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
- Xem thêm -