Tài liệu Nghiên cứu khả năng ứng dụng vi sinh vật đối kháng và phân giải hữu cơ để sản xuất phân bón đa chức năng phục vụ sản xuất rau an toàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM -----------------*------------------- CÙ THỊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ðỐI KHÁNG VÀ PHÂN GIẢI HỮU CƠ ðỂ SẢN XUẤT PHÂN BÓN ðA CHỨC NĂNG PHỤC VỤ SẢN XUẤT RAU AN TOÀN. LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Bảo vệ thực vật Mã số : 60.62.10 Người hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Hồng Sơn HÀ NỘI – 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................i LỜI CẢM ƠN! Lời ñầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS. Nguyễn Hồng Sơn, Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp, người ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành,sâu sắc tới TS. Trần Quang Tấn, TS. Nguyễn Tất Khang, cùng toàn thể giáo viên và các anh, chị, em cán bộ Ban ñào tạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành ñề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám ñốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban lãnh ñạo Viện Môi trường Nông nghiệp cùng toàn thể các cán bộ Bộ môn Sinh học môi trường - Viện Môi trường Nông Nghiệp và các bạn ñồng nghiệp ñã ñộng viên và tạo ñiều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này. Lời cuối cùng là lòng biết ơn vô hạn dành cho cha mẹ, cùng tất cả thành viên trong gia ñình ñã giúp sức và tạo ñiều kiện cho tôi ñược học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn CÙ THỊ THANH PHÚC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hồng Sơn và sự giúp ñỡ của các ñồng nghiệp trong Bộ môn Sinh học Môi trường – Viện Môi trường Nông nghiệp. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người viết cam ñoan CÙ THỊ THANH PHÚC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN!...................................................................................................i LỜI CAM ðOAN .............................................................................................ii MỞ ðẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài .......................................................................... ..1 2. Mục tiêu và yêu cầu của ñề tài ................................................................ ..3 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài ................................................. ..4 3.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................. ..4 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................... ..4 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài ........................................... ..5 4.1. ðối tượng nghiên cứu ........................................................................ ..5 4.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................... ..5 CHƯƠNG ITỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC .................. 5 1.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu ........................................................ 5 1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan ñến ñề tài........ 7 1.2.1. Các kết quả nghiên cứu về nguồn phát thải hữu cơ trong sản xuất rau và ô nhiễm sinh học do chúng gây ra ........................................................... 7 1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân giải hữu cơ và vi sinh vật ñối kháng........................................................................................ 9 1.2.2.1 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân giải hữu cơ ....................... 9 1.2.2.2. Tình hình ứng dụng vi sinh vật chức năng và vi sinh vật ñối kháng ............................................................................................................... 12 1.2.3. Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân giải hữu cơ và vi sinh vật ñối kháng ñể sản xuất phân bón hữu cơ sinh học chức năng ............................ 22 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 29 2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 29 2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 29 2.3.1 Phương pháp ñánh giá và lựa chọn các chế phẩm phân giải hữu cơ .. 29 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu khả năng sử dụng chế phẩm Trichoderma ñể sản xuất phân bón hữu cơ sinh học chức năng ........................................... 31 2.3.3. Phương pháp ñánh giá hiệu quả của sản phẩm phân bón hữu cơ ña chức năng .................................................................................................. 33 2.3.4. Xây dựng mô hình ứng dụng phân hữu cơ ña chức năng vào sản xuất .................................................................................................................. 34 CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................... 36 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................iii 3.1. Kết quả ñánh giá lựa chọn các chế phẩm phân giải rác hữu cơ phát thải trong sản xuất rau.......................................................................................... 36 3.1.1. Kết quả ñánh giá lựa chọn các chế phẩm phân giải rác hữu cơ phát thải trong sản xuất rau ăn quả .................................................................... 36 3.1.1.1 Diễn biến nhiệt ñộ....................................................................... 36 3.1.1.2 Diễn biến pH .............................................................................. 39 3.1.1.3. Diễn biến màu sắc và mùi của các ñống ủ.................................. 41 3.1.1.4. Các chỉ tiêu dinh dưỡng sản phẩm phân hữu cơ......................... 43 3.1.1.5. Kết quả ñánh giá các chỉ tiêu VSV gây bệnh cho người............. 44 3.1.2. Kết quả ñánh lựa chọn chế phẩm phân giải rác hữu cơ phát thải trong quá trình sản xuất rau ăn lá ........................................................................ 45 3.1.2.1. Diễn biến nhiệt ñộ...................................................................... 45 3.1.2.2 Diễn biến pH .............................................................................. 48 3.1.2.3. Diễn biến màu sắc và mùi của các ñống ủ.................................. 50 3.1.2.4. Các chỉ tiêu dinh dưỡng của sản phẩm phân hữu cơ ................. 53 3.1.2.5. Kết quả ñánh giá các chỉ tiêu VSV gây bệnh cho người............. 53 3.1.3. ðánh giá một số chỉ tiêu chất lượng ñống ủ khi sử dụng chế phẩm phân giải hữu cơ trong ñiều kiện ñảo trộn và không ñảo trộn ñống ủ ......... 54 3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng sử dụng chế phẩm Trichoderma ñể sản xuất phân bón hữu cơ sinh học chức năng............................................................. 58 3.2.1. Kết quả nghiên cứu khả năng sống sót và sinh trưởng bào tử khi ñưa chế phẩm Trichoderma và ñống ủ rác hữu cơ ở các thời ñiểm khác nhau. . 58 3.2.2. Kết quả nghiên cứu khả năng sống sót và sinh trưởng bào tử khi ñưa chế phẩm Trichoderma và ñống ủ rác hữu cơ ở các lượng chế phẩm ban ñầu khác nhau................................................................................................... 60 3.3. Kết quả ñánh giá hiệu quả của sản phẩm phân bón hữu cơ ña chức năng64 3.4 Kết quả xây dựng mô hình ứng dụng phân hữu cơ chức năng vào sản xuất ...................................................................................................................... 66 3.4.1. Kết quả theo dõi tỉ lệ bệnh của 2 mô hình ........................................ 66 3.4.2. Kết quả theo dõi năng suất cây trồng................................................ 67 3.4.3. Kết quả theo dõi hiệu quả kinh tế ................................................... 68 3.4.3.1. Về thu nhập .............................................................................. 68 3.4.3.2. Về chi phí ................................................................................. 69 3.4.3.3. Về hiệu quả kinh tế ................................................................... 71 3.4.4. Về chỉ tiêu chất lượng sản phẩm .................................................... 71 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ ...................................................... 72 4.1. Kết luận ............................................................................................... 74 4.2. ðề nghị ................................................................................................ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 75 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................iv BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật CFU Colony forming unit HCCN Hữu cơ chức năng MRL Mức dư lượng tối ña cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Diễn biến nhiệt ñộ trong các ñống ủ cây rau ăn quả của các chế phẩm khác nhau............................................................................................. 38 Bảng 3.2. Diễn biến pH của các ñổng ủ các cây rau ăn quả của các ñống ủ bằng các chế phẩm khác nhau....................................................................... 41 Bảng 3.3. Diễn biến màu mùi của các công thức ủ xác cây rau ăn quả bằng các chế phẩm khác nhau............................................................................. 42 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu dinh dưỡng của các sản phẩm phân hữu cơ từ các ñống ủ xác rau ăn quả khi sử dụng các chế phẩm khác nhau............................ 44 Bảng 3.5. Các chỉ tiêu VSV trong phân hữu cơ ñược sản xuất từ xác cây rau ăn quả từ các chế phẩm phân giải khác nhau ............................................ 45 Bảng 3.6. Diễn biến nhiệt ñộ trong các ñống ủ cây rau ăn lá của các chế phẩm khác nhau............................................................................................. 48 Bảng 3.7. Diễn biến pH trong các ñổng ủ xác cây rau ăn lá bằng các chế phẩm khác nhau............................................................................................. 50 Bảng 3.8. Diễn biến màu mùi của các công thức ủ xác cây rau ăn lá ................ 50 Bảng 3.9. Các chỉ tiêu dinh dưỡng của các sản phẩm phân hữu cơ ñược sản xuất từ xác cây rau ăn lá bằng các chế phẩm khác nhau............................... 53 Bảng 3.10. Các chỉ tiêu VSV trong phân hữu cơ sinh học ñược sản xuất từ xác cây rau ăn lá bằng các chế phẩm phân giải khác nhau .......................... 54 Bảng 3.11. Diễn biến nhiệt ñộ tại các ñống ủ bằng các phương pháp ủ khác nhau ............................................................................................................. 56 Bảng 3.12. Các chỉ tiêu dinh dưỡng và VSV trong các ñống ủ xác rau ăn quả và ăn lá khi sử dụng phương pháp ủ khác nhau......................................... 57 Bảng 3.13. Khả năng sinh trưởng của nấm Trichoderma trong ñống ủ rau ăn quả và xác rau ăn lá ở các thời ñiểm khác nhau .......................................... 60 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................vi Bảng 3.14. Khả năng sinh trưởng của nấm Trichoderma trong ñống ủ ở các lượng dùng khác nhau.......................................................................... 63 Bảng 3.15. Tỉ lệ chết ẻo cây con khi sử dụng các loại phân hữu cơ khác nhau . 64 Bảng 3.16. Năng suất các loại cây trồng khi sử dụng các loại phân hữu cơ khác nhau ..................................................................................................... 65 Bảng 3.17. Hiệu quả trừ bệnh của các mô hình sản xuất................................... 66 Bảng 3.18. Hiệu quả của phân hữu cơ chức năng tới năng suất ........................ 67 của một số cây trồng......................................................................................... 67 Bảng 3.19. Thu nhập của 2 mô hình ................................................................ 69 Bảng 3.20. Tổng hợp chi phí của các mô hình (tính cho 01 ha) ....................... 70 Bảng 2.21. Hiệu quả kinh tế của 2 mô hình ..................................................... 71 Bảng 3.22. Dư lượng thuốc BVTV trong các mẫu nông sản trong 2 mô hình .. 71 Bảng 2.23. Chỉ tiêu vi sinh vật gây bệnh trong các mẫu nông sản trong hai mô hình ................................................................................................................. 72 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................vii DANH MỤC HÌNH VÀ ðỒ THỊ Hình 1. Diễn biến nhiệt ñộ các ñống ủ xác rau ăn quả của các chế phẩm khác nhau .................................................................................................... 38 Hình 2. Diễn biến nhiệt ñộ của các ñống ủ xác rau ăn lá bằng các chế phẩm khác nhau ............................................................................................ 47 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................viii MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài: Nhu cầu sản xuất và tiêu thụ rau an toàn ñang là vấn ñề cấp bách mà toàn xã hội ñang ñặt ra cho ngành sản xuất nông nghiệp nước ta. Trong những năm qua, nhờ sự nỗ lực của các cơ quan nghiên cứu, quản lý nhà nước và hệ thống chuyển giao tiến bộ kỹ thuật, chúng ta ñã từng bước hoàn thiện và chuyển giao các quy trình sản xuất rau an toàn cho nông dân, tạo ñiều kiện thúc ñẩy sản xuất rau an toàn ở các vùng trọng ñiểm rau lớn trong cả nước. Tuy nhiên, do những cản trở về mặt kỹ thuật và tổ chức sản xuất, những bước tiến trong công tác sản xuất rau an toàn vẫn còn rất chậm. Gần ñây nhất, sự ra ñời của VietGAP là một bước tiến quan trọng ñể ñẩy mạnh quản lý sản xuất, giám sát chất lượng và truy nguyên nguồn gốc. VietGAP nhấn mạnh vào quản lý chất lượng rau an toàn ngay trong quá trình sản xuất thông qua lựa chọn vùng sản xuất và sử dụng có kiểm soát nguyên liệu ñầu vào không bị nhiễm bẩn bởi các tác nhân hóa học cũng như sinh học, hạn chế nhiễm bẩn trực tiếp sản phẩm vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Trong quá trình thực hiện VietGAP, việc quản lý tác nhân gây ô nhiễm hữu cơ (ñặc biệt là phế phụ phẩm và tàn dư thực vật) và các nguồn bệnh hại trong ñất ñược coi là hai yếu tố quan trọng ñể hạn chế sự lây lan của dịch hại, góp phần giảm thiểu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV). Trước ñây, các phế phụ phẩm trong sản xuất rau thường ñược tận dụng làm thức ăn trong chăn nuôi gia súc, gia cầm và cá hay ñược nông dân thu gom, phơi khô làm chất ñốt. Gần ñây, do chăn nuôi quy mô nhỏ ñã ñược thay thế dần bằng hình thức chăn nuôi tập trung và thức ăn công nghiệp ñã thay dần thức ăn hữu cơ, nông dân thường không quan tâm ñến việc tận thu rác hữu cơ mà chủ yếu bỏ lại tại ruộng. ðiều ñó không chỉ gây lãng phí nguồn phụ phẩm có giá trị có thể làm nguyên liệu ñầu vào cho sản xuất mà còn trực tiếp gây ô nhiễm môi trường sản xuất và môi Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................1 trường nông thôn, tạo môi trường tích luỹ các nguồn vi sinh vật gây bệnh cho cây trồng, gây nhiễm bẩn sản phẩm cũng như gây khó khăn cho công tác phòng trừ sâu bệnh trong các vụ gieo trồng tiếp theo, v.v... ðể góp phần giảm thiểu ô nhiễm hữu cơ và quản lý bệnh hại trong ñất, trong những năm gần ñây, ñã có nhiều công trình trong nước và quốc tế tập trung nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân huỷ nhanh chất hữu cơ ñể xử lý rác hữu cơ sinh hoạt và ñã tạo ra ñược nhiều chế phẩm phân giải hữu cơ cao như chế phẩm chế phẩm Emic của Công ty Cổ phần VSV ứng dụng, chế phẩm Kom – Biox của Công ty TNHH Thương mại Hoàng Gia, .... Tuy nhiên, do những giới hạn về công nghệ sản xuất và quy trình ứng dụng, các sản phẩm này còn ñược ít ñược ứng dụng phổ biến trong sản xuất mà nguyên nhân trực tiếp là hiệu quả còn hạn chế, giá thành cao, quy trình sử dụng còn chưa phù hợp. Bên cạnh ñó do chưa quan tâm ñầy ñủ ñến các thành phần ñặc trưng riêng của từng loại rác thải nên hiệu lực của các chế phẩm còn hạn chế. Mặc dù vậy hầu như chưa có công trình nào ñề cập tới vấn ñề thu gom, phân loại và lựa chọn các chế phẩm xử lý rác thải phù hợp với quy mô, chủng loại của các vùng chuyên canh rau ñể sản xuất các loại phân bón hữu cơ vi sinh. Tương tự, nấm ñối kháng Trichoderma là một nhóm tác nhân sinh học ñã ñược nghiên cứu ứng dụng thành công ở nhiều nước trên thế giới ñể trừ các ñối tượng bệnh hại trong ñất. Tại Việt Nam, nghiên cứu về Trichoderma ñã ñược nhiều cơ quan và công ty nghiên cứu và sản xuất thành chế phẩm phục vụ sản xuất ñạt hiệu quả cao. Tuy nhiên, do việc sản xuất chủ yếu dựa trên nền giá thể ñặc thù, chưa gắn ñược với các phế phụ phẩm trong nông nghiệp nên giá thành cao. Mặt khác, khi sử dụng nông dân thường phải sử dụng riêng lẻ ñể xử lý ñất, không tiện lợi và gây lãng phí nhân công. Trong khi ñó nông dân thường có tâm lý chưa nhìn thấy dịch hại xuất hiện, chưa sử dụng nên chế phẩm này còn ít Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................2 ñược quan tâm ứng dụng. Từ những cản trở trên nên mặc dù các chế phẩm nấm Trichoderma ñã ñược chứng minh có hiệu quả cao với nhiều ñối tượng vi sinh vật trong ñất nhưng cho ñến nay việc ứng dụng chúng vẫn còn rất hạn chế. Trong khi ñó, một số công trình nghiên cứu trên thế giới ñã chứng minh có thể ñưa các nguồn nấm ñối kháng vào các loại phân bón hữu cơ vi sinh ñể làm giàu nguồn vi sinh vật, vừa cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, vừa hạn chế bệnh hại lây lan qua ñất ngay từ giai ñoạn ñầu. Ở nước ta, Trần Thị Thuần (1997) cũng có nhận xét khi ñưa chế phẩm Trichoderma vào phân chuồng trước khi sử dụng 10 – 15 ngày sẽ cho hiệu quả trừ bệnh cao hơn. Tuy nhiên cho ñến nay vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào mang tính hệ thống về khả năng duy trì và sinh trưởng nấm Trichoderma trong các ñống ủ hữu cơ. ðể góp phần nâng cao hiệu quả và ñẩy mạnh việc ứng dụng vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm phát thải trong quá trình sản xuất rau và các vi sinh vật ñối kháng trong quản lý bệnh hại trong ñất, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng vi sinh vật ñối kháng và phân giải hữu cơ ñể sản xuất phân bón hữu cơ ña chức năng phục vụ sản xuất rau an toàn”. 2. Mục tiêu và yêu cầu của ñề tài: Mục tiêu chung: Xây dựng ñược quy trình ứng dụng chế phẩm phân giải hữu cơ và chế phẩm nấm Trichoderma ñể sản xuất phân bón hữu cơ ña chức năng từ nguồn xác thải hữu cơ phát thải trong sản xuất rau nhằm hạn chế ô nhiễm sinh học và nguồn bệnh lây lan qua ñất phục vụ sản xuất rau an toàn. Mục tiêu cụ thể: - Lựa chọn ñược các chế phẩm phân giải hữu cơ có khả năng phân giải cao và kỹ thuật sử dụng phù hợp với từng loại rác hữu cơ phục vụ sản xuất phân bón hữu cơ. - ðánh giá ñược khả năng ứng dụng và ñề xuất kỹ thuật phối hợp chế phẩm Trichoderma trong sản xuất phân bón hữu cơ sinh học chức năng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học quan trọng về kỹ thuật ứng dụng chế phẩm phân giải hữu cơ phù hợp với từng nhóm rác thải chính phát thải trong sản xuất rau ñể từ ñó có thể tận dụng chúng một cách hiệu quả nhất phục vụ sản xuất phân bón hữu cơ và xử lý ô nhiễm sinh học trong các vùng sản xuất rau. Các kết quả nghiên cứu cũng cung cấp dẫn liệu khoa học quan trọng về khả năng tồn tại, phát triển của các vi sinh vật ñối kháng trên nền phân bón hữu cơ, từ ñó ñề xuất ñược kỹ thuật ứng dụng chúng ñể sản xuất phân bón hữu cơ ña chức năng trừ bệnh trong ñất nhằm hạn chế nguồn bệnh lây lan qua ñất. ðây là hướng nghiên cứu ứng dụng mới, nó không chỉ giúp cho việc sản xuất các chế phẩm vi sinh chức năng phục vụ xử lý ô nhiễm hữu cơ mà còn góp phần cải tiến nền giá thể và phương thức ứng dụng, từ ñó góp phần hạ giá thành, tạo ñiều kiện ứng dụng thuận lợi ñể thúc ñẩy việc ứng dụng các vi sinh vật ñối kháng ñặc biệt là nấm ñối kháng Trichoderma ñể hạn chế bệnh hại trong ñất. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Hiện nay, nguồn rác hữu cơ phát thải trong các vùng sản xuất rau tập trung là khá lớn, nó chiếm tới 25% sản lượng chất xanh. Trước ñây, các sản phẩm này ñược tận thu ñể phục vụ chăn nuôi gia súc, gia cầm và cá. Tuy nhiên, không phải nguồn phát thải nào trong sản xuất rau cũng có thể tận dụng cho chăn nuôi ñược (ví dụ xác cây ñậu, cà chua, dưa chuột v.v.. không thể sử dụng trực tiếp làm thức ăn chăn nuôi ñược), mặt khác cùng với xu hướng phát triển chăn nuôi tập trung, quy mô công nghiệp, việc sử dụng phụ phẩm trong nông nghiệp cũng ñang hạn chế dần. Như vậy, nhu cầu xử lý ô nhiễm và sử dụng hiệu quả các nguồn phát thải hữu cơ ngày càng gia tăng. Các kết quả nghiên cứu sẽ giúp nông dân ở các vùng sản xuất ứng dụng hiệu quả các chế phẩm vi sinh vật ñể xử lý rác thải hữu cơ trong các vùng sản xuất tập trung làm phân bón hữu cơ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................4 ña chức năng, nhờ ñó không chỉ hạn chế sự lây lan của các ñối tượng bệnh hại qua xác thực vật và qua ñất mà còn góp phần hạn chế ô nhiễm sinh học từ các nguồn vi sinh vật gây bệnh thực vật, ñồng thời tăng thêm nguồn dinh dưỡng hữu cơ ñể phục vụ cho việc phát triển các vùng sản xuất rau an toàn. Việc ñưa các vi sinh vật ñối kháng vào nền phân bón hữu cơ vi sinh sẽ góp phần giảm giá thành, nhân nhanh vi sinh vật, từ ñó thúc ñẩy việc ứng dụng chế phẩm ñể hạn chế nguồn bệnh lây lan qua ñất, giảm sử dụng thuốc BVTV. Các kết quả nghiên cứu sẽ ñược nhiều nông dân, cơ sở sản xuất và doanh nghiệp ứng dụng ñể sản xuất phân bón hữu cơ ña chức năng thông qua việc ủ compost trực tiếp trên ñồng ruộng hay thu gom và xử lý tập trung trong các cơ sở sản xuất phân bón. 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài 4.1. ðối tượng nghiên cứu - Chế phẩm phân giải hữu cơ ñược nghiên cứu và phát triển trong nước; - Chế phẩm nấm ñối kháng Trichoderma ñã ñược lên men trên nền giá thể hạt thóc; - Các loại rác hữu cơ phát thải trong quá trình sản xuất và chế biến rau 4.2. Phạm vi nghiên cứu - ðịa bàn: Phòng thí nghiệm và ruộng thực nghiệm của Viện Môi trường nông nghiệp - Từ Liêm - Hà Nội. - Cây trồng: Các loại rau chủ yếu như bắp cải, cải xanh, cà chua và dưa chuột CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................5 Hiện tượng ñối kháng và phân giải chất hữu cơ thực vật ñể sử dụng một phần vật chất của chúng làm thức ăn của các loài vi sinh vật là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên. Thực tế trong tự nhiên, ngoài một số ít gây bệnh cho người và ñộng thực vật, hầu hết vi sinh vật ñều tham gia và ñóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất và nhờ có sự tham gia của chúng vào quá trình phân giải các chất mà chuỗi thức ăn và lưới năng lượng luôn ñược duy trì ở trang thái cân bằng. Các loài vi sinh vật có thể tác ñộng ñến cây trồng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Có những loài có khả năng giúp cây trồng tăng khả năng huy ñộng và dễ dàng sử dụng các nguồn dinh dưỡng từ môi trường, có nhiều loài có khả năng làm giảm bớt hoặc ngăn chặn các ảnh hưởng có hại từ môi trường hoặc từ các tác nhân gây bệnh bất lợi ñối với thực vật. Trong các loài vi sinh vật, vi sinh vật ñối kháng có thể cạnh tranh dinh dưỡng với vi sinh vật bất lợi hoặc sinh tổng hợp các chất có tác dụng trung hoà, phân huỷ, chuyển hoá các tác nhân có hại hoặc tiêu diệt, ức chế các vi sinh vật bất lợi. Dựa trên nguyên lý ñó, các nhà khoa học trong nước ñã phân lập, tuyển chọn, nhân giống và phát triển ñược nhiều chế phẩm vi sinh vật phục vụ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ các nguồn rác thải cũng như chế phẩm nấm ñối kháng sử dụng ñể trừ bệnh hại trong ñất. Nó ñược coi là một mắt xích quan trong trong chuỗi thức ăn của thế giới sinh vật, góp phần vào quá trình chuyển hoá vật chất và tạo lập mối cân bằng tự nhiên giữa các loài sinh vật. Tuy nhiên, không phải bất cứ loài vi sinh vật nào cũng ñối kháng ñược với tất cả các vi sinh vật khác cũng như có thể phân giải tất cả các hợp chất hữu cơ chứa trong thực vật. Vì vậy, ñể nâng cao hiệu quả ñối kháng và phân giải rác hữu cơ phục vụ cho hoạt ñộng có chủ ñích của con người ñó là xử lý ô nhiễm sinh học, hạn chế các nguồn vi sinh vật lan truyền qua ñất và phân bón có thể gây bệnh cho người và thực vật, ñồng thời sản xuất phân bón hữu cơ ñể cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, cần phải có những hiểu biết ñầy ñủ về tiềm năng ñối kháng và phân giải của các nhóm vi sinh vật chức năng ñể lựa chọn các chủng có hoạt lực cao nhất. ðồng thời cũng phải tìm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................6 ra ñược ñiều kiện tối ưu cho các chủng vi sinh vật ñã ñược lựa chọn hoạt ñộng ñể có thể phát huy ñược hiệu quả khi sử dụng chúng như một chất xúc tác sinh học phục vụ cho việc sản xuất phân bón hữu cơ chức năng cho các vùng sản xuất rau an toàn. 1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan ñến ñề tài 1.2.1. Các kết quả nghiên cứu về nguồn phát thải hữu cơ trong sản xuất rau và ô nhiễm sinh học do chúng gây ra Diện tích ñất trồng rau trên thế giới liên tục tăng trong hơn 20 năm qua. Tính chung trên toàn thế giới, diện tích ñất trồng rau hiện ñang tăng 2,8%/năm. Theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới (FAO), hiện thế giới có khoảng 15 triệu ha ñất ñang ñược sử dụng ñể trồng rau với hơn 120 chủng loại khác nhau. Trong ñó có những chủng loại quan trọng chiếm diện tích lớn nhất là cà chua trên 2,7 triệu ha, dưa hấu 1,93 triệu ha, hành 1,91 triệu ha, cải bắp 1,7 triệu ha, ớt 1,1 triệu ha. Sản lượng rau hàng năm toàn thế giới khoảng 450 triệu tấn. Theo Manfred Oepen, lượng phế thải hàng năm do ngành nông nghiệp khoảng 1.200 triệu tấn/ năm (2001). Hiện nay, phần lớn lượng rác thải hữu cơ trong nông nghiệp ñược các nước xử lý bằng phương pháp sinh học, trong ñó sử dụng công nghệ vi sinh có ñiều khiển góp phần giảm ñáng kể ô nhiễm môi trường do nguồn rác thải gây ra và ñáp ứng một phần nhu cầu về phân bón hữu cơ cho sản xuất nông nghiệp. Nhờ các tác nhân vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên và nguồn vi sinh vật thuần chủng bổ sung, quá trình xử lý rác thải nông nghiệp diễn ra nhanh hơn. Sản phẩm tạo ra không chỉ góp phần ổn ñịnh về dinh dưỡng, tăng khả năng giữ nước, ñộ xốp ñất và chất lượng ñất trồng cũng như tạo ñiều kiện thích hợp cho quần thể vi sinh vật ñất có ích sinh trưởng và phát triển [1] Ở nước ta, diện tích trồng rau ñã tăng lên nhanh chóng kể từ ñầu thập kỷ 90. Tính ñến năm 2004, tổng diện tích trồng rau, ñậu trên cả nước ñạt trên 600 nghìn ha, gấp hơn 3 lần so với năm 1991. ðồng bằng sông Hồng (ðBSH) là Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................7 vùng sản xuất lớn nhất, chiếm khoảng 29% sản lượng rau toàn quốc. ðBSCL là vùng trồng rau lớn thứ 2 của cả nước, chiếm 23% sản lượng rau của cả nước. Tính ñến năm 2005, tổng diện tích trồng rau các loại trên cả nước ñạt 635,1 nghìn ha sản lượng 9.640,3 ngàn tấn; so với năm 1999 diện tích tăng 175,5 ngàn ha, sản lượng tăng 3.071,5 ngàn tấn (tốc ñộ tăng bình quân 7,55%/năm). Sản phẩm rau ñóng góp 60% tổng kim ngạch xuất khẩu rau hoa quả và cây cảnh, trung bình trong 5 năm (2000 - 2004) là 224,4 triệu USD và mục tiêu ñến 2010 sẽ ñạt 690 triệu USD. Cà chua, dưa chuột và các cây họ bầu bí khác là những sản phẩm rau xuất khẩu ổn ñịnh nhất. Rác thải hữu cơ trong sản xuất rau bao gồm rễ, thân, lá ñược phát thải trong quá trình chăm sóc, phần tàn dư sau thu hoạch và các sản phẩm loại thải trong quá trình sơ chế. Thành phần hoá học của chúng chủ yếu gồm các nhóm: Lignin, Hemicenlulo và xenlulo, ñường và tinh bột, mỡ, dầu, protenin [56]. Do chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ phức tạp, chúng cần một thời gian rất lâu mới phân hủy hoàn toàn thành mùn. Trong quá trình phân hủy tự nhiên, các rác thải hữu cơ thường sinh ra các chất khí như: H2S, NH4, S02,... gây hôi thối, ô nhiễm môi trường sinh sống và sản xuất của người dân. Ở nước ta, khí hậu nhiệt ñới nóng ẩm và mưa nhiều là ñiều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ phân huỷ, thúc ñẩy nhanh quá trình lên men, thối rữa và tạo mùi khó chịu nếu không ñược xử lý bằng biện pháp phù hợp. Bên cạnh ñó, các rác thải hữu cơ cũng là ký chủ trung gian lan truyền nguồn vi sinh vật gây bệnh cho người và thực vật, ñặc biệt là các vi sinh vật lan truyền qua ñất và phân bón, do ñó lan truyền nguồn bệnh từ vụ trước cho vụ sau hay giữa các vùng sản xuất khác nhau cũng như gây nhiễm bẩn trực tiếp sản phẩm do chứa các vi sinh vật gây bệnh cho người. ðồng thời, các rác thải hữu cơ cũng có thể chứa dư lượng hoá chất ñộc hại như thuốc BVTV, kim loại nặng v.v.. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................8 Trước ñây các phụ phẩm nông nghiệp trong sản xuất rau thường ñược nông dân tận dụng ñể làm thức ăn chăn nuôi như nuôi cá, lợn, bò v.v…Gần ñây, việc sử dụng ñã giảm do quy mô chăn nuôi nhỏ ñã ñược thay thế bằng hình thức chăn nuôi tập trung theo hướng thâm canh. Việc xử lý và sử dụng rác thải trong sản xuất rau ñể sản xuất phân bón hữu cơ còn ít ñược áp dụng. 1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân giải hữu cơ và vi sinh vật ñối kháng 1.2.2.1 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật phân giải hữu cơ Vào giữa thế kỷ XX, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới ñã chứng minh ñược vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên ñối với các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ. Trong tự nhiên vi sinh vật ñược phân bố rộng rãi trong ñất, nước và không khí và trên cơ thể ñộng, thực vật. Ngoài một số ít gây bệnh cho người và ñộng thực vật, hầu hết vi sinh vật ñều tham gia vào quá trình chuyển hoá vật chất. Nhờ có sự tham gia của chúng vào quá trình phân giải các chất hữu cơ mà chuỗi thức ăn và lưới năng lượng luôn ñược duy trì ở trạng thái cân bằng [1, 37, 56]. Trên thực tế, vi sinh vật không trực tiếp phân huỷ các hợp chất hữu cơ mà chúng chỉ tham gia chuyển hóa hợp chất hữu cơ thành những chất ñơn giản như ñường, amino acid, mỡ... nhờ các enzym ngoại bào. Quá trình phân giải có thể ñược thông qua 3 con ñường sau: (1). hợp chất cacbon tự nhiên thành ñường ñơn thông qua phân huỷ hoàn toàn; (2). mỡ thành ñường ñơn và axit béo và (3). Protein thành amôn hoặc nitrat Chu trình chuyển hóa hydratcacbon ñược thực hiện thông qua hàng loạt phản ứng hóa học. Xúc tác cho mỗi phản ứng hóa học là một loại enzym ñặc hiệu. Hydrat cacbon tồn tại chủ yếu trong thực vật, chiếm từ 80 - 90% ở hai dạng tinh bột và xenluloza. Các nhóm vi sinh vật phân giải hữu cơ chủ yếu bao gồm: - Vi sinh vật phân giải xelluloza: vi sinh vật có khả năng phân giải xenluloza là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp ñược hệ enzym xellulaza. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................9 Hệ enzym xellulaza gồm bốn enzym khác nhau. + Xellobiohydrolaza: tác dụng cắt ñứt liên kết hydro làm biến dạng xenluloza tự nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô ñịnh hình. + Endoglucanaza: có khả năng cắt ñứt các liên kết β 1-4 glucozit bên trong phân tử tạo thành những chuỗi dài. + Exo- gluconaza: tiến hành phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi là xellobioza . + β-gluconaza: tiến hành thuỷ phân xellobioza thành glucoza Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xelluloza nhờ hệ Enzym xellulaza ngoại bào [35, 52, 54] như: + Nấm mốc (Aspergillus, Fusarium, Mucor, Tricoderma...); + Vi khuẩn: nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xelluloza tuy nhiên cường ñộ không mạnh bằng vi nấm như vi khuẩn Pseudomonas, Xellulomonas, Achromonobacter, Clostridium, Ruminococus; + Xạ khuẩn: góp phần tích cực trong chuyển hoá xelluloza. Xạ khuẩn ñược ứng dụng phổ biến hiện nay là Streptomycin. Các xạ khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt ở nhiệt ñộ 45 - 500C rất thích hợp cho các quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. + Nấm men: một số loài nấm men cũng có khả năng sinh enzym phân huỷ xelluloza: Candida, Saccharomyces... - Vi sinh vật phân giải Hemicenluloza: tuy không ñược nghiên cứu nhiều nhưng các nhà khoa học ñã chứng minh ña số vi sinh vật có khả năng tổng hợp xenluloza cũng có khả năng tổng hợp xynalaza ñể phân giải xylan. Khả năng này thường thấy ở vi sinh vật sống trong dạ cỏ như: Bacillus, Bacteriodes, Butyvibrio, Ruminococus và các vi khuẩn chi Clostridiu. Ngoài ra, một số loài nấm sợi như: Mycothecium verrucria, Chactomium, Stachybtrys…, nấm xốp trắng như: Corrodusversicolor, Polyrus anceps, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................10 Phanerochaete, aspergillus fumigatus ...và nhóm xạ khuẩn gồm: Streptomyces, cũng có khả năng phân giải xylan. - Vi sinh vật phân giải Lignin xenluloza: do có cấu trúc ñặc biệt nên lignin rất bền, thời gian phân huỷ chậm, thường kéo dài hàng tháng thậm chí tới hàng năm. Một số nhóm nấm mục trắng và vi khuẩn, xạ khuẩn có khả năng phân huỷ lignin thông qua hoạt ñộng sống của chúng. Người ta ñã xác ñịnh ñược hàng trăm loài nấm mục trắng có khả năng phân giải lignin, chúng thuộc các nhóm: Agaricaceae, Hydnaceae, Polyporaceae, Thelephoracea... Ngoài ra người ta còn thấy các loài nấm trắng như Corroluversiolor dolyrus, Polydonic versicolor. Nhóm vi khuẩn có khả năng phân huỷ lignin gồm Pseudomonas, Xanthomonas, Acinetobacter, Arthrobacter, Micrococcus, Aeromonas, Chromobacterium, Flavobacterium. Một số công trình nghiên cứu cũng cho thấy các nhóm vi sinh vật như Nocardia, Streptomyces, Pseudomonas spp, Bacillus có khả năng giải phóng CO2 từ các phân tử lignin. - Vi sinh vật khử mùi hôi: tinh bột bao gồm hai cấu tử là amiloza và amilopectin. Amiloza là những chuỗi không phân nhánh bao gồm các ñơn phân glucoza liên kết với nhau bằng liên kết 1 - 4glucozit. Amilopectin là chuỗi phân nhánh gồm các ñơn phân glucoza gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1,4 glucozit mà còn nhờ liên kết 1,6 – glucozit. Một số loài vi sinh vật có khả năng sinh enzim khử mùi hôi như: Candida, Saccharomyces, Endomycopsis, Bac.subtilis, Clostridium, Pseudomonas... có khả năng tiết ra môi trường hệ enzymamylaza gồm 4 enzym: α - amilaza, β amilaza, phosphorilaza, amiloglucodaza (glucoamilaza). - Vi sinh vật phân giải protein: Protein có cấu trúc rất phức tạp, ñơn vị cơ bản tham gia vào cấu tạo Protein là các axitamin, chúng liên kết với nhau nhờ liên kết peptid (-CO-NH). Nhóm vi sinh vật phân huỷ protein có khả năng sinh tổng hợp các enzym proteasa, peptidaza ñể phân giải protein thành chuỗi polipeptid và oligopeptid, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ......................11