THIỆU CHUNG VỀ PHÂN BÓN
1Khái niệm
Phân bón là nguồn dinh dưỡng thiết yếu mà con người cung cấp cho cây trồng, bao gồm các chất như đạm (N), lân (P), kali (K) cùng với các nguyên tố vi lượng như Fe, Mg, Ca, S, Zn, Cu, Bo Vai trò của phân bón rất quan trọng trong việc tăng năng suất cây trồng, bảo vệ sức khỏe cây và cải thiện độ phì nhiêu của đất.
I.2 Lịch sử phát triển của phân bón vi sinh
Phân bón vi sinh Nitragin, được sản xuất lần đầu bởi Noble Hiltner tại Đức vào năm 1896, đã nhanh chóng mở rộng ra nhiều quốc gia khác Sau đó, sản phẩm này được phát triển tại Mỹ vào năm 1896, Canada năm 1905, Nga năm 1907, Anh năm 1910 và Thụy Điển năm 1914.
Nitragin là loại phân bón vi sinh được phát triển từ vi khuẩn Rhizobium, lần đầu tiên được Beijerink phân lập vào năm 1888 và đặt tên bởi Fred vào năm 1889, nhằm bón cho cây họ đậu Kể từ đó, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để mở rộng sản xuất phân bón vi sinh cố định nitơ, kết hợp với các vi sinh vật có ích khác như Frankia spp, Azotobacter spp, Clostridium, Pasterium, và Beijerinkia indica, cũng như các xạ khuẩn có khả năng phân giải cellulose và chuyển hóa phospho, kali từ dạng khó hòa tan sang dạng dễ hấp thụ cho cây trồng Tại Việt Nam, nghiên cứu về phân vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân đã bắt đầu từ năm 1960, và đến năm 1987, phân Nitragin trên nền than bùn đã được hoàn thiện Đến năm 1991, hơn 10 đơn vị nghiên cứu trong cả nước đã tập trung vào việc phân lập các chủng vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân.
Rác thải hữu cơ: các loại rác thải hữu cơ trong sinh hoạt hằng ngày
Than bùn đã được hoạt hoá:bùn có ở khắp các nơi như cống rãnh, mương, hồ,
Phế phẩm nông nghiệp và công nghiệp bao gồm các loại rác thải có nguồn gốc từ thực vật như lá cây, vỏ lương thực (vỏ dừa, vỏ trấu, vỏ cà phê) và phân chuồng Ngoài ra, còn có các phế thải từ quy trình sản xuất công nghiệp như sản xuất bia, thức ăn gia súc và thực phẩm.
Quặng apatit hay phosphorit nghiền nhỏ
Chất xúc tác sinh học
LOẠI
PHÂN VÔ CƠ
Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng và vi sinh vật, với nguồn dự trữ tự nhiên phong phú Trong không khí, nitơ chiếm khoảng 78,16% thể tích, tương đương với khoảng 8 triệu tấn nitơ trên mỗi hectare đất Lượng nitơ này có khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng trong hàng chục triệu năm nếu cây có thể đồng hóa được chúng.
Biến không khí thành phân đạm là khả năng tự nhiên của cây họ đậu và tảo lam Để hỗ trợ quá trình này, các nhà khoa học đã phát triển phân vi sinh vật cố định đạm, như phân Nitragin cho cây họ đậu và phân Azogin cho cây hòa thảo, đặc biệt là cây lúa.
Phân đạm vi sinh là loại phân bón chứa các vi sinh vật sống được chọn lọc, có khả năng cố định nitơ, cung cấp hợp chất chứa nitơ cho đất và cây trồng Sản phẩm này không chỉ nâng cao năng suất và chất lượng nông sản mà còn cải thiện độ màu mỡ của đất Đặc biệt, phân bón vi sinh cố định nitơ không gây hại cho con người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản.
Lân (P) là yếu tố thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng, nhưng thường không đủ trong đất, đặc biệt là đối với các cây có năng suất cao trong nông nghiệp Để cải thiện hàm lượng lân trong đất, việc bón phân hữu cơ và vùi xác động vật là những biện pháp hiệu quả.
Phân bón vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan, hay còn gọi là phân lân, là sản phẩm chứa nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ tế bào đạt tiêu chuẩn Sản phẩm này có khả năng chuyển hoá photpho khó tan thành dạng dễ tiêu, cung cấp cho đất và cây trồng, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Đặc biệt, phân lân cùng các vi sinh vật này không gây hại cho con người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản.
Lân vô cơ thường tồn tại dưới dạng khoáng như apatit, phosphoric, phosphat sắt và phosphat nhôm Để cây trồng có thể hấp thụ được, lân cần được chế biến thành dạng dễ tan hơn.
P luôn luôn tuần hoàn chuyển hóa nhờ vi sinh vật, trong đó lân hữu cơ được vô cơ hóa thành muối của axit phosphoric Một phần lân này được sử dụng và biến thành lân hữu cơ, trong khi phần còn lại bị cố định dưới dạng lân khó tan như Ca3(PO2)2, FePO4, AlPO4 Những dạng lân khó tan này có thể chuyển hóa thành dạng dễ tan trong môi trường có pH thích hợp, và vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Phân hữu cơ thường có mặt trong xác động vật và thực vật, nhưng cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp loại phân này Thay vào đó, cây chỉ có thể hấp thụ phân vô cơ dưới dạng hòa tan Vì vậy, vi sinh vật trong đất đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa phân hữu cơ thành dạng mà cây có thể sử dụng.
Trong đất các dạng lân hữu cơ thường gặp là: Phytin, axit nucleic,nucleoprotein, phospholipit.
Phytin là muối canxi và magiê của axit phytic, đóng vai trò quan trọng trong đất với tỷ lệ chiếm từ 40-80% phospho hữu cơ Các chất có liên quan đến phytin bao gồm inositol, inositolmonophosphat và inositoltriphosphat, tất cả đều có nguồn gốc thực vật.
Axit nucleic và nucleoprotein trong đất chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật và vi sinh vật, với hàm lượng chiếm khoảng dưới 10%.
Phospholipit:Sự kết hợp giữa lipit và phosphat không nhiều trong đất.
PHÂN HỮU CƠ
II.2.1 Phân hữu cơ sinh học
Phân bón hữu cơ là sản phẩm được tạo ra từ quá trình lên men vi sinh vật, phân hủy các hợp chất hữu cơ từ nhiều nguồn khác nhau như phế thải nông nghiệp, lâm nghiệp, chăn nuôi, chế biến, đô thị và sinh hoạt Sản phẩm này chứa chất mùn ổn định, an toàn cho sức khỏe cây trồng, không có mầm bệnh và không thu hút côn trùng, đồng thời có thể được lưu trữ dễ dàng.
II.2.2 Phân hữu cơ vi sinh vật
Phân bón hữu cơ vi sinh vật, hay còn gọi là phân hữu cơ vi sinh, được sản xuất từ các nguyên liệu hữu cơ khác nhau nhằm cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo đất Sản phẩm này chứa nhiều chủng vi sinh vật sống được tuyển chọn với mật độ đạt tiêu chuẩn, giúp nâng cao năng suất và chất lượng nông sản Đặc biệt, phân hữu cơ vi sinh không gây hại cho con người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản.
Phân hữu cơ vi sinh không chỉ nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, mà còn cải thiện tính chất đất, bao gồm các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học Chỉ số dư tồn nitrate trong sản phẩm là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của phân bón này trong việc nâng cao phẩm chất nông sản.
Phân vi sinh được cấu thành từ các vi sinh vật có ích đã được tuyển chọn, có thể là một hoặc nhiều chủng khác nhau Ngoài ra, phân vi sinh còn bao gồm chất mang, có thể là thanh trùng hoặc không thanh trùng, cùng với các vi sinh vật tạp.
Chất mang là môi trường cho vi sinh vật phát triển, giúp dễ dàng trong việc vận chuyển, bảo quản và sử dụng Để đảm bảo an toàn, chất mang phải không chứa các chất độc hại cho vi sinh vật, con người, động thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản.
Vi sinh vật được tuyển chọn là những loại vi sinh vật đã được nghiên cứu và đánh giá về hoạt tính sinh học cũng như hiệu quả sinh học đối với đất và cây trồng, nhằm phục vụ cho quá trình sản xuất phân vi sinh.
Vi sinh vật tạp theo quy định này là vi sinh vật có trong phân nhưng không thuộc loại vi sinh vật đã được tuyển chọn.
Phân vi sinh vật là chế phẩm từ các sinh vật sống hữu ích, có khả năng cạnh tranh và hoạt lực cao Khi được bón vào đất và cây trồng, chúng giúp ổn định quá trình phát triển của cây Tuy nhiên, sau khi thu hoạch, mật độ các chủng vi sinh vật này giảm mạnh, dẫn đến sự cân bằng trong quần thể vi sinh vật đất Để duy trì hiệu lực của các sinh vật hữu ích, cần tiếp tục bón phân vi sinh vật cho các vụ trồng tiếp theo.
Thời gian sống của vi sinh vật trong chế phẩm rất quan trọng, phụ thuộc vào đặc tính của từng giống vi sinh vật, thành phần của chế phẩm và điều kiện môi trường mà chúng sinh sống.
Vi sinh vật và cây trồng có mối quan hệ cộng sinh đặc biệt, với mỗi chủng vi sinh vật thường chỉ tương thích với một số loại cây nhất định Do đó, mỗi loại phân vi khuẩn nốt sần chỉ phù hợp với những đối tượng cây cụ thể, đảm bảo hiệu quả tối ưu trong việc phát triển cây trồng.
Các chủng giống vi sinh vật có mối quan hệ chặt chẽ, và để phân vi sinh vật được sử dụng hiệu quả, người ta thường chọn những chủng có khả năng thích nghi tốt hoặc kết hợp nhiều chủng trong một loại phân vi sinh vật đa chức năng.
ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT ĐẾN PHÂN BÓN
CÁC NHÓM VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH ĐẠM
Trong cơ thể sinh vật có khoảng 4.10^15 tỷ tấn nitơ, nhưng cây trồng không thể tự đồng hóa nitơ mà cần đến sự hỗ trợ của vi sinh vật Qua hoạt động của các vi sinh vật, nitơ được chuyển hóa từ các dạng khác nhau thành dạng dễ tiêu hóa cho cây trồng.
Theo tài liệu phân tích, vi khuẩn nốt sần có khả năng đồng hóa từ 100-250kg N/ha/năm trong điều kiện thuận lợi Cỏ Luzern có thể đồng hóa 300kg N, trong khi cỏ Stylo đạt 150-200kg N Các loại đậu đồng hóa từ 80-120kg N, và các vi khuẩn sống tự do như Azotobacter có khả năng đồng hóa từ 25-40kg N Tổng cộng, hàng năm, các vi sinh vật trên trái đất cố định khoảng 100 triệu tấn N dưới dạng liên kết (Yacovlev, 1956).
Quá trình cố định nitơ phân tử được phát hiện bởi Hellrigel và Uynfac vào năm 1886, bao gồm hai nhóm vi sinh vật chính: nhóm vi sinh vật sống tự do và hội sinh, cùng với nhóm vi sinh vật cộng sinh.
III.1.1 Nhóm vi sinh vật sống tự do và hội sinh
Aerobic heterotrophic microorganisms include various bacteria such as Azotobacter, Beijerinckia, and Azotomonas, along with several species from the genera Pseudomonas, Vibrio, Derxia, Achromobacter, Aerobacter, Klebsiella, Bacterium, and Mycobacterium Additionally, actinomycetes like some species of Nocardia and Actinomyces, as well as the spirochete Treponema hyponeustonicum, are notable Fungi from genera such as Torula, Rhodoturula, Oidium, Aspergillus, and Pullularia also contribute to this group of microorganisms.
Vi sinh vật dị dưỡng kị khí bao gồm Clostridium pasteurianum và các loài tương tự như Clostridium butyricum, Clostridium butylicum, Clostridium beijerinchii, cùng với một số vi khuẩn kị khí không bắt buộc thuộc giống Bacillus và Methanobacterium.
Vi khuẩn tự dưỡng: một số loài thuộc giốngChromatium, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Chlorobium, Rhodomicrobium.
Thanh tảo: khoảng 40 loài thuộc các chi Chlorogloca, Amorphonostoc, Anabaena, Anabaenapsis….
Vi khuẩn hiếu khí sống tự do thuộc giống Azotobacter
Vào năm 1901, nhà bác học Beyjeirinh đã phát hiện và phân lập một loại vi sinh vật từ đất có khả năng cố định nitơ phân tử hiệu quả, và ông đã đặt tên cho loài vi sinh vật này.
Vi khuẩn Azotobacter, khi được nuôi cấy trong môi trường nhân tạo, thường thể hiện tính đa hình Ở giai đoạn non, chúng có tiêm mao và khả năng di động nhờ vào tiêm mao (flagellum).
Azotobacter là vi khuẩn hình cầu, gram âm, không sinh nha bào và hảo khí, với kích thước tế bào từ 1,5 đến 5,5 micrometre Khuẩn lạc của chúng có dạng S, màu trắng trong, lồi và nhày, nhưng khi già sẽ chuyển sang màu vàng lục hoặc nâu thẫm Tế bào được bao bọc bởi lớp vỏ dày và tạo thành nang xác; khi gặp điều kiện thuận lợi, nang xác này sẽ nứt ra và sinh ra các tế bào mới.
Vi khuẩn Azotobacter thích ứng ở pH 7,2 – 8,2, ở nhiệt độ 28 – 30 o C, độ ẩm
Azotobacker đồng hóa tốt các loại đường đơn và đường kép, cứ tiêu tốn 1 gam đường gluco nó có khả năng đồng hóa được 8 – 18 mg N.
Azotobacker không chỉ có khả năng tiết ra các vitamin nhóm B như B1 và B6, mà còn sản xuất một số acid hữu cơ như acid nicotinic, acid pantothenic, biotin và auxin Ngoài ra, Azotobacker còn chứa các chất kháng sinh thuộc nhóm Anixomyxin.
Azotobacter chủ yếu có 4 loài:
+ Azotobacter chroocuccum: kớch thước 3,1x2,0à khi cũn non cú khả năng di động, khi già có sắc tố màu nâu đến màu đỏ, không khuyếch tán vào môi trường.
+ Azotobacter beijerincki: kớch thước 3,1x2,0à khụng di động, khi già cú sắc tố màu vàng đến màu nâu sáng, không khuyếch tán vào môi trường.
+ Azotobacter Vinelandi: kớch thước 3,4x1,5à cú khả năng di động, sắc tố màu vàng lục đến huỳnh quang, khuyếch tán vào môi trường.
+Azotobacter agilis: kớch thước 3,3x2,8à cú khả năng di động, sắc tố màu lục, huỳnh quang, khuyếch tán vào môi trường.
Azotobacter là một vi khuẩn có khả năng tăng cường nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, giúp kích thích sự phát triển và nâng cao tỷ lệ nảy mầm cũng như sự phát triển của mầm Vi khuẩn này tiết ra các vitamin như thiamin, a.nicotinic, a.pantotenic, piridoxin và biotin, đồng thời có khả năng sản xuất một số chất chống nấm, góp phần bảo vệ cây trồng khỏi bệnh tật.
Chế phẩm Azotobacterin là dịch Azotobacter cho hấp thụ trong than bùn (hoặc các loại đất giàu hữu cơ đã trung hòa và bổ sung photpho, kali).
Vi khuẩn hiếu khí sống tự do thuộc giống Beiferinckia
Vào năm 1893, nhà bác học Ấn Độ Stackê đã phát hiện và phân lập một loài vi khuẩn có khả năng cố định nitơ phân tử từ ruộng lúa nước có độ pH rất chua, và ông đã đặt tên cho loài vi khuẩn này là Beijerinskii.
Vi khuẩn Beijerinskiia có hình dạng cầu, bầu dục hoặc hình que, thuộc loại gram âm, không sinh nha bào và hảo khí Một số loài trong nhóm này có tiêm mao, cho phép chúng di động Kích thước tế bào của vi khuẩn này dao động từ 0,5 – 2,0 x 1,0 – 4,5 micromet Khuẩn lạc của chúng thuộc nhóm S, có đặc điểm rất nhầy, lồi và có màu không màu hoặc màu nâu tối khi già, không tạo nang xác.
Vi khuẩn Beijerinskii nổi bật với khả năng chống chịu cao đối với acid, cho phép chúng phát triển trong môi trường có pH = 3, đồng thời cũng có thể sinh trưởng ở pH trung tính hoặc kiềm yếu Điều kiện tối ưu cho vi khuẩn Beijerinskii là độ ẩm từ 70% đến 80% và nhiệt độ khoảng 25 độ C.
28 độ C Vi khuẩn Beijerinskii phân bố rộng trong tự nhiên, nhất là ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới.
Vi khuẩnBeijerinskiicó khả năng đồng hóa tốt các loại đường đơn, đường kép, cứ tiêu tốn 1 gam đường gluco nó có khả năng cố định được 5 – 10 mgN.
B Indica có kích thước tế bào từ 0,5-1,5 x 1,7-3,0, với khả năng di động hoặc không di động Khi trưởng thành, tế bào của nó có sắc tố chuyển từ màu đỏ sang màu nâu và có tốc độ cố định nitơ nhanh chóng.
+B.fluminensis: kớch thước tế bào 1,1-1,5 x 3,0-3,5à cú khả năng di động, sắc tố màu nâu tối, tốc độ cố định nitơ chậm.
+ B.derxii: kớch thước tế bào 1,5-2,0 x 3,5-4,5à khụng di động, sắc tố màu lục huỳnh quang.
Vi khuẩn kị khí sống tự do Clostridium
Năm 1939, nhà bác học Nga Vinogratxkii đã phân lập thành công một loài vi khuẩn yếm khí có khả năng cố định nitơ phân tử cao, được gọi là vi khuẩn Clostridium Đây là loài trực khuẩn gram dương, sinh nha bào, với kích thước tế bào dao động từ 0,7 – 1,3 x 2,5 – 7,5 micrometre Khuẩn lạc của chúng thuộc nhóm S, có màu trắng đục và hình dạng lồi nhày.
Vi khuẩnClostridiumít mẫn cảm với môi trường, nhất là môi trường thừa P, K,
Ca và có tính ổn định với pH, nó có thể phát triển ở pH 4,5 – 9, độ ẩm thích hợp 60 – 80%, nhiệt độ 25-30 độ C.
Vi khuẩn Clostridiumđồng hóa tốt tất cả các nguồn thức ăn nitơ vô cơ và hữu cơ, cứ 1 gam đường gluco thì đồng hóa được 5 – 12 mgN.
Vi khuẩn Clostridium có rất nhiều loài khác nhau: Clostridiumbutyrium; Clostridium beijerinskii; Clostridium pectinovorum…
III.1.2 Nhóm vi sinh vật cộng sinh
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULOSE
Xenlulose là thành phần chính trong tế bào thực vật, chiếm đến 50% tổng lượng hydratcacbon trên trái đất Trong cấu trúc vách tế bào thực vật, Xenlulose kết hợp chặt chẽ với các polisaccarit khác như Hemixenlulose, Pectin và Lignin, tạo thành các liên kết bền vững.
Xenlulose thường có mặt ở các dạng sau:
Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, vỏ thân ngô….
Phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã mía, bã cà phê, bã sắn…
Phế liệu trong công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn cưa, gỗ vụn…
Các chất thải gia đình: rác, giấy loại…
Xenlulose là một thành phần quan trọng trong cấu trúc thực vật, thuộc loại polysaccharide cao phân tử với độ bền cao Nhiều vi sinh vật trong tự nhiên có khả năng sản sinh men để phân giải xenlulose, đóng vai trò thiết yếu trong chu trình carbon và góp phần nâng cao độ phì nhiêu của đất.
Trong điều kiện tự nhiên có không khí, xenlulose có thể bị phân giải bởi nhiều vi sinh vật hiếu khí Bên cạnh đó, một số vi khuẩn kỵ khí cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này Các loài vi sinh vật tham gia vào việc phân giải xenlulose bao gồm Cytophaga, Cellulomonas, giống Bacillus, giống Clostridium, Aspergillus và Penicillium.
Cơ chế phân giải Xenlulose
Chất hữu cơ đóng vai trò thiết yếu trong việc hình thành và cải thiện độ phì nhiêu của đất Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong đất chủ yếu diễn ra theo hai hướng, trong đó có quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ.
+Mùn hóa vật chất hữu cơ
Xenlulose được vi sinh vật phân hủy thành các thành phần có phân tử lượng nhỏ hơn, và những thành phần nhỏ này kết hợp với các thành phần khác trong đất để tạo ra mùn.
Khi mùn hình thành, vi sinh vật tiếp tục phân hủy mùn qua quá trình amon hóa, giúp đất tích lũy NH3 Sự tạo thành NH3 trong đất diễn ra chậm rãi, mang lại lợi ích cho cây trồng nhờ vào việc giải phóng từ từ các chất dinh dưỡng.
NH3cho cây hấp thụ:
Chất mùn + O2 -vsv> CO2+ H2O + NH3
Nhiều công ty đã phát triển phân vi sinh phân giải Xenlulose, tập trung vào quá trình phân hủy của xạ khuẩn Actinomyces và nấm sợi.
Trichoderma và Aspergillus là các loài nấm sợi và xạ khuẩn được nuôi trong môi trường phù hợp để thu sinh khối Sinh khối này sau đó được trộn với than bùn và đưa vào đất trồng Việc sử dụng Trichoderma và xạ khuẩn trong sản xuất phân vi sinh phân giải xenlulose không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn tận dụng khả năng tạo ra kháng sinh và chất diệt côn trùng (mycotoxin) của chúng để chống lại sâu bệnh.
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XILAN
Xilan là một hợp chất hydratcacbon phổ biến trong tự nhiên, chủ yếu có trong xác thực vật Cụ thể, xilan chiếm từ 15% đến 20% trong rơm rạ, 30% trong bã mía, 7% đến 12% trong gỗ thông, và từ 20% đến 25% trong các loại lá rộng.
Xilan là một loại hemixenlulo, khác biệt với xenlulo về cấu trúc và tính chất Phân tử xilan được cấu tạo từ các đơn vị gốc xilô, liên kết với nhau qua các liên kết 1-4 glucozit Một số loại xilan còn chứa các thành phần khác.
Vi sinh vật phân giải xilan bao gồm nhiều loại có khả năng phân hủy xilan, trong đó nấm là nhóm vi sinh vật đầu tiên tác động vào xilan trong môi trường đất chua Ngược lại, trong đất trung tính và kiềm, vi khuẩn và niêm vi khuẩn là những tác nhân chính Enzym xilanaza, thường được sản sinh bởi các vi sinh vật phân giải xenlulo, có thể là enzym cảm ứng hoặc enzym cấu trúc Một số vi sinh vật tiêu biểu có khả năng phân giải xilan bao gồm Bacillus lichenifornus, Bacteroides amylagens và Streptomyces albogriseolus.
Cơ chế phân giải: Dưới tác dụng của Enzym xilanaza ngoại bào, xilan sẽ bị phân giải thành các thành phần khác nhau: những đoạn dài xilanbioza và xiloza.
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI LƯU HUỲNH (S)
Lưu huỳnh là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng Trong đất, lưu huỳnh thường tồn tại dưới dạng các hợp chất muối vô cơ như CaSO4, Na2SO4 và FeS2.
Na2S là một dạng lưu huỳnh có mặt trong môi trường tự nhiên Động vật và con người tiêu thụ thực vật, từ đó chuyển hóa lưu huỳnh từ thực vật thành dạng lưu huỳnh trong cơ thể Khi thực vật chết, chúng để lại một lượng lưu huỳnh hữu cơ trong đất Qua quá trình phân giải của vi sinh vật, lưu huỳnh hữu cơ được chuyển hóa thành H2S H2S cùng với các hợp chất vô cơ khác trong đất sẽ được oxy hóa bởi các vi khuẩn tự dưỡng, tạo ra lưu huỳnh và SO4 2-, một phần trong số đó sẽ trở thành lưu huỳnh hữu cơ trong tế bào vi sinh vật.
Các nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải lưu huỳnh, với các loại vi sinh vật tiêu biểu như Thiobacillus thioparus, họ Thirodaceae và họ Chlorobacteriaceae.
VI SINH VẬT PHÂN GIẢI PHOTPHO(P)
III.5.1 Cơ chế phân giải lân vô cơ
Sự phân giải của Ca3(PO4)2 gắn liền với việc sản sinh axit trong hoạt động của vi sinh vật, trong đó axit cacbonic (H2CO3) đóng vai trò quan trọng H2CO3 là tác nhân chính giúp Ca3(PO4)2 phân giải Quá trình này có thể được mô tả qua một phương trình hóa học cụ thể.
Ca3(PO4)2+ 4 H2CO3+ H2 O=> Ca(PO4)2H2O + Ca(HCO3)2
Trong đất, vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn chuyển hóa S cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2.
III.5.2 Cơ chế phân giải lân hữu cơ
Trong tự nhiên, photpho (P) tồn tại dưới nhiều dạng hợp chất khác nhau Các hợp chất P hữu cơ trong đất chủ yếu xuất phát từ xác động vật, thực vật, phân xanh và phân chuồng Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải các hợp chất P hữu cơ này, tạo ra các hợp chất P vô cơ khó tan, trong đó chỉ một lượng nhỏ chuyển thành dạng dễ tan Nucleotide là hợp chất P hữu cơ quan trọng nhất được phân giải từ tế bào vi sinh vật.
Nucleotide là thành phần quan trọng trong nhân tế bào, được giải phóng và phân giải thành protein và nuclein nhờ tác động của vi sinh vật hoại sinh trong đất Protein tham gia vào quá trình chuyển hóa các hợp chất nitrogen, trong khi nuclein được chuyển hóa thành các hợp chất P Vi sinh vật phân hủy P hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các hợp chất P hữu cơ thành muối H3PO4, nhờ vào khả năng tiết ra enzyme photphat, giúp tăng cường quá trình này.
Nucleoprotein -> Nuclein -> Acid.Nucleic -> H2SO4
Vi sinh vật phân hủy P hữu cơ chủ yếu thuộc 2 chiBacillusvàPseudomonas.
Các loài có khả năng phân giải mạnh là:B.megaterium, Serratia, B.subtilis, Serratia, Proteus, Arthrobster,
Vi khuẩn:Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter, Brevibacterium, Micrococcus, Flavobacterium…
Nấm:Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Sclerotium …
QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC LOẠI PHÂN BÓN
QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN CỐ ĐỊNH ĐẠM
Hình 1: Quy trình sản xuất phân vi sinh
Bước 1: Phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật cố định Nito (VSVCĐN):
Để sản xuất chế phẩm VSVCĐN chất lượng cao, cần có chủng vi sinh vật có khả năng cố định nitơ mạnh, sức cạnh tranh tốt và khả năng thích ứng với nhiều mức pH, đồng thời phát triển hiệu quả trong các vùng sinh thái khác nhau Do đó, việc phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật cùng với việc đánh giá đặc tính sinh học của chúng là bước quan trọng và không thể thiếu trong quy trình sản xuất chế phẩm VSVCĐN.
Để đánh giá vi sinh vật, cần xem xét một số chỉ tiêu như thời gian mọc, kích thước khuẩn lạc và tế bào, điều kiện sinh trưởng (nhu cầu dinh dưỡng, oxy, pH và nhiệt độ), khả năng cạnh tranh và cường độ cố định nitơ phân tử Sau khi lựa chọn, các chủng giống vi sinh vật được bảo quản theo yêu cầu của từng loài và sử dụng để sản xuất chế phẩm dưới dạng giống gốc Quy trình sản xuất phân vi sinh cố định đạm được tóm tắt trong hình ảnh minh họa.
Các chủng vi sinh vật được tuyển chọn để nhân sinh khối vi sinh vật thông qua phương pháp lên men chìm hoặc lên men xốp Sinh khối vi sinh vật cố định nitơ được phát triển qua các cấp độ 1, 2, 3, tùy thuộc vào điều kiện phù hợp với từng chủng và mục đích sản xuất Phân vi sinh vật từ vi khuẩn chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp lên men chìm.
Trong sản xuất công nghiệp, môi trường dinh dưỡng chuẩn thường không được sử dụng do chi phí cao Thay vào đó, các nhà sản xuất tìm kiếm các nguồn vật liệu thay thế như tinh bột ngô, sắn, rỉ mật và nước chiết ngô để cung cấp dinh dưỡng cacbon, cùng với nước chiết men, nước chiết đậu tương và amoniac cho nguồn dinh dưỡng nitơ Walter từ công ty W.R Grace (Hoa Kỳ) đã tổng kết một số môi trường tổng hợp trong sản xuất phân vi sinh vật từ vi khuẩn vào năm 1996.
Bảng 1: Môi trường tổng hợp sử dụng trong sản xuất phân vi sinh
Trong sản xuất, việc kiểm tra và điều chỉnh các yếu tố môi trường như pH, liều lượng, tốc độ khí, áp suất và nhiệt độ là rất quan trọng Theo Walter (1996), các yếu tố này nên được điều chỉnh tự động để đảm bảo hiệu quả Hiện nay, các hệ thống lên men hiện đại có công suất từ hàng chục đến hàng trăm ngàn lít, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Nghiên cứu và khảo sát thực tế tại một số quốc gia gần đây cho thấy Viện Cố định Nitơ Sinh học (NIFTAL - Hoa Kỳ) và Trung tâm Cố định Nitơ (Úc) đã phát triển thành công nồi lên men đơn giản để sản xuất sinh khối vi khuẩn, phù hợp cho điều kiện bán công nghiệp tại các nước phát triển Thiết bị này hiện đang được áp dụng tại Thái Lan, Ấn Độ và một số quốc gia khác, trong đó có Việt Nam.
Bước 3: Xử lý sinh khối, tạo sản phẩm
Sinh khối vi sinh vật được phối trộn với chất mang vô trùng hoặc không vô trùng để tạo ra các chế phẩm, có thể bổ sung thêm phụ gia, chất dinh dưỡng và chất bảo quản, nhằm sản xuất chế phẩm dạng lỏng, cô đặc, đông khô hoặc khô Để đảm bảo chất lượng trong quá trình sản xuất các chế phẩm vi sinh vật, đặc biệt là chế phẩm vi sinh vật cố định nitơ, việc kiểm tra chất lượng ở các công đoạn sản xuất là rất cần thiết.
Giống gốc và lên men cấp 1
Lựa chọn chất mang và chuẩn hóa chất mang.
Xử lý và phối trộn sinh khối.
Đóng gói và bảo quản.
Bước 4: Công tác kiểm tra chất lượng và yêu cầu chất lượng đối với chế phẩm vi sinh vật cố định nitơ:
Yêu cầu chất lượng đối với chế phẩm vi sinh vật cố định nitơ và phân bón vi sinh là phải có hiệu quả tích cực đối với đất và cây trồng, ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng nông phẩm cũng như độ phì của đất Mật độ vi sinh vật chuyên tính trong sản phẩm cần đạt tiêu chuẩn quy định, với mức dao động từ 10.000.000 đến 1.000.000.000 vi sinh vật trong 1 gam hoặc mililit chế phẩm trên nền chất mang khử trùng, và từ 100.000 đến 1.000.000 vi sinh vật trên nền chất mang không khử trùng Theo tiêu chuẩn Việt Nam, mật độ vi sinh vật chuyên tính phải đạt 10^8 đối với chế phẩm khử trùng và 10^5 đối với chế phẩm không khử trùng Ngoài ra, tùy theo yêu cầu cụ thể, các tiêu chuẩn kỹ thuật khác cũng được áp dụng, như khả năng cố định nitơ trong môi trường chứa 10g đường đối với Azotobacter hoặc khả năng tạo nốt sần trên cây chủ với vi khuẩn nốt sần.
Hiện nay trên thị trường phân bón nước ta, phân vi sinh vật cố định đạm được bán dưới các tên thương phẩm sau đây:
Phân nitragin chứa vi khuẩn nốt sần cây đậu tương.
Phân rhidafo chứa vi khuẩn nốt sần cây lạc.
Azotobacterin chứa vi khuẩn hút đạm tự do.
Azozin chứa vi khuẩn hút đạm từ không khí sống trong ruộng lúa.
Azotobacterin là một chế phẩm phân bón được chiết xuất từ vi khuẩn Azotobacter sống tự nhiên trong mía và cây hướng dương, với các chủng vi khuẩn như Azospirollium và Azotobacter chrooccum có khả năng cố định đạm cao Để sản xuất Azotobacterin, môi trường nuôi cấy cần có các thành phần như đường (hoặc mannit) 1,5 g/l, K2HPO4 0,2 g/l, MgSO4.7H2O 0,2 g/l, CaCl2 0,02 g/l, FeCl2 0,05 g/l (pha thành dung dịch 10%), muối molipden với lượng vết và nước đủ 1 lít, với pH duy trì ở mức 7,2.
Tóm tắt quy trình sản xuất như sau:
Giống được cấy trong môi trường có thành phần phù hợp và nuôi trên máy lắc ở nhiệt độ 25-27 oC trong 48 giờ cho đến khi sinh khối phát triển ổn định Sau đó, tiến hành ly tâm để loại bỏ dịch nuôi và thu được sinh khối.
Sinh khối được trộn với đất hoặc than bùn đã qua xử lý và thanh trùng Để thực hiện, chọn đất nhiều mùn hoặc đất phù sa; nếu dùng than bùn, cần xử lý sơ bộ bằng HCl loãng, sau đó trung hòa bằng NaOH đến pH trung tính, nghiền và sàng để loại bỏ tạp chất lớn Tiếp theo, bổ sung 1-2% vôi bột hoặc CaCO3 và 1% superphosphate, trộn đều và chia vào các chai hoặc bình nửa lít, đậy bằng nút bông Đảm bảo độ ẩm của đất và than bùn trong bình đạt 40-60% sau khi hấp thanh trùng.
Sinh khối vi sinh vật được chế dịch huyền phù và chuyển vào bình bằng pipet vô trùng, mỗi bình chỉ cần vài giọt giống Sau đó, lắc đều và nuôi trong tủ ấm Để thu nhận sinh khối, vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường có bổ sung 2% thạch trong hộp petri, trong khoảng 3-5 ngày Cuối cùng, sử dụng nước vô trùng để thu sinh khối, tạo thành dịch huyền phù giống.
Sau khi nuôi, chế phẩm phải đạt trên 50 triệu tế bào/1g và có thời gian sử dụng từ 2-3 tháng Để sử dụng, chế phẩm có thể được cho vào đất canh tác hoặc dùng để xử lý hạt giống bằng cách ngâm với dung dịch hòa tan Liều lượng bón cho đất là 3-6kg cho mỗi ha gieo trồng Chế phẩm Azotobacterin rất thích hợp cho các cây ngũ cốc, có khả năng tăng sản lượng từ 18-19% và cũng hiệu quả với một số loại rau.
Chế phẩm nitragin dạng bột
Chế phẩm nitragin, được chiết xuất từ vi khuẩn nốt sần rễ cây họ đậu, là sản phẩm phổ biến trong ngành trồng trọt Vi khuẩn Rhizobium được sử dụng trong quá trình sản xuất nitragin, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng đất và tăng cường sự phát triển của cây trồng.
Các chủng Rhizobium được lựa chọn đặc biệt cho từng loại cây họ đậu, do đó chế phẩm vi sinh vật được sản xuất từ những chủng tương ứng Những chủng này được khai thác từ nốt sần của cây chủ, dựa trên khả năng cố định nitơ và cường độ thẩm thấu vào bộ rễ của cây trồng.
Quy trình sản xuất như sau:
QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN LÂN
IV.2.1 Quy trình sản xuất
Bước 1: Phân lập tuyển chọn chủng vi sinh vật phân giải lân (VSVPGL):
Việc phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh vật phân giải lân (VSVPGL) thường được thực hiện từ đất hoặc vùng rễ cây trồng, đặc biệt là từ các loại đất hoặc cơ chất giàu hữu cơ, thông qua phương pháp nuôi cấy pha loãng trên môi trường Pikovskaya Các chủng này tạo ra vòng phân giải, tức là vòng tròn trong suốt quanh khuẩn lạc, nhờ vào khả năng hòa tan các hợp chất phospho không tan được bổ sung vào môi trường Đường kính, thời gian hình thành và độ trong của vòng phân giải cho phép đánh giá chính xác mức độ phân giải của chúng thông qua phân tích hàm lượng lân dễ tan Tỷ lệ giữa hàm lượng lân tan và tổng số lân trong môi trường được gọi là hiệu quả phân giải Để sản xuất phân lân vi sinh, việc chọn lọc các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy nhiều loại hợp chất phospho và vô cơ là rất quan trọng Tuy nhiên, không phải chủng vi sinh vật nào có khả năng phân giải cao cũng có lợi cho cây trồng, vì nhiều chủng có thể gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển và năng suất cây trồng Do đó, sau khi đánh giá khả năng phân giải lân, cần xem xét tác động của các chủng vi sinh vật đến cây trồng, chỉ sử dụng những chủng vừa có hoạt tính phân giải lân cao vừa không gây hại cho cây trồng và môi trường sinh thái.
Khi chọn chủng VSVCĐN, bên cạnh các chỉ tiêu quan trọng, cần đánh giá các đặc tính sinh học như thời gian mọc, kích thước tế bào và khuẩn lạc, khả năng thích ứng với pH, cùng với khả năng cạnh tranh của chủng.
Bước 2: Nhân sinh khối, xử lý sinh khối, tạo sản phẩm
Các chủng giống vi sinh được chọn lọc sẽ được nhân sinh khối để xử lý và tạo ra sản phẩm phân lân vi sinh Quy trình sản xuất phân lân vi sinh diễn ra tương tự như quy trình sản xuất phân bón vi sinh vật cố định nitơ.
Để sản xuất phân lân vi sinh, người ta thường áp dụng phương pháp lên men chìm cho vi khuẩn và phương pháp lên men xốp cho nấm Kết quả của phương pháp lên men xốp là tạo ra chế phẩm dạng sợi hoặc chế phẩm bào tử.
Chế phẩm lân vi sinh vật có thể được sử dụng như phân bón vi sinh vật hoặc bổ sung vào phân hữu cơ để làm giàu chất lượng phân ủ Sử dụng chế phẩm này giúp nâng cao hiệu quả của phân bón và cải thiện độ dinh dưỡng của đất.
Tại Việt Nam, trong sản xuất phân lân vi sinh vật, các nhà sản xuất thường bổ sung bột quặng photphorit vào chất mang không khử trùng Việc này không chỉ tận dụng nguồn quặng tự nhiên sẵn có tại địa phương mà còn giúp giảm chi phí sản xuất phân bón.
Để phân bón phát huy hiệu quả, cần kiểm tra khả năng giải quặng của vi sinh vật được sử dụng và đánh giá khả năng tồn tại của chúng trong chất mang có bổ sung quặng.
Bước 3: Yêu cầu chất lượng và công tác kiểm tra chất lượng.
Phân lân chất lượng cao chứa một hoặc một vài loài vi sinh vật có khả năng phân giải lân mạnh mẽ, với mật độ từ 108-109 VSV/g hoặc mililit trong các loại phân bón trên nền chất mang khử trùng Để đảm bảo chất lượng của phân bón vi sinh vật, cần thực hiện kiểm tra chất lượng sản phẩm sau mỗi giai đoạn sản xuất.
Chế phẩm Photphobacterin là chế phẩm được điều chế từ vi khuẩn Bacillus megaterium var phosphoricum Vi khuẩn hình que nhỏ, có kích thước tế bào là (1,8-
Vi khuẩn hiếu khí có khả năng tạo thành bào tử và chuyển hóa các hợp chất photpho khó tiêu thành những hợp chất photpho mà cây có thể hấp thụ dễ dàng.
Để sản xuất giống thuần chủng có khả năng phân giải các hợp chất photpho hữu cơ, cần nuôi cấy trên môi trường rỉ đường kết hợp với cao ngô và muối khoáng, sử dụng máy lắc hoặc nồi lên men có sục khí Quá trình lên men diễn ra cho đến khi tế bào vi khuẩn hình thành bào tử Sau đó, thu nhận sinh khối qua ly tâm và sấy khô bằng máy sấy thăng hoa hoặc đông khô, đảm bảo độ ẩm của chế phẩm chỉ còn 2-3% Mỗi gram chế phẩm cuối cùng chứa ít nhất 200 triệu tế bào sống.
Sử dụng 250g Photphobacterin cho mỗi hectare khi gieo trồng qua hạt giống Đối với đất trồng khoai tây và rau quả, cần tăng liều lượng sử dụng Việc áp dụng Photphobacterin trong nông nghiệp có khả năng nâng cao năng suất từ 10-12%.
IV.2.2 Điều kiện hòa tan vi sinh vật trong phân lân
Độ pH có ảnh hưởng không lớn đến vi sinh vật phân giải lân, nhưng ở mức pH 7,8-7,9, sự phát triển của hệ vi sinh vật này được cải thiện đáng kể.
- Độ ẩm: ở những nơi ngập nước, hàm lượng axit hữu cơ cao (do hoạt động của vsv) làm tăng quá trình phân giải lân hữu cơ khó tan.
Hợp chất hữu cơ, đặc biệt là chất hữu cơ mùn hóa, không ảnh hưởng đến quá trình phân giải lân Ngược lại, hợp chất hữu cơ tươi có khả năng thúc đẩy sự phát triển của hệ vi sinh vật, từ đó tăng cường quá trình hòa tan các hợp chất lân khó tan.
Hệ rễ của cây trồng đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Nhờ đó, quá trình phân giải các hợp chất khó tan cũng được tăng cường, góp phần cải thiện chất lượng đất và sự phát triển của cây.
QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÂN COMPOST
IV.3.1 Nguyên liệu sản xuất phân Compost
Những nguyên liệu thường được xử lý để làm phân bón hữu cơ là:
Rác ủ hoai mục là loại rác sinh hoạt được xử lý bằng cách loại bỏ các vật rắn như sành sỏi, thủy tinh, kim loại và ni lông Sau khi loại bỏ, rác này có thể được ủ để phân hủy và tạo ra phân bón hữu cơ, góp phần tái sử dụng chất thải một cách hiệu quả.
-Phân xanh: một số cây và cỏ dại có hàm lượng dinh dưỡng cao có thể ủ cho hoai mục để làm phân bón.
-Bã đậu phộng, đậu nành, hạt bông vải có hàm lượng dinh dưỡng cao.
Bột máu động vật, bột xương và phế phẩm từ lò mổ, cũng như các nhà máy chế biến đồ hộp, là những nguyên liệu giàu dinh dưỡng có thể được chế biến thành phân bón hữu cơ.
Phân chuồng, được thu thập từ gia súc và gia cầm, là nguồn nguyên liệu chính cho phân bón hữu cơ nhờ vào hàm lượng dinh dưỡng cao Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn, cần chú ý đến quy trình ủ hoai mục nhằm loại bỏ mầm bệnh có trong phân chuồng.
Mạt cưa có thể được sử dụng làm phân hữu cơ, nhưng cần phải ủ cho hoai mục trước khi đưa xuống đất Việc này giúp tránh hiện tượng cây trồng bị tranh thủ đạm trong quá trình phân hủy.
IV.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất phân compost
Tỷ lệ tối ưu cho sản xuất compost là khoảng 20:1 đến 30:1 Nếu tỷ lệ C/N thấp hơn, sẽ dẫn đến thừa Nitơ và phát sinh khí NH3, gây mùi khai Ngược lại, tỷ lệ cao hơn sẽ hạn chế sự phát triển của vi sinh vật do thiếu Nitơ, làm kéo dài thời gian phân hủy và giảm lượng chất mùn thu được Nghiên cứu cho thấy, với tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian làm phân là 12 ngày; nếu tỷ lệ dao động từ 20-50, thời gian cần thiết là 14 ngày; và với tỷ lệ C/N là 78, thời gian cần thiết là 21 ngày.
-Trong thực tế việc tính toán và hiệu chỉnh xác suất C/N tối ưu gặp phải nhiều khó khăn do:
Một phần cơ chất như cenlulose và lignin khó bị phân hủy sinh học, chỉ bị phân hủy sau một thời gian dài.
Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật không sẵn có.
Quá trình cố định Nitơ có thể xảy ra dưới tác động của nhóm vi khuẩn azotobacter, đặc biệt khi có đủ PO4
Phân tích hàm lượng C khó đạt kết quả chính xác.
Chất thải N (% khối lượng khô)
Chất thải giết mỗ hỗn hợp 7 – 10 2
Bảng 2: Tỷ lệ C/N của chất thải (tính theo chất khô)
Các nguyên tố đa lượng và vi lượng
- Nguyên tố đa lượng: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Na…
- Nguyên tố vi lượng: Mn, Zn, Cu, Mo…
Các chất dinh dưỡng thường không bị giới hạn trong nguyên liệu ủ phân rác, vì chúng có mặt phong phú Tuy nhiên, nếu nồng độ của chúng vượt quá mức cho phép, chúng có thể trở nên độc hại Các nguyên tố như Mg và Co là những ví dụ điển hình cho hiện tượng này.
Mn, Fe, S…có vai trò trong việc trao đổi tế bào chất.
Cơ chất cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng cần thiết cho quá trình sản xuất compost, nhưng phần lớn đều là chất thải Sự bất ổn trong hoạt động này xuất phát từ sự khác biệt giữa các nguyên liệu, ảnh hưởng đến chất dinh dưỡng mà vi khuẩn cần Sự khác nhau này phụ thuộc vào độ bền của các phân tử hữu cơ trước sự phân hủy, dẫn đến các quá trình phân hủy khác nhau.
IV.3.2.2 Những yếu tố môi trường
Nhiệt độ, độ ẩm và pH là ba yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sản xuất compost Những yếu tố này quyết định tốc độ và mức độ phân hủy, và nếu một trong số chúng không đạt yêu cầu, sẽ dẫn đến sự giảm sút trong quá trình phân hủy.
Độ pH lý tưởng cho vi sinh vật nằm trong khoảng 5,5-8,5 Trong giai đoạn đầu, vi sinh vật tiêu thụ chất hữu cơ và sản sinh axit hữu cơ, dẫn đến sự giảm pH, điều này có thể kìm hãm sự phát triển của chúng cũng như quá trình phân hủy cellulose và lignin Nếu hệ thống chuyển sang trạng thái yếm khí, việc tích tụ axit có thể khiến pH giảm xuống còn 4,5, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật.
Vi sinh vật không hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp Để đảm bảo quá trình chế biến phân diễn ra hiệu quả và tiêu diệt mầm bệnh, nhiệt độ cần duy trì trong khoảng 50-55 độ C trong vài ngày đầu và 55-60 độ C trong những ngày tiếp theo Nếu nhiệt độ vượt quá 66 độ C hoặc dưới 10 độ C, hoạt động của vi sinh vật sẽ bị ức chế, dẫn đến sự giảm đáng kể hoạt tính của chúng.
Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình chuyển hóa sinh học chất thải hữu cơ, việc xác định độ ẩm là rất quan trọng Độ ẩm tối ưu cho quá trình làm phân compost hiếu khí nằm trong khoảng 50-60% Nếu độ ẩm giảm xuống dưới 30%, quá trình phân hủy sẽ chậm lại và sẽ ngừng hoàn toàn khi độ ẩm xuống dưới 12% Ngược lại, nếu độ ẩm vượt quá 60%, quá trình phân hủy cũng bị ảnh hưởng, chuyển sang phân hủy kị khí do không khí không thể đi qua các khe rỗng, dẫn đến mùi hôi, rò rỉ chất dinh dưỡng và sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh.
Oxy là một yếu tố quan trọng trong quá trình ủ phân rác, giúp vi sinh vật chuyển hóa cacbon để tạo ra năng lượng Khi có oxy, quá trình này sản sinh ra khí CO2 Ngược lại, khi thiếu oxy, quá trình ủ sẽ chuyển sang trạng thái yếm khí, dẫn đến sự hình thành mùi hôi khó chịu, giống như mùi trứng thối.
H2S Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy là 5% Nồng độ oxy lớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân rác.
Chế biến phân hữu cơ là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự tham gia của nhiều loại vi sinh vật như actynomycetes và vi khuẩn Những vi sinh vật này có sẵn trong chất hữu cơ và có thể được bổ sung từ các nguồn khác để tăng cường hiệu quả phân hủy Việc tối ưu hóa sự hiện diện của các vi sinh vật này sẽ giúp quá trình chế biến phân hữu cơ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Kích thước vật liệu và kích thước hạt
- Quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu khi kích thước vật liệu ủ khoảng 25-75 mm.
Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng trong quá trình phân hủy hiếu khí Hạt nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn, tăng cường tiếp xúc với oxy và gia tăng vận tốc phân hủy Tuy nhiên, nếu hạt quá nhỏ, sẽ hạn chế lưu thông khí trong đống ủ, làm giảm oxy cần thiết cho vi sinh vật, từ đó giảm hoạt động của chúng Ngược lại, hạt quá lớn có độ xốp cao, tạo ra rãnh khí không đều, không thuận lợi cho chế biến phân hữu cơ Đường kính hạt tối ưu cho quá trình này là khoảng 3 đến 50mm, trong khi phân bắc, bùn và phân động vật thường có kích thước hạt mịn, rất thích hợp cho phân hủy sinh học.
Độ rỗng và xốp của khối vật liệu có ảnh hưởng quan trọng đến việc cung cấp oxy cho sự trao đổi chất và hô hấp của vi sinh vật Khi độ rỗng thấp, khả năng vận chuyển oxy bị hạn chế và nhiệt độ trong khối ủ tăng cao Ngược lại, độ rỗng cao giúp duy trì nhiệt độ thấp trong khối ủ, nhưng không đủ để tiêu diệt mầm bệnh Do đó, độ rỗng tối ưu của vật liệu nên nằm trong khoảng 32 đến 36%.
IV.3.3 Quy trình sản xuất phân compost
Các giai đoạn sản xuất phân gồm 9 bước:
Rác thu gom đến xưởng sẽ được phân loại bằng tay thành 3 loại: dễ phân hủy, tái chế và đổ bỏ.
Bước 2: Trộn rác với các thành phần bổ sung.
-Tỷ lệ C/N rất quan trọng cho quá trình phân hủy rác C cần cho sự sinh trưởng của tế bào, còn Nitrogen là nguồn dưỡng chất.
Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh vật
Các phế thải hữu cơ được cắt ngắn 5-8 cm, làm ẩm và đưa vào hố ủ với 5kg ure và 5kg lân supe cho mỗi tấn nguyên liệu Sau 10 ngày nuôi cấy, 750 ml sinh khối vi sinh vật được hòa vào 30 lít nước và trộn đều với nguyên liệu Khi nhiệt độ ổn định ở 30°C, bổ sung vi sinh vật có ích như Azobacteria và các vi khuẩn phân giải phosphat khó tan như Bacillus polymixa, Pseudomonas Có thể thêm 1% quặng Phosphat vào hỗn hợp Để đảm bảo oxy hóa cho vi sinh vật, cần đảo trộn khối ủ mỗi 20 ngày Thời gian chế biến kéo dài từ 1 đến 4 tháng, tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu Sản phẩm phân hữu cơ vi sinh dạng này có hàm lượng mùn và nito tổng số cao hơn 40-45% so với các phương pháp chế biến khác.
Hình 4: Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh
