã cùng nhau trồng 1,5 triệu cây xanh dọc 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 nỗ lực sáng tạo những giải pháp độc đáo để tạo ra môi trường xanh, thân thiện và duy trì 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 đã triển khai chiến lược vườn tường, vườn mái và tạo ra không gian xanh ở khắp nơi, mang lại màu xanh thiên nhiên cho đô thị 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 mong muốn đạt được.
Singapore là hình mẫu lý tưởng cho nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, nhờ vào những thành tựu ấn tượng của mình Một số khu đô thị tại Việt Nam đã áp dụng những bài học từ Singapore vào việc xây dựng và quy hoạch khu dân cư Cây xanh không chỉ được trồng mới trên các tuyến đường và công viên mà còn được tích hợp vào quy hoạch tổng thể của các khu đô thị và khu dân cư mới.
Hiện nay, không gian xanh được coi là tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng cuộc sống và sự văn minh đô thị tại Việt Nam Các khu đô thị mới, chung cư và cao ốc văn phòng có giá trị cao hơn và thu hút khách hàng nhờ vào cảnh quan môi trường và những mảng xanh Điển hình như khu Thảo Điền (quận 2, TP Hồ Chí Minh) và khu đô thị Phú Mỹ Hưng (quận 7, TP Hồ Chí Minh) với diện tích phủ xanh ấn tượng.
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 hiện đại 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 dễ chịu.
Vật liệu sinh học
Ngành học về vật liệu sinh 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 chủ yếu tập trung vào việc tổng hợp, tối ưu hóa và đánh giá đặc tính sinh học của các tương tác giữa vật liệu và vật chủ Thông thường, các VLSH gây ra phản ứng sinh học không đặc hiệu Hiện nay, các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển các bề mặt được kĩ nghệ hóa để phù hợp với các ứng dụng cụ thể.
VLSH là 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 trong điều kiện tự nhiên mà không cần thanh trùng, đảm bảo tính chất tự nhiên của sản phẩm.
VLSH được sản xuất bằng cách phối trộn các nguyên liệu trong điều kiện vô trùng, đảm bảo chất lượng và an toàn cho sản phẩm (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 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 Hầu hết các quá trình diễn ra trong đất, như mùn hóa, khoáng hóa và giải phóng chất dinh dưỡng vô cơ từ hợp chất khó tan, đều có sự tham gia của VSV.
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, đóng vai trò quan trọng trong môi trường như tăng độ phì nhiêu của đất, cải tạo đất và xử lý ô nhiễm Chúng cung cấp chất dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng thông qua quá trình cố định đạm và phân hủy chất khó tiêu, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Việc lựa chọn giống VSV để bổ sung vào vật liệu sinh học phải đảm bảo các chủng có ích đã được tuyển chọn, có hoạt lực và khả năng cạnh tranh cao, đồng thời không gây hại Đặc biệt, các chủng nấm rễ nội cộng sinh AM đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nông nghiệp ở nhiều quốc gia.
Chất nền là môi trường cấy ghép vi sinh vật (VSV), cung cấp điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại và phát triển của chúng Nó còn hỗ trợ trong việc vận chuyển, bảo quản và duy trì hiệu lực của vật liệu sinh học (VLSH) Để đảm bảo VSV phát triển, chất nền cần chứa một lượng dinh dưỡng nhất định và không được có chất độc hại cho 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).
Chất mang dạng vô cơ là các dạng phân lân thiên nhiên, chỉ nên sử dụng để bón lót sớm vào đất nhằm cung cấp lân hiệu quả cho cây trồng Phân lân thường được bón theo hàng hoặc theo hốc, càng gần rễ cây càng tốt, rất phù hợp cho việc cải tạo đất Tuy nhiên, hiệu quả của phân lân tự nhiên phụ thuộc vào độ mịn của phân và kéo dài qua nhiều vụ, chỉ phát huy hiệu quả khi bón đủ đạm và các loại phân khác, đặc biệt là trong đất nghèo dinh dưỡng.
Chất mang dạng hữu cơ không tan trong nước, có tính trung tính hoặc kiềm yếu, và có khả năng cải tạo đất hiệu quả nhưng đòi hỏi thời gian và lượng lớn Về mặt dinh dưỡng, chúng là phân đa yếu tố với tỷ lệ chất dinh dưỡng thấp và ở dạng khó tiêu cho cây trồng, do đó khó đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, đặc biệt trong giai đoạn sinh trưởng và khi cây cần nhiều dinh dưỡng hơn (Nguyễn Như Hà, 2011).
Chất phụ gia trong VLSH có thể bao gồm các chất dinh dưỡng cho cây trồng, với phân bón là nguồn cung cấp chính dinh dưỡng vô cơ qua hô hấp của rễ Việc bổ sung phân bón vào VLSH giúp nâng cao giá trị sử dụng của vật liệu Tuy nhiên, cần chú ý lựa chọn chất phụ gia phù hợp với sự hiện diện của vi sinh vật trong VLSH.
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 theo mùa Chúng thường tập trung quanh rễ cây, giúp thực vật khai thác tiềm năng của đất trồng Một trong những loại nấm quan trọng là Mycorrhizae, hay còn gọi là nấm rễ, được Frank phát hiện lần đầu vào năm 1885 khi nghiên cứu mối liên hệ giữa sợi nấm và rễ cây thông cũng như một số cây lá rộng Từ "Mycorrhizae" được hình thành từ các từ Hy Lạp "Myker" (rễ cây) và "Rhiza", kết hợp với từ tiếng Anh "Myco".
Nấm rễ là hiện tượng cộng sinh phổ biến trong tự nhiên, nơi nấm nhận carbon và dinh dưỡng từ thực vật, trong khi thực vật nhận nước và chất dinh dưỡng cần thiết Hiện tượng này mang lại lợi ích cho cả hai bên và thường xuất hiện ở các loại cây trồng khác nhau, đặc biệt là trong các quần xã thực vật đa dạng như rừng nhiệt đới và đồng cỏ ôn đới, trong khi tỷ lệ này thấp hơn ở đất khô cằn hoặc đất giàu dinh dưỡng (Trần Văn Mão, 2011).
Nấm được phân loại thành ba nhóm chính dựa trên các kiểu kết hợp khác nhau với cây chủ, bao gồm: Ectomycorrhizae, Endomycorrhizae và Ectoendmycorrhizae (Trần Văn Mão, 2011; Trần Thị Dạ Thảo, 2007).
Ectomycorrhizae là loại nấm cộng sinh ngoại cộng sinh với rễ cây, phát triển trên bề mặt rễ mà không xâm nhập vào tế bào, tạo thành mạng lưới trong không gian ngoại bào gọi là Hartig Chúng đặc trưng bởi các sợi khuẩn ty trên bề mặt rễ, làm cho bộ rễ trở nên ngắn, to, giòn và có màu sắc đa dạng Ectomycorrhizae thường không có hình dạng hay màu sắc cố định, dễ nhận diện bằng mắt thường Sự kết hợp này chủ yếu diễn ra giữa nấm cộng sinh và các loại cây gỗ lớn trong rừng như bạch dương, sồi, thông và liễu.
Nấm VAM (Vesicular Arbuscular Mycorrhizae) là loài nấm cộng sinh đặc biệt, kết hợp với rễ cây thông qua các sợi nấm xuyên qua tế bào và rễ cây chủ, tạo nên 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, và chúng xuyên qua vách tế bào để tạo thành vòi hút Việc phân biệt các loài nấm này bằng mắt thường là rất khó khăn.
Dựa vào cấu trúc của sợi nấm, người ta phân loại 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 Dạ Thảo,
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 đi Bên trong bào tử có chứa lipid, tế bào chất và nhiều nucleid.
Sợi nấm bắt đầu phát triển khi bào tử nảy mầm trong sự hiện diện của rễ cây, tạo nên sự kết hợp Mycorrhiza Tuy nhiên, sợi nấm có khả năng phát triển giới hạn và sẽ chết sau vài tuần nếu không tiếp xúc với rễ ký chủ Chức năng chính của chúng là hấp thu chất dinh dưỡng và tăng cường sự kết nối với rễ, đồng thời hỗ trợ trong việc hình thành bào tử nấm.
Bụi là cấu trúc phân nhánh phức tạp hình thành bên trong tế bào vỏ rễ, bắt nguồn từ sự chia đôi của nhánh và sự nén bề rộng của sợi nấm Quá trình này bắt đầu từ thớ sợi nấm có đường kính từ 5-10 µm và kết thúc với sự phát triển mạnh mẽ của các cành nhỏ sợi nấm có đường kính khoảng 1 µm Bụi đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi dinh dưỡng giữa nấm và cây chủ.
Túi là cấu trúc phát triển giúp tích lũy sản phẩm dự trữ trong nhiều loại VAM, được hình thành từ sự phình to của sợi nấm trong tế bào vỏ rễ và chứa lipid cùng tế bào chất Túi có thể hiện diện cả trong và ngoài gian bào, đóng vai trò quan trọng như yếu tố lan truyền giống (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 cộng sinh AM, sợi nấm xâm nhập vào tế bào vỏ rễ và phát triển bên trong, hình thành các cấu trúc arbuscules và vesicules Cấu trúc arbuscules được tạo ra từ các cành nhánh của sợi nấm, bao gọn trong huyết tương của tế bào cây chủ, giúp tăng bề mặt tiếp xúc giữa sợi nấm và nguyên sinh chất 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 nấm và cây cung cấp cacbon cho nấm dưới dạng glucoza và saccaroza từ quá trình quang hợp của cây Cacbonhydrat được chuyển từ lá xuống rễ và đến hệ sợi nội bào của nấm gắn kết với tế bào rễ, trong khi cây nhận được khoáng chất và nước từ hệ sợi nấm trong đất Hệ sợi nấm có khả năng phát triển dài dọc theo bề mặt rễ, tạo thêm nhiều điểm xâm nhập vào rễ và kết nối với các hạt đất Theo Smith (1990), chiều dài trung bình của sợi nấm trong đất là khoảng 1m cho mỗi 1cm rễ, giúp mở rộng hàng nghìn centimet từ bề mặt rễ để cây hấp thu các 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 của cây cũng là giá đỡ cần thiết để bào tử nấm rễ có thể hình thành mối quan hệ cộng sinh với cây trồng.
Nấm rễ đóng vai trò quan trọng trong đời sống thực vật trên cạn, ảnh hưởng đến kinh tế, khoa học và các chu trình vật chất, năng lượng trong tự nhiên (Brudrett MC, 2012).
Sợi nấm cộng sinh là yếu tố quan trọng giúp mở rộng diện tích hấp thu của rễ cây, làm tăng bề mặt tiếp xúc và khả năng hấp thụ nước cũng như chất dinh dưỡng từ đất Nấm rễ không chỉ hỗ trợ cây trong việc thu thập tài nguyên mà còn cải thiện sức khỏe tổng thể của hệ rễ.
Tình hình nghıên cứu ứng dụng của nấm rễ và vật lıệu sınh học trên thế gıớı và Vıệt Nam 17 1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng AM và vật liệu sinh học trên thế giới
de Golfde Sotogrande, Club de Golf El Zaudin (Seville) và La Cala Golf ở Tây Ban Nha hay bãi cỏ Vale do Lobo Golf ở Bồ Đào Nha (Mycosym.com).
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, lâm nghiệp cũng như trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.
Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã phân lập nấm nội cộng sinh trong đất vườn ươm kết hợp với một số 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 nội cộng sinh và thành phần loài nấm khác nhau Cây chủ đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại và phát triển của các loài nấm này Mật độ nấm tập trung chủ yếu ở tầng đất mặt từ 0 – 10 cm, giảm rõ rệt khi sâu hơn Điều này khẳng định tiềm năng lớn của nấm nội cộng sinh trong đất.
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2005, 2007, 2014) đã phân lập nấm mycorrhiza (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, tăng cường khả năng chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt, từ đó hỗ trợ 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 để xử lý đất nông nghiệp ô nhiễm kim loại nặng Nấm rễ nổi bật với khả năng chống chịu và chuyển hóa khoáng chất, giúp tăng cường khả năng hấp thụ của cây, từ đó làm sạch đất.
Vi khuẩn nốt sần Rhızobıum
P2O5/1kg 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 250 – 300 bào tử/10g Sản phẩm này giúp Mycorrhizae phát triển cộng sinh trên rễ cây, từ đó thúc đẩy sự tăng trưởng mạnh mẽ và hấp thu dinh dưỡng, nước hiệu quả Nhờ vậy, cây sẽ 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 được áp dụng cho tất cả các loại cây trồng, có thể bón trực tiếp vào bộ rễ hoặc phối hợp với 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 chế phẩm nấm rễ ECM dưới dạng viên nang Họ thử nghiệm các dung dịch bảo quản và đánh giá hiệu quả cộng sinh của chế phẩm này 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, với năng suất 1g sinh khối nấm tinh khiết sản xuất được 100g chế phẩm bằng kỹ thuật tạo viên nang trong dung dịch CaCl2 0,1M Chế phẩm này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chống lại sự tấn công của vi sinh vật nhờ vào lớp keo alginate bao bọc.
Nghiên cứu ứng dụng của nấm rễ cộng sinh tại Việt Nam vẫn chưa được triển khai rộng rãi, đặc biệt trong việc tái tạo thảm thực vật nhằm làm đẹp cảnh quan đô thị bằng các vật liệu sinh học từ nấm rễ.
2.6 VI KHUẨN NỐT SẦN RHIZOBIUM
2.6.1 Một vài đặc điểm của Rhizobium
Vi khuẩn Rhizobium, một loại vi khuẩn hiếu khí có hình dạng que, kích thước từ 0,5 – 0,9 x 1,2 – 3 µm, sống trong đất và có khả năng xâm nhiễm vào rễ cây họ đậu, tạo thành nốt sần Chúng không sinh bào tử và sinh sản bằng cách phân bào, trong giai đoạn còn non, Rhizobium có khả năng di động nhờ tiên mao.
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 như photpho, kali và canxi từ hợp chất vô cơ và hữu cơ Trong môi trường rễ cây họ đậu, Rhizobium sinh sản nhanh chóng khi gặp điều kiện thuận lợi Chúng tiết ra hoạt chất làm mềm lớp biểu bì lông hút, xâm nhập vào kẽ nốt trên lông hút và phát triển thành “sợi xâm nhiễm” Lông hút quăn lại, 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 là quốc gia hàng đầu Đông Nam Á trong việc sử dụng phân bón vi khuẩn nốt sần, với lượng chế phẩm tăng từ 3,36 tấn/năm năm 1995 lên 203,28 tấn/năm năm 1997 Tại Việt Nam, nghiên cứu về phân bón vi sinh cố định đạm đã được tiến hành từ năm
Mặc dù được nghiên cứu từ năm 1960, nhưng đến năm 1980, chế phẩm Vinaga và Rhidafo mới được thử nghiệm cho cây đậu tương và 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 là than bùn đã được hoàn thiện trong chương trình 52B-01-03.
Việc sản xuất các chế phẩm phân bón vi khuẩn nốt sần hiện vẫn gặp nhiều hạn chế, đặc biệt là thiếu nhà máy quy mô lớn để ứng dụng trong nông nghiệp đại trà Chi Cỏ ba lá (Trifolium) bao gồm khoảng 300 loài thực vật thuộc họ đậu, chủ yếu phân bố ở các khu vực ôn đới Bắc bán cầu, nhưng cũng tồn tại ở những vùng núi nhiệt đới Các cây này thường là cây thân thảo, có thể sống một năm hoặc lâu năm, với đặc điểm là có ba lá chét, trong khi trường hợp có năm lá chét rất hiếm gặp.
Cây 7 lá chét có đặc điểm nhận diện với các lá kèm hợp sinh tại cuống lá, cùng với các cụm hoa đa dạng màu sắc như đỏ, tím, và trắng; trong khi hoa màu vàng rất hiếm gặp Những hạt nhỏ của cây được bảo vệ bên trong đài hoa.
Cỏ ba lá (Trifolium) là nguồn thức ăn giá trị với hàm lượng protein cao, thường được tiêu thụ sau khi luộc từ 5-10 phút Hoa khô và hạt của cỏ ba lá có thể chế biến thành bột dinh dưỡng hoặc sử dụng như chè Cây đậu mèo (Mucuna prurient) thuộc họ đậu Fabaceae, có nguồn gốc từ châu Phi và châu Á, là cây bản địa ở miền núi Việt Nam, đặc biệt từ Quảng Bình trở ra Cây này chứa nhiều dinh dưỡng, tương đương với đậu tương, với năng suất tiềm năng 2,0-3,0 tấn/ha trong điều kiện khô hạn Nghiên cứu đã xác định 8 giống đậu mèo có khả năng đạt năng suất từ 3,36-5,0 tấn/ha, đóng góp quan trọng cho phát triển nguồn nguyên liệu thức ăn chăn nuôi ở Việt Nam.
(2014) Tạp chí NN & PTNT Cỏ Đậu phụng, cỏ Lạc cảnh, cỏ Hoàng Lạc, Lạc dại.)
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 tính khả thi và hiệu suất của vật liệu sinh học trong ứng dụng thực tiễn.
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 nhất 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, sau đó hòa với 1 lít nước và khuấy đều Loại bỏ tàn dư thực vật và bóp nhỏ các cục đất lớn Để lắng trong 20 giây, sau đó đổ dung dịch qua bộ sàng với kích cỡ lỗ từ 1.000 µm đến 50 µm Quá trình này được lặp lại để đảm bảo độ chính xác.
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
Phương pháp nghıên cứu
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 thu thập từ vùng rễ ở độ sâu 15-20cm, sau đó hòa trộn với 1 lít nước Tiến hành khuấy đều, loại bỏ tàn dư thực vật và bóp nhỏ các cục đất lớn Sau 20 giây lắng, đổ dung dịch qua bộ sàng với kích thước lỗ giảm dần từ 1.000 µm đến 50 µm Quá trình này cần được lặp lại để đảm bảo độ chính xác.
Sau khi thực hiện 3 lần lọc, các thành phần còn lại trên sàng sẽ 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
Nghiên cứu được thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam, tập trung vào các cây họ đậu như lạc, đậu tương và điền thanh, cùng với các cây họ hòa thảo như cỏ gừng, cỏ tranh và cỏ mần trầu Đất vùng rễ được thu thập trong khoảng 15-20 cm theo phương pháp của Phillip J.M và Hayman D.S (1970) Đối với các cây họ đậu, nguyên bộ rễ được lấy để thu nhận nốt sần.
Phân lập các chủng giống vi khuẩn Rhizobium từ nốt sần cây họ đậu trên môi trường chuyên tính (YMA).
3.5.4 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Arbuscular mycorrhizae Đánh giá hoạt tính sinh học của các chủng giống AM theo phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp (tỷ lệ nảy mầm, sự phát triển của hệ sợi và quá trình sinh trưởng của bào tử nấm rễ trong dung dịch chiết và khả năng cộng sinh trên cây chủ) Dung dịch dinh dưỡng được chiết theo tỷ lệ 1:10, phân vào các ô của hộp nuôi cấy bằng plastic (2ml/ô) Bào tử Arbuscular mycorrhizae được khử trùng bề mặt bằng Chloramin T và Streptomycin rồi rửa sạch bằng nước vô trùng trước khi nuôi cấy trong dung dịch chiết (1 bào tử/ô, theo dõi 10 bào tử/giống) trong điều kiện tối ở 25 0 C Sau 30 ngày nuôi cấy, xác định số lượng bào tử theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau, sự phát triển của hệ sợi và sự nảy mầm của bào tử nấm rễ (Nguyễn Thị Minh và cs., 2005, 2014). Đặc tính đánh giá:
- Theo dõi quá trình sinh trưởng của bào tử theo 4 cấp độ: + Giai đoạn ban đầu (Kiểu A): Chưa hình thành sợi.
+ Giai đoạn 2 (Kiểu B): Hình thành 1 sợi ngắn.
+ Giai đoạn phát triển (Kiểu C): Sợi nấm bắt đầu phân nhánh.
+ Giai đoạn trưởng thành (Kiểu D): Sợi nấm phân nhiều nhánh, hình thành các cấu trúc đặc trưng.
- Theo dõi tỷ lệ nảy mầm của bào tử và sự phát triển của hệ sợi sau 30 ngày nuôi cấy theo 3 mức phân hạng:
+ Phát triển nhẹ (mức I): Bào tử phát triển một vài sợi.
Phát triển vừa phải (mức II) thể hiện số lượng sợi nấm phát triển ở mức trung bình, trong khi phát triển mạnh (mức III) mô tả sự sinh trưởng tối đa của sợi nấm với nhiều cấu trúc đa dạng.
3.5.5 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Rhizobium Đánh giá hoạt tính sinh học của các chủng giống Rhizobium theo phương pháp nuôi cấy trực tiếp trên môi trường YMA ở các điều kiện khác nhau GiốngRhizobium được phân loại dựa trên phản ứng đổi màu trên môi trường YMA có chứa Bromothymol blue (20mg/l) do khả năng axit hóa hay kiềm hóa môi trường của chủng giống Rhizobium khi sinh trưởng và phát triển (Saeki et al., 2005).
3.5.5 Phương pháp đánh giá đặc tính sinh học trực tiếp các giống Rhizobium
Đánh giá khả năng cộng sinh trên cây chủ và lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ 26 3.5.7 Phương pháp phân tích các tính chất (vật lý, hóa học, sinh học) của chất nền 26 3.5.8 Phương pháp xác định tỷ lệ nảy mầm của hạt giống
Khả năng cộng sinh của các chủng nấm rễ được đánh giá thông qua thí nghiệm chậu vại theo phương pháp của Viencent, nhằm xác định hiệu quả của nấm arbuscular mycorrhizal (AM) trên cây chủ.
(1976) Thí nghiệm được bố trí với ba lần nhắc lại trong chậu đất vô trùng (100g) đối với cây họ hòa thảo đã lựa chọn.
Hạt giống được khử trùng bằng dung dịch NaClO 10%, rửa sạch với nước cất và nảy mầm trên giấy lọc ẩm trong đĩa petri vô trùng ở nhiệt độ 25°C Khi cây con phát triển với rễ dài khoảng 2-3 cm, chúng sẽ được chuyển vào chậu đất vô trùng (3 cây/100g đất) Đất được sàng qua rây 2mm và khử trùng hai lần ở 80°C trong nồi hấp trước khi sử dụng Bào tử AM được đưa vào hệ rễ của cây chủ với tỷ lệ 10 bào tử/chậu Sau 30 ngày xử lý nấm rễ ở 25°C với 12 giờ ánh sáng mỗi ngày, các chỉ tiêu sinh trưởng của cây chủ và sự thiết lập quan hệ cộng sinh của nấm rễ sẽ được xác định.
Các chỉ tiêu theo dõi gồm: chiều cao cây, chiều dài rễ, trọng lượng thân tươi, trọng lượng rễ tươi.
Tỷ lệ xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây chủ được xác định bằng phương pháp phóng đại ô giao nhau của McGonigle (1990) và số lượng bào tử được đếm thông qua thí nghiệm chậu vại sử dụng phương pháp sàng ướt cải tiến.
Rễ cây được làm sạch và nhuộm bằng Trypan blue trước khi quan sát dưới kính hiển vi Mẫu tiêu bản được đặt trên lam kính chia ô kích thước 1mm để đếm chiều dài rễ có cấu trúc AM và tổng chiều dài rễ, từ đó tính toán phần trăm xâm nhiễm.
3.5.7 Phương pháp phân tích các tính chất (vật lý, hóa học, sinh học) của chất nền
Các chỉ tiêu vi sinh vật, carbon hữu cơ tổng số, nitơ tổng số, photpho tổng số, kali tổng số, pH H2O và độ ẩm của các nguyên liệu được chọn làm chất nền được xác định bằng các phương pháp tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm theo TCVN.
Các chỉ tiêu vi sinh được xác định thông qua phương pháp pha loãng Koch, cho phép tính toán số lượng tế bào bằng cách đếm số khuẩn lạc hình thành khi nuôi cấy trên môi trường chuyên dụng bán rắn.
+ Xác định Cacbon hữu cơ tổng số: TCVN 6644:2000 – phương pháp Walkley & Black.
+ Xác định Nitơ tổng số: TCVN 6498: 1999 – phương pháp
+ Xác định Photpho tổng số: TCVN 4052: 1985 – phương pháp so màu xanh Molipden.
+ Xác định Kali tổng số TCVN 4053: 1985 – phương pháp quang kế ngọn lửa.
+ Xác định pH: TCVN 4402: 1987 – đo bằng pH
+ Xác định độ ẩm: TCVN 1867: 2001 – phương pháp sấy khô.
3.5.8 Phương pháp xác định tỷ lệ nảy mầm của hạt giống
Hạt giống được nảy mầm trong điều kiện vô trùng bằng cách lấy ngẫu nhiên 100 hạt mỗi loại và lặp lại 3 lần Quy trình khử trùng bao gồm sử dụng cồn etanol 95% trong 1 phút, sau đó là dung dịch NaHClO 5% trong 1 phút (thực hiện 3 lần), và rửa lại nhiều lần bằng nước vô trùng Tiếp theo, hạt giống được ngâm trong nước ở nhiệt độ khoảng 60°C trong 2 giờ Cuối cùng, hạt được nảy mầm trên giấy lọc ẩm trong đĩa petri vô trùng ở nhiệt độ 25°C, được đặt trong tủ định ôn.
Tỷ lệ hạt nảy mầm = (số hạt nảy mầm/tổng số hạt đem gieo)× 100%
Theo dõi sự nảy mầm của hạt giống trong 7 ngày, với các chỉ tiêu bao gồm thời gian nảy mầm, tỷ lệ nảy mầm và chiều dài rễ, giúp đánh giá hiệu quả sinh trưởng và phát triển của hạt giống.
Phương pháp đánh giá hiệu quả tái tạo thảm cỏ của vật liệu sinh học
Thí nghiệm đồng ruộng đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của vật liệu sinh học trong việc tái tạo thảm thực vật Nghiên cứu sử dụng 2 công thức với 3 lần lặp lại, được bố trí theo khối ngẫu nhiên, với diện tích mỗi ô thí nghiệm là 1m².
CT1 – Đối chứng (ĐC): gieo hạt và bổ sung dinh dưỡng tương ứng có trong vật liệu sinh học.
CT2 – Vật liệu sinh học (VLSH): Gieo hạt và bổ sung vật liệu sinh học (VLSH).
Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả của vật liệu sinh học
Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm chiều dài thân và rễ cây, trọng lượng thân và rễ cây, cùng với chỉ số diện tích lá (LAI), được xác định thông qua phương pháp cân đo trực tiếp.
Tỷ lệ che phủ của cây bụi và thảm tươi được tính bằng phần trăm giữa diện tích mà chúng chiếm giữ so với tổng diện tích đất khảo sát Để xác định tỷ lệ che phủ, người ta sử dụng chỉ số diện tích lá (LAI).
Kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê bằng chương trình IRRISTAT.