1.3. VI SINH VẬT SỬ DỤNG LÀM PHÂN BÓN
1.3.2 Vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan
Vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan, vi sinh vật chuyển hóa lân (PSM) là các vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hợp chất phốt phát khó tan thành dạng dễ tiêu cho cây trồng sử dụng. Số lượng lớn vi sinh vật phân giải hợp chất phốt phát khó tan tập trung trong vùng rễ cây trồng và hoạt động trao đổi chất của chúng được thực hiện từ nhiều nguồn khác nhau (Vazquez et al., 2000). Các vi sinh vật phân giải hợp chất phốt phát khó tan rất đa dạng, gồm vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn, Cyanobacteria và nấm rễ VAM.
Bảng 1.1. Đa dạng sinh học của vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan
STT Nhóm Tên chi/loài
1 Vi khuẩn Azotobacter sp., Alcaligenes sp., Aerobactor aerogenes, Achromobacter sp., Actinomadura oligospora, Enterobacter sp., Flavobacterium sp., Agrobacterium sp., Azospirillum brasilense, Bacillus sp., Bacillus circulans, B. fusiformis, B. pumils, B.
megaterium, B. mycoides, B. polymyxa, B. coagulans, B. chitinolyticus, B. subtilis, Bradyrhizobium sp., Brevibacterium sp., Citrobacter sp., Burkholderia sp., Pseudomonas sp., P putida, P. striata, P. fluorescens, P. calcis, Flavobacterium sp., Nitrosomonas sp., Erwinia sp., Micrococcus sp., Escherichia intermedia, Enterobacter asburiae, Serratia phosphoticum, Nitrobacter sp., Thiobacillus ferroxidans, T.
thioxidans, Rhizobium meliloti, Xanthomonas sp.
2 Nấm sợi Aspergillus awamori, A. niger, A. tereus, A. flavus, A.
nidulans, A. foetidus, A. wentii. Fusarium oxysporum, Alternaria teneius, Achrothcium sp., Penicillium digitatum, P. lilacinium, P. balaji, P. funicolosum, Cephalosporium sp., Cladosprium sp., Curvularia lunata, Cunnighamella, Chaetomium globosum, Humicola inslens, Humicola lanuginosa, Helminthosporium sp., Paecilomyces fusisporous, Pythium sp., Phoma sp., Populospora mytilina, Myrothecium roridum, Morteirella sp., Oideodendron sp., Rhizoctonia solani, Rhizopus sp., Mucor sp.,
Trichoderma viridae, Torula thermophila, Schwanniomyces occidentalis, Sclerotium rolfsii.
3 Xạ khuẩn Actinomyces,, Streptomyces, Micromonospora sp.
4 Cyanobacteria Anabena sp., Calothrix braunii, Nostoc sp., Scytonema sp.,
5 VAM Glomus fasciculatum.
Nguồn: Aarab et al, 2013; Behera B. C., 2014; Karpagam và Nagalashmi, 2014; Lavania M. và Nautiyal C. S., 2013; Mursyida E. et al., 2015; Parul J. Et al., 2014; Sharma, 2013).
Theo Gaur A. C. (1990), vi sinh vật không chỉ chuyển hóa phốt phát vô cơ, mà còn có khả năng khoáng hóa các hợp chất lân hữu cơ tạo ra sản phẩm cây trồng có thể hấp thu được. Pseudomonas có khả năng phân giải 13 - 58 % phốt phát canxi; Aspergillus có khả năng phân giải 30,8 % phốt phát canxi, 24 % phốt phát nhôm, 25,6 % phốt phát sắt, Bacillus có khả năng phân giải 5 - 20 % quặng phốt phát.
Vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan có khả năng chuyển phốt pho vô cơ khó tan thành dạng dễ hấp thụ như (HPO4)2-
và H2PO4 thông qua quá trình sản sinh axit hữu cơ, chelat hoặc ion trao đổi mà cây trồng có khả năng hấp thụ. Hầu hết lân ở trong đất đều ở dạng khó tiêu, cây trồng không sử dụng được. Vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan có khả năng phân giải phốt pho khó tan từ phân bón vô cơ và trong đất thành dạng phốt pho dễ tiêu, giúp tăng lượng phốt pho dễ tiêu tiêu trong đất (Atekan, 2014; Chang, 2009 và Banerjee, 2010). Tuy nhiên, cơ chế của quá trình phân giải phốt phát đến nay vẫn chưa được hiểu đầy đủ và còn nhiều tranh cãi; sản sinh axit hữu cơ (axit oxalic, axit tartrat) có thể là tác nhân chủ yếu; CO2, H2S, axit, kiềm cũng là các yếu tố được nhiều nhà nghiên cứu đề cập đến (Aarab et al., 2013;
Karpagam và Nagalakshmi, 2014).
Ngoài ra, vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan còn có khả năng tăng sinh trưởng của cây trồng thông qua sự tăng cường các nguyên tố như sắt, kẽm, ... (Son T. T. N., et al, 2006).
Kiriya S. (2016) đã phân lập được bốn chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phốt phát khó tan từ vùng đất trồng chuối, sắn và đậu mèo trồng xen với cao su. Các chủng này có khả năng phân giải Ca3(PO4) và AlPO4, giải phóng 561.32 - 1.050 mg P2O5/lít. Atekan (2014), đã phân lập từ bã bùn mía 3 chủng vi sinh vật có khả năng phân giải Ca3(PO4)2, hàm lượng phốt pho dễ tiêu được giải phóng trong môi trường nuôi cấy đạt 0,41 - 0,74 mg/lít. Từ đất vùng rễ Acacia, người ta đã phân lập được vi khuẩn có khả năng phân giải phốt phát khó tan; đồng thời có khả năng sống ở nhiệt độ 47 oC, pH từ 4,5 đến 8,5 và chịu được hàm lượng HgCl2 là 0,2 àg/ml.
Deepika D. K. et al (2013) đã phân lập từ đất các chủng Bacillus sp. và Pseudomonas sp. có khả năng phân giải phốt phát khó tan. Trong điều kiện chậu vại, sử dụng các chủng vi sinh vật này giúp tăng khả năng hấp thụ đạm, lân của cây đậu.
Fan Bingquan (2013) đã phân lập được 12 chủng nấm và 6 chủng vi khuẩn có khả năng phân giải phốt phát khó tan từ đất canh tác ở phía Bắc Trung Quốc. Các chủng này có khả năng phân giải quặng phốt phát trên 10 % trên môi trường lỏng và tăng sinh khối cây ngô trong điều kiện nhà lưới.
Các nhà khoa học Nga là người đầu tiên sản xuất thành công phân vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan (gọi là Phosphobacterin). Sản phẩm chứa vi khuẩn Bacillus megarerium var. phosphaticum để nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng. Tương tự ở Ấn Độ, sản phẩm PSM cũng được nghiên cứu và ứng dụng. Phân vi sinh vật phân giải phốt phát được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở Việt Nam ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX. Các kết quả nghiên cứu đều khẳng định phân vi sinh vật phân giải phốt phát làm tăng
khả năng hấp thụ phốt pho, kích thích sinh trưởng cây trồng và làm tăng năng suất cây trồng (Lai Chí Quốc và cs, 2012; Gaur A. C., 1990).
Kết quả nghiên cứu của Ponmurugan et al. (2006) cho thấy, sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất phốt phát khó tan làm tăng cường khả năng cố định nitơ sinh học của nhóm vi sinh vật cố định nitơ. Theo Mohammadi (2012), sử dụng vi sinh vật phân giải phốt phát khó tan có khả năng tăng 70 % năng suất cây trồng. Sử dụng hỗn hợp vi sinh vật phân giải quặng phốt phát (Pseudomonas chlororaphis) và vi sinh vật cố định nitơ (Arthrobacter pascens) giúp tăng chiều cao cây, khối lượng thân lá, tăng khả năng hấp thụ nitơ và lân của hạt óc chó tăng hàm lượng N và P2O5 dễ tiêu trong đất ở điều kiện nhà lưới (Xuan Yu et al., 2012). Sử dụng vi khuẩn phân giải phốt phát khó tan Pseudomonas sp. làm gia tăng số lượng nốt sần, trọng lượng khô của nốt sần, năng suất của cây đậu tương (Son et al., 2006). Sử dụng chế phẩm vi sinh vật phân giải hợp chất phốt phát khó tan làm tăng năng suất cho mía tới 12,6 %.
Nghiên cứu tại Ấn Độ cho thấy, khi bón 100 % lượng phân khoáng nitơ và phốt pho cho cây dâu tằm kết hợp sử dụng hỗn hợp vi khuẩn phân giải hợp
chất phốt phát khó tan (B. megaterium) và vi khuẩn cố định nitơ (A. chroococcum) cho năng suất lá dâu tăng 11,45 %, đồng thời khả năng hấp
thụ nitơ tăng 20,15 %, khả năng hấp thụ lân tăng 15,0 %. Sử dụng hỗn hợp vi sinh vật trên đồng thời giảm 25 % lượng phân bón nitơ và lân, năng suất lá dâu vẫn tăng 2,4 %, khả năng hấp thụ nitơ tăng 10,32 % và hấp thu lân tăng 8,16 % (Sukumar et al., 2005). Nghiên cứu của Ghaderi et al (2008) cho thấy, sử dụng vi khuẩn Pseudomonas putida, P. fluorescens Chao và P. fluorescens Tabriz làm giảm lượng phân bón chứa phốt pho lần lượt là 51,29 % và 62 %.
Nghiên cứu của Nguyen Van Bo et al. (2009) và Sharma et al. (2011) cho thấy, sử dụng vi sinh vật phân giải hợp chất phốt phát khó tan kết hợp với
vi sinh vật sinh tổng hợp hoạt chất kích thích sinh trưởng thực vật, giảm 50 % lượng phân bón chứa phốt pho, không làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.
Nhiều thực nghiệm trong khuôn khổ đề tài KHCN 02.06 ở nhiều địa phương trong cả nước đã xác định việc sử dụng phân vi sinh vật phân giải phốt phát có thể thay thế 30 - 50 % lượng phân lân cần bón bằng quặng photphorit với hàm lượng lân tổng số tương đương mà năng suất cây trồng không bị suy giảm. Phân lân hữu cơ Komic là sản phẩm có chứa các chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất của phốt phát khó tan thành lân hữu hiệu đối với cây trồng thấy: Bón phân hữu cơ lân vi sinh làm cây sinh trưởng tốt hơn, làm tăng năng suất lạc là 23,7 % (Phạm Văn Toản, 2002).
Phạm Việt Cường (2004) đã phân lập được 80 chủng vi khuẩn phân giải phốt phát. Trong đó, có 24 chủng (chiếm 30 %) có đường kính vòng phân giải Ca3(PO4)2 trên 10 mm, 34 chủng (chiếm 42,5 %) có đường kính vòng phân giải Ca3(PO4)2 từ 6 đến 10 mm và 22 chủng (chiếm 27,5 %) có đường kính vòng phân giải Ca3(PO4)2 dưới 5,5 mm. Từ các mẫu bazan và đất phèn, Trần Thị Lụa (2013) đã tuyển chọn được 9 chủng vi sinh vật có khả năng phân giải phốt phát nhôm và phốt phát sắt.
Kết quả nghiên cứu của Cao Ngọc Điệp và cs (2010) cho thấy, sử dụng hỗn hợp vi sinh vật cố định nitơ Azosprillum lipoferum và vi sinh vật phân giải hợp chất phốt pho khó tan Pseudomonas stutzeri có khả năng giảm 50 % phân đạm hóa học và lân hóa học, đồng thời duy trì được độ phì của đất trồng lúa ở tỉnh Hậu Giang. Sử dụng hỗn hợp vi khuẩn cố định nitơ Gluconacetobacter diazotrophicus và vi khuẩn hòa tan lân Pseudomonas stutzeri làm tăng năng suất và tổng lượng đường cho cây mía, đồng thời khi sử dụng hỗn hợp hai loại vi sinh vật này có thể tiết kiệm 50 - 75 % lượng phân đạm và phân lân hóa học (Cao Ngọc Điệp và cs, 2011).
Các nghiên cứu ở Việt Nam cho thấy vai trò của vi sinh vật phân giải phốt phát là rất quan trọng đối với các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy bón phân phốt phát vi sinh sẽ làm đất ít bị thoái hóa và làm tăng năng suất cây trồng, đem lại hiệu quả cao.