Chương 1: TỒNG QUAN TÀI LIỆU
1.6. Nghiên cứu về phân hữu cơ vi sinh và bón phân hữu cơ vi sinh cho chè
1.6.2. Nghiên cứu về các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải
* Xelluloza trong tự nhiên
Xelluloza là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật. Ở cây bông Xelluloza chiếm tới 90% trọng lượng khô, ở các cây gỗ nói chung Xelluloza chiếm 40 - 50% [31]. Hằng ngày, hàng giờ một lượng lớn Xelluloza được tích lũy lại trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết đi, cành lá rụng xuống. Một phần không nhỏ do con người thải ra dưới dạng rác, giấy vụn, phôi bào, mùn cưa... Nếu không có quá trình phân giải của vi sinh vật thì lượng chất hữu cơ khổng lồ này sẽ tràn ngập trái đất.
Xelluloza có cấu tạo dạng sợi, có cấu trúc phân tử là 1 polimer mạch thẳng mỗi đơn vị là một disaccarrit gọi là xellobioza. Xellobioza có cấu trúc từ 2 phân từ D-glucoza. Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 rất phức tạp thành cấu trúc dạng lớp gắn với nhau bằng lực liên kết hydto. Lực liên kết hydro trùng hợp nhiều lần nên rất bền vững, bởi vậy xelluloza là hợp chất khó phân giải [24].
* Cơ chế của quá trình phân giải Xelluoza nhờ vi sinh vật
Xelluloza là một cơ chất không hòa tan khó phân giải bởi vậy vi sinh vật phân hủy xelluloza phải có một hệ enzym xellulaza bao gồm 4 enzym khác nhau. Enzym thứ nhất có tác dụng cắt đứt liên kết hydro biến dạng xelluloza tự nhiên có cấu hình không gian thành dạng xelluloza vô định hình, enzym này gọi là xenlobiohydrolaza.
Enzym thứ hai là Endoglucanaza có khả năng cắt đứt các liên kết β-1,4 bên trong phân tử tạo thành chuỗi dài. Enzym thứ 3 là Exo-gluconaza tiến hành phân giải các chuỗi trên thành disaccarit gọi là xellobioza [9].
1.6.2.2. Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải xelluloza
*Nhóm vi khuẩn
Nhóm vi khuẩn là nhóm vi sinh vật được nghiên cứu nhiều nhất từ khoảng thế kỷ 19 đến nay. Các nhà khoa học đã phân lập được một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải xelluloza từ phân và dạ cỏ của động vật nhai lại. Đầu thế kỷ 20 người ta phân lập được các nhóm vi khuẩn hiếu khí phân giải xelluloza. Trong môi trường có độ ẩm cao thường làm tăng khả năng phân giải xelluloza và hemixelluloza của các nhóm vi khuẩn nhưng chủ yếu là các nhóm vi khuẩn hiếu khí [7].
Một số nhóm vi khuẩn có khả năng phân giải Xelluloza: Pseudomonas;
Bacillus; Cellulomonas; Vibrio; Cellvibro; Rumicocus falvefeciens.
Trong thực tế người ta thấy chi Pseudomonas và Bacillus thuộc nhóm hiếu khí là có các chi có tần suất phân lập được cao nhất. Ngoài ra còn có các chi kị khí phân lập được trong dạ cỏ của động vật nhai lại như rumicocus falvefeciens, R.albus.
* Nhóm xạ khuẩn
Xạ khuẩn là một nhóm vi khuẩn đặc biệt tế bào đặc trưng bởi sự phân nhánh, hệ sợi chia thành khuẩn ty cơ chất và khuẩn ty khí sinh, bào tử bắn, thường có mặt quanh năm trong các loại đất [4].
Một số nhóm xạ khuẩn phân giải xelluloza là: Actinomyces;
Streptomyces; Thremoactinomyces; Micromonospora; Proactinomyces;
* Nhóm nấm
Có nhiều loài nấm phân giải xelluloza mạnh nhưng phần lớn chúng thường phân hủy xelluloza khi nhiệt độ cao và ở nhiệt độ 20 -300C, pH trong khoảng từ 3,5 -6,6 vì vậy chúng thường phân hủy xelluloza ở giai đoạn cuối của bể ủ, khi nhiệt độ bể ủ lạnh đi.
Một số nhóm nấm có khả năng phân giải xelluloza là: Trichoderma viride; Pennicillium pinophium; T.Reesei; Fusarium solani
Thông thường trong các nhóm vi sinh vật chuyển hóa xelluloza và Ligno xelluloza là các loài Aspegillus Niger, Trichoderma reesei, Aspegillussp, penicillium sp, Paeceilomyces sp, Trichurus spiralis, Chetomium sp.
1.6.3. Tình hình nghiên cứu về phân bón vi sinh vật trên thế giới và Việt Nam Vi sinh vật là một thành phần của hệ thống sinh học đất. Cùng với chất hữu cơ, vi sinh vật sống trong đất, nước và vùng rễ cây có vai trò quan trọng trong các mối quan hệ gữa cây và đất trồng. Hầu như mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của vi sinh vật. Vi sinh vật là một yếu tố sinh học có ý nghĩa của hệ thống dinh dưỡng cây trồng [29].
Theo tiêu chuẩn Việt Nam năm 1996: “Phân VSV là sản phẩm chứa các vi sinh vật sống, đã được tuyển chọn có mật độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thông qua các hoạt động sống của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng được hay các chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất (hoặc) chất lượng nông sản. Phân VSV phải đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu đến người, động, thực vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản”.
Theo công nghệ sản suất có thể chia phân vi sinh thành hai loại như sau:
Phân vi sinh chất nền mang khử trùng có mật độ vi sinh hữu ích >109 CFU/g (ml) và mật độ VSV tạp nhiễm thấp hơn 1/1.000 so với VSV hữu ích. Phân vi sinh trên nền chất mang không khử trùng được sản xuất bằng cách tẩm nhiễm trực tiếp sinh khối vi sinh vật sống đã qua tuyển chọn vào cơ chất không thông qua công đoạn khử trùng. Phân bón dạng này có mật độ VSV hữu ích >106 CFU/g (ml) và được sử dụng từ vài trăm đến hàng ngàn kg (lít) /ha.
Dựa trên cơ sở tính năng tác dụng của các VSV chứa trong phân bón, phân bón vi sinh vật còn được gọi dưới các tên: Phân vi sinh cố định nito, phân vi sinh vật phân giải hợp chất phosphor khó tan, phân VSV kích thích, điều hòa sinh trưởng thực vật và phân VSV chức năng [30].
* Phân vi sinh vật cố định nito.
Có nhiều loài vi sinh vật có khả năng cố định N từ không khí. Đáng chú ý có loài: Tảo lam (Cyanobacterium), Atozobacter, Rhyzobium, xạ khuẩn Actinomyces, Klebsiella…
* Phân vi sinh hòa tan lân
Trong đất thường tồn tại một nhóm vi sinh vật có khả năng hòa tan lân.
Nhóm vi sinh vật này được các nhà khoa học đặt tên cho là nhóm hòa tan lân, nhóm hòa tan lân bao gồm : Aspergillus niger, một số loài thuộc các chi vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Micrococens. Nhóm vi sinh vật này dễ dàng nuôi cấy trên môi trường nhân tạo. Sử dụng các chế phẩm vi sinh hòa tan lân đem lại hiệu quả cao ở những vùng đất cây bị thiếu lân [30].
* Phân chứa vi sinh vật kích thích tăng trưởng cây : Gồm một nhóm nhiều loài vi sinh vật khác nhau, trong đó có vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn…nhóm này được các nhà khoa học phân lập ra từ tập đoàn vi sinh vật đất.
* Chế phẩm EM
Chế phẩm EM do Giáo sư Teuro Higa, Trường đại học tổng hợp Ryukyus, OkiNaWa sáng chế và được áp dụng vào thực tiễn từ năm 1980 [40]. Chế phẩm được chính thức đưa vào Việt Nam từ tháng 4 năm 1997. Tại Nhật Bản, EM (Effective Microorganisms) được áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980 sau 15 năm nghiên cứu. Chế phẩm đẩu tiên ở dạng dung dịch bao gồm 80 loài vi khuẩn từ 10 loại được phân lập từ Okinawa và các vùng khác nhau của Nhật Bản sau đó EM được sản xuất và sử dụng ở trên 40 nước trên thế giới [39].
Các nghiên cứu áp dụng công nghệ EM đã đạt được kết quả tốt trong các lĩnh vực xử lý môi trường, chế biến thức ăn chăn nuôi, chế biến phân bón vi sinh cho cây trồng... Qua các báo cáo khoa học tại các Hội nghị Quốc tế về công nghệ EM cho thấy công nghệ EM có thể gia tăng cân bằng sinh quyển, tính đa dạng của đất nông nghiệp, tăng chất lượng đất khả năng sinh trưởng, chất lượng sản phẩm nông nghiệp. Vì thế các nước trên thế giới đón nhận EM như một giải pháp để đảm bảo cho một nền nông nghiệp phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Nhiều nhà máy, xưởng sản xuất EM đã được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới và đã sản xuất được hàng ngàn tấn EM mỗi năm như: Trung Quốc, Thái
Lan ( hơn 1000 tấn/năm), Myanma, Nhật Bản, Brazil ( khoảng 1.200 tấn/năm), Srilanca, Indonesia( khoảng 50 -60 tấn/năm) [39], [40], [41].
Theo Ahmad R.T. và cộng sự (1993) [38] sử dụng EM cho các cây trồng như lúa, lúa mì, bông, ngô và rau ở Pakistan làm tăng năng suất các cây trồng.
Năng suất lúa tăng 9,5%, bông tăng 27,7%. Đặc biệt bón kết hợp EM-2 và EM-4 cho ngô làm tăng năng suất lên rõ rệt. Bón EM- 4 cho lúa, mía và rau đã làm tăng hàm lượng chất dễ tiêu ở trong đất. Hàm lượng đạm dễ tiêu tăng 2,2% khi bón kết hợp NPK + EM-4 ( ZaaachariaP.P, 1993) [40].
* Thu thập, phân lập, tuyển chọn chủng vi sinh vật
Các nhóm VSV chính được sử dụng làm phân bón sinh học bao gồm:
VSV cố định nitơ, VSV phân giải hợp chất phospho khó tan, VSV tổng hợp kích thích sinh trưởng thực vật, VSV đối kháng VSV gây bệnh vùng rễ cây trồng và VSV chuyển hóa chất hữu cơ.
Các bước phân lập tuyển chọn chủng VSV bao gồm:
Lấy mẫu và xử lý mẫu đất, rễ cây
Phân lập Làm thuần
Xác định hoạt tính
Đánh giá ảnh hưởng đối với cây trồng
Xác định điều kiện sinh trưởng phát triển và bảo quản Lập lý lịch khoa học
Lưu giữ, bảo quản
Phạm Văn Toản, Phạm Bích Hiên (2003) đã nghiên cứu tuyển chon một số chủng Azotobacter đa hoạt tính sinh học sử dụng cho sản xuất phân bón vi sinh vật chức năng. Kết quả đã xác định được 9 chủng Azotobactet có khả năng cố định nito, sinh tổng hợp IAA và ức chế vi khuẩn héo xanh. Hầu hết các chủng Azotobacter đều có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt ở nhiệt độ thích hợp là 25 300C và pH từ 5,5 - 8,0. Đồng thời cũng tuyển chọn được 3 chủng Azotobacter vừa có hoạt tính sinh học cao, vừa đa hoạt tính có các điều kiện sinh trưởng và phát triển thích hợp với điều kiện sản xuất và ứng dụng phân bón vi sinh vật ở nước ta [30].
Cũng theo tác giả Phạm Văn Toản (2005) [32] khi nghiên cứu sử dụng phân bón vi sinh vật đa chủng nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của bệnh héo xanh do vi khuẩn đối với một số cây trồng cạn ở miền Bắc kết quả cho thấy: phân vi sinh vật cố định nitơ có tác dụng nâng cao năng suất khoai tây, lạc, cà chua, đồng thời hạn chế bệnh héo xanh vi khuẩn ở các cây trồng được thử nghiệm.
Phế phụ phẩm nông nghiệp ở nước ta chủ yếu bao gồm: vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, mùn cưa, vỏ dừa, bã thải nhà máy đường, nhà máy sắn, tổng sản lượng phế thải sinh khối hàng năm ở nước ta có thể đạt 8-11 triệu tấn, trong đó riêng công nghiệp mía đường khoảng 2,5-3 triệu tấn bã mía, 0,25-0,3 triệu tấn mùn mía. Công nghiệp cà phê mỗi năm tạo ra khoảng 0,2 - 0,25 triệu tấn vỏ cà phê. Vùng Tây Bắc có tới 55.000-60.000 tấn mùn cưa từ việc khai thác và chế biến gỗ. Tính riêng vỏ sắn thải ra từ các nhà máy sắn đóng trên địa bàn 3 tỉnh: Phú Thọ, Yên Bái, Tuyên Quang mỗi năm lần lượt là: 4.500; 11.000 và 2.200 tấn. Ngoài ra còn có một số cây tạo nguồn phân xanh tốt như: đậu mèo (năng suất 20 tấn/ha đến lúc ra hoa tạo lớp thảm dày đạt trên 35 tấn/ha), Muồng hoa vàng lá tròn ( năng suất 30 - 40 tấn/ha), Keo giậu, cỏ Lào, các loại cỏ sinh khối lớn và các phế thải nông nghiệp như rơm rạ, cỏ và các cây hoang dại khác nhau như: tế, guột, cỏ Lào, cúc quỳ.... là nguồn nguyên liệu sạch
Phân bón VSV mặc dù đã được nghiên cứu từ lâu, song do nhiều yếu tố chủ quan và khách quan nên mức độ ứng dụng trong sản xuất hiện nay còn hạn chế. Chế phâm vi sinh vật (Phân bón vi sinh) chỉ được triển khai ứng dụng chủ yếu trong các đề tài dự án. Do người dân không quen sử dụng các loại phân hóa học và hiệu lực của phân VSV không thể đánh giá bằng mắt thường nên việc đưa vào áp dụng đại trà cũng gặp nhiều khó khăn.