luận án tiến sĩ nghiên cứu màng bao kết hợp vi khuẩn phân giải lân tạo phân bón vô cơ tan chậm sử dụng cho cây trồng

TÓM TÂT Sự kết hợp giữa khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng chậm với ho¿t động cÿa vi sinh vật trong một sÁn phẩm phân bón là một giÁi pháp góp phần tăng hiệu suất sử dụng phân bón và h

Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O

TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH

*******************

BÙI ĐOÀN PH¯ĀNG LINH

Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O

TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH

*******************

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

LàI CÀM ¡N

Bằng sự nỗ lực, cố gắng hết mình cÿa bÁn thân cùng với sự h°ớng dẫn, góp ý, chia sẻ, động viên, khích lệ cÿa ng°ßi thân, b¿n bè, đßng nghiệp và đặc biệt là Quý Thầy Cô, luận án cÿa tôi đã đ°ợc hoàn thành

Tôi xin chân thành cÁm ¡n:

- PGS TS Huỳnh Thanh Hùng và TS Nguyßn Ng漃⌀c Hà đã tận tình h°ớng

dẫn, định h°ớng, truyền đ¿t kinh nghiệm và kiến thāc, giúp đỡ cho tôi từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận án;

- PGS.TS Lê Đình Đôn và TS Nguyßn Vũ Phong đã động viên, hỗ trợ nhiệt

tình về chuyên môn;

- Ban Giám hiệu Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh, Tập thể Quý Thầy Cô Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Khoa Khoa học Sinh học, Phòng Đào t¿o Sau đ¿i học đã t¿o điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập;

- PGS.TS Lê Quang Luân đã quan tâm, góp ý xây dựng và t¿o điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện một số nội dung luận án t¿i Phòng Công nghệ Sinh học Vật liệu và Nano – Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành Phố Hß Chí Minh;

- Ban Lãnh đ¿o Công ty cá phần Phân bón Dầu khí Cà Mau đã giúp đỡ và t¿o điều kiện về c¡ sá vật chất cho tôi để thực hiện một số nội dung cÿa luận án;

- Ban Giám hiệu và các đßng nghiệp Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai đã t¿o mọi điều kiện, thßi gian cho tôi đi học;

- Quý Thầy Cô các hội đßng khoa học trong suốt quá trình học tập cÿa tôi đã nhiệt tình phân tích, góp ý, định h°ớng để giúp tôi hoàn thành luận án;

- Một số sinh viên cÿa Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh và Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai kết hợp cùng thực hiện với tôi một số nội dung cÿa luận án;

- Các anh chị, các b¿n và các em làm việc t¿i phòng thí nghiệm cÿa Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Công ty cá phần Phân bón Dầu Khí Cà Mau đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận án;

- Ba mẹ, ông xã và anh chị em trong gia đình đã luôn ÿng hộ, hỗ trợ, nâng đỡ cÁ về vật chất và tinh thần trong suốt thßi gian tôi đi học và thực hiện luận án

Nghiên cāu sinh

Bùi Đoàn Ph°ợng Linh

LàI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa tôi đ°ợc thực hiện d°ới sự h°ớng dẫn cÿa PGS.TS Huỳnh Thanh Hùng và TS Nguyễn Ngọc Hà Kết quÁ báo cáo trong luận án này là trung thực và ch°a từng đ°ợc công bố trong thßi gian tr°ớc đây bái tác giÁ khác

Nghiên cāu sinh

Bùi Đoàn Ph°ợng Linh

TÓM TÂT

Sự kết hợp giữa khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng chậm với ho¿t động cÿa vi sinh vật trong một sÁn phẩm phân bón là một giÁi pháp góp phần tăng hiệu suất sử dụng phân bón và h¿n chế tác động cÿa phân bón tới môi tr°ßng Mục tiêu cÿa nghiên cāu là chế t¿o đ°ợc phân vô c¡ tan chậm với vỏ bọc t¿o bái polymer phân hÿy sinh học có kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và b°ớc đầu thử nghiệm hiệu quÁ trên cây trßng c¿n á điều kiện nhà l°ới Để giÁi quyết mục tiêu trên, qua tìm hiểu về lý thuyết, các kết quÁ nghiên cāu thực nghiệm cÿa các công trình nghiên cāu tr°ớc liên quan tới vi sinh vật, phân bón, polymer phân hÿy sinh học, thử nghiệm phân bón trên cây trßng đã đ°ợc thực hiện Kết quÁ nghiên cāu đã phân lập đ°ợc 60 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân vô c¡ khó tan, trong đó có 3 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao Trên môi tr°ßng PVK bá sung 3% và 4% NaCl chỉ có chÿng vi khuẩn PSM54 xuất hiện vòng phân giÁi lân Kết quÁ định danh hai chÿng vi khuẩn đ°ợc lựa chọn để thực hiện các khÁo sát trong nghiên cāu là chÿng vi khuẩn PSM57 là Burkholderia silvatlantica và chÿng PSM54 là

Bacillus velezensis Thßi gian nhân sinh khối tối °u để thu đ°ợc mật số vi khuẩn cao nhất đối với cÁ 2 chÿng vi khuẩn PSM54 và chÿng vi khuẩn PSM57 là 48 giß Mặt khác, đề tài cũng đã xác định đ°ợc ph°¡ng pháp t¿o vi h¿t cố định vi khuẩn bằng ph°¡ng pháp nhốt với sodium alginate 1% và calcium chloride 1% là nßng độ tối °u t¿o vi h¿t có kích th°ớc thích hợp nhằm cố định vi khuẩn vào màng bao polymer dùng để t¿o màng cho phân tan chậm kết hợp vi khuẩn KhÁ năng bÁo vệ vi khuẩn cÿa các vi h¿t cố định trên màng polymer giúp bÁo vệ vi khuẩn tr°ớc điều kiện bất lợi cÿa môi tr°ßng bên ngoài dựa trên kết quÁ nuôi cấy vi khuẩn tự do và vi khuẩn cố định trong vi h¿t trên môi tr°ßng chāa chitosan cũng đã đ°ợc chāng minh Đề tài cũng đã xác định đ°ợc vật liệu phân hÿy sinh học chính để làm màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân là polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin và sodium alginate Phân tan chậm đ°ợc t¿o ra nhß lớp vỏ bọc là các polymer phân hÿy sinh học có bá sung chÿng vi khuẩn PSM54 thỏa mãn tiêu chuẩn về phân tan chậm theo quy định cÿa AAPFCO (Association of American Plant Food Control

Officials) (1997) Kết quÁ khÁo sát cho thấy sau 60 ngày đ°ợc cố định trong màng bao, chÿng vi khuẩn PSM54 vẫn sống và mật số vi khuẩn trên màng bao đ¿t 88,3% so với mật số ban đầu Đßng thßi, đề tài cũng đã thử nghiệm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân t¿o đ°ợc trên cây trßng c¿n là cây đậu phộng trong điều kiện nhà l°ới Kết quÁ b°ớc đầu cho thấy phân có Ánh h°áng tốt tới sự phát triển chiều cao cây, số cành trên cây, khÁ năng hình thành nốt sần và các yếu tố cấu thành năng suất cÿa cây đậu phộng Khi sử dụng công thāc phân bón với l°ợng phân tan chậm chỉ bằng 60% - 80% so với l°ợng phân bón thông th°ßng thử nghiệm trên cây đậu phộng vẫn cho hiệu quÁ t°¡ng đ°¡ng

Từ khóa: cố định vi khuẩn, phân vô c¡ tan chậm, polymer phân hÿy sinh học,

vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan

SUMMARY

The combination of slow nutrient release with microbial activity in a fertilizer product could increase the fertilizer’s efficiency and limit the impact of chemical hazar of fertilizer on the environment The research aims are to create controlled release inorganic fertilizer with a membrane made of biodegradable polymers combined with insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria and test its effectiveness on upland plants under greenhouse conditions To solve the above goal, through learning about theory, experimental research results of previous studies related to microorganisms, fertilizers, biodegradable polymers, testing fertilizers on plants was done Of sixty insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria strains were isolated from soil samples, there are three strains of bacteria that have both phosphate solubilizing activity and salt tolerance The analysis results on PVK meidum supplemented with 3% and 4% NaCl showed that only PSM54 strain had phosphorus-degrading ring The results identified two bacterial strains selected for the analysis, the PSM57 strain Burkholderia silvatlantica and the PSM54 strain

Bacillus velezensis The best time for both PSM54 and PSM57 strains to yield the most biomass multiplication and obtain the highest concentration of bacteria was 48 hours On the other hand, the results showed that the method to create immobilized microparticles by confinement method using soldium alginate 1% and calcium chloride 1% are the optimal concentrations for the process of creating microparticles with suitable sizes for the purpose of immobilization bacteria into polymeric membranes used to create membranes for controlled realese fertilizers incorporated microorganisms The thesis identified the ability to protect bacteria from microparticles immobilized on polymer membranes to help protect bacteria against adverse environmental conditions on the results of the culture of free bacteria and immobilized bacteria in bacteria on medium containing chitosan The polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin and sodium alginate were the biodegradable

materials that selected for preparing controlled release fertilizers coating membranes combined with microorganisms The controlled release fertilizer was made by coating of biodegradable polymers incorporated PSM54 bacteria that meets standards for slow dissolution according to AAPFCO (Association of American Plant Food Control Officials) (1997) After 60 days incorporated on the membrane of controlled release, the PSM54 bacteria remained at 88,3 % compared to the initial density In addition, the results of the experimental application of controlled release fertilizer combined with microorganisms on potted peanuts showed that when using controlled release fertilizer in combination with microorganisms, affected the growth of plant height, number of branches per tree, nodulation, and yield components of peanut Using controlled release fertilizer with the amount of fertilizer only 60% - 80% compared to the amount of normal fertilizer, it also had the same effect on the peanuts

Keywords: bacterial immobilization, biodegradable polymers, controlled release inorganic fertiliezer, insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria

1 Tính cấp thiết cÿa đề tài 01

2 Mục tiêu nghiên cāu cÿa đề tài 02

3 Thßi gian và địa điểm nghiên cāu 02

4 Đối t°ợng nghiên cāu cÿa đề tài 03

5 Giới h¿n ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài 03

6 Nội dung nghiên cāu cÿa đề tài 03

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cÿa đề tài 04

8 Tính mới cÿa luận án 04

CH¯¡NG 1 TäNG QUAN TÀI LIàU 05

1.1 Phân bón vô c¡ 05

1.1.1 Khái niệm và đặc điểm cÿa phân bón vô c¡ 05

1.1.2.Tính tan và yêu cầu cÿa phân bón vô c¡ 06

1.1.3 Phân lo¿i phân bón vô c¡ 06

1.1.4 Tác động cÿa việc sử dụng phân bón vô c¡ đến môi tr°ßng và sāc khỏe 07

1.2 Polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân bón 08

1.2.1 Phân hÿy sinh học và polymer phân hÿy sinh học 08

1.2.2 Phân lo¿i polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân tan chậm 09

1.2.2.1 Polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°ợc cÁi biến 09

1.2.2.2 Phāc hợp các polymer tự nhiên 10

1.2.2.3 Polymer táng hợp có ngußn gốc sinh học hoặc tự nhiên 10

1.2.2.4 Phāc hợp cÿa polymer táng hợp và polymer tự nhiên 10

1.2.2.5 Hỗn hợp các hydrocarbon tự nhiên 11

1.2.2.6 Polymer táng hợp từ phāc hợp các hydrocarbon tự nhiên 11

1.3 Lân trong đất và vi sinh vật phân giÁi lân 11

1.3.1 Các d¿ng lân trong đất và vai trò cÿa lân đối với cây trßng 11

1.3.2 Vai trò cÿa vi sinh vật phân giÁi lân 12

1.3.3 Sự chuyển hóa lân hữu c¡ nhß vi sinh vật 13

1.3.4 Sự chuyển hóa lân vô c¡ nhß vi sinh vật 14

1.4 Táng quan về cố định tế bào vi sinh vật 15

1.4.1 Các ph°¡ng pháp cố định tế bào 15

1.4.1.1 Ph°¡ng pháp cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn 16

1.4.1.2 Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách nhốt tế bào trong gel 16

1.4.1.3 Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách keo tụ tế bào 17

1.4.1.4 Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách nhốt tế bào trong hệ sợi 17

1.4.1.5 Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách t¿o vi nang 17

1.4.2 ¯u, nh°ợc điểm cÿa tế bào cố định 18

1.5 Phân bón tan chậm 18

1.5.1 Khái niệm 18

1.5.2 ¯u điểm và nh°ợc điểm cÿa phân bón tan chậm 19

1.5.3 Phân biệt một số lo¿i phân bón tan chậm 19

1.5.4 Phân bọc tan chậm (CRFs) 20

1.5.4.1 Cấu t¿o phân bọc tan chậm và c¡ chế phóng thích chất dinh d°ỡng cÿa phân bọc tan chậm 20

1.5.4.2 Tiêu chí đánh giá phân bọc tan chậm 21

1.6 Táng quan về các nguyên liệu chính dùng táng hợp màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân phân 21

1.6.1 Polyvinyl alcohol (PVA) 21

1.6.2 Carboxylmethyl cellulose (CMC) 22

1.6.3 Bentonite 23

1.6.4 Alginate 23

1.6.5 Polyurethane 23

1.7 Tình hình nghiên cāu phân bón tan chậm và phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật 24 1.7.1 Tình hình nghiên cāu phân bón tan chậm và phân bón tan chậm kết hợp vi sinh

2.2.1 Nội dung 1: Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và khÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t calcium sodium alginate 34

2.2.1.1 Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân từ đất trên môi tr°ßng th¿ch đĩa 34

2.2.1.2 Định danh chÿng vi khuẩn 35

2.2.1.3 KhÁo sát Ánh h°áng cÿa nßng độ sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate 36

2.2.1.4 KhÁo sát Ánh h°áng cÿa nßng độ calcium chloride đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate 37

2.2.1.5 KhÁo sát Ánh h°áng cÿa khối l°ợng phân tử sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate 37

2.2.2 Nội dung 2: Táng hợp màng polymer phân hÿy sinh học 38

2.2.2.1 T¿o màng PVA và màng CMC 38

2.2.2.2 T¿o màng polymer bái sự kết hợp giữa CMC với PVA, urea và glycerol 38

2.2.2.3 KhÁo sát khÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng t¿o bái CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol 40

2.2.2.4 KhÁo sát māc độ hấp thụ n°ớc cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol chāa và không chāa vi h¿t calcium sodium alginate 40 2.2.3 Nội dung 3: Cố định vi khuẩn phân giÁi lân trong vi h¿t calcium sodium alginate 41 2.2.3.1 KhÁo sát Ánh h°áng cÿa thßi gian nuôi cấy đến nhân sinh khối vi khuẩn 41 2.2.3.2 Cố định tế bào vi khuẩn phân giÁi lân và và xác định mật số vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate 42 2.2.3.3 Xác định ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn đ°ợc cố định trong vi h¿t calcium sodium alginate 43 2.2.3.4 KhÁo sát khÁ năng t¿o màng cÿa chitosan và khÁ năng bÁo vệ vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate 43 2.2.4 Nội dung 4: T¿o chế phẩm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và b°ớc đầu thử nghiệm phân bón cho cây trßng 44 2.2.4.1 T¿o màng bao bái các lo¿i polymer và khÁo sát quá trình tan theo thßi gian cÿa phân trong n°ớc 44 2.2.4.2 Đánh giá khÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn phân giÁi lân trên màng bao phân vô c¡ tan chậm theo thßi gian 45 2.2.4.3 Chọn lọc chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao 46 2.2.4.4 So sánh ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn tự do, vi khuẩn cố định trên màng t¿o bái PVA, CMC, urea và glycerol 46 2.2.4.5 Phân tích hình thái bề mặt viên phân tan chậm bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 47 2.2.4.6 KhÁo sát khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên 47 2.2.4.7 Đánh giá māc độ phân hÿy sinh học cÿa màng bao phân tan chậm 48

2.2.4.8 Āng dụng thử nghiệm phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân cho

cây trßng trong nhà l°ới 49 2.3 Ph°¡ng pháp xử lý số liệu 52

CH¯¡NG 3 K¾T QUÀ VÀ THÀO LUÀN 53

3.1 Nội dung 1: Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và khÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t calcium sodium alginate 53

3.1.1 Kết quÁ phân lập vi khuẩn chuyển hóa lân vô c¡ khó tan 53

3.1.2 Kết quÁ đánh giá ho¿t tính phân giÁi lân vô c¡ khó tan cÿa vi khuẩn dựa trên đ°ßng kính vòng phân giÁi 61

3.1.3 Định danh chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan 68

3.1.4 KhÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t cố định calcium sodium alginate 70

3.1.4.1 Ành h°áng cÿa nßng độ sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t cố định 70

3.1.4.2 Ành h°áng cÿa nßng độ calcium chloride đến kích th°ớc vi h¿t cố định 74

3.1.4.3 Ành h°áng cÿa khối l°ợng phân tử sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t cố định 78

3.2 Nội dung 2: Táng hợp màng polymer phân hÿy sinh học 81

3.2.1 Độ bền c¡ lý cÿa màng PVA và màng CMC 81

3.2.2 Tỷ lệ CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol để t¿o màng 83

3.2.3 KhÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol 86

3.2.4 Māc độ hấp thụ n°ớc cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol chāa và không chāa h¿t calcium sodium alginate 87

3.3 Nội dung 3: Cố định vi khuẩn phân giÁi lân trong vi h¿t calcium sodium alginate 90

3.3.1 Ành h°áng cÿa thßi gian nuôi cấy đến quá trình nhân sinh khối vi khuẩn 90

3.3.2 Mật số vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate 90

3.3.3 KhÁ năng t¿o màng cÿa chitosan và khÁ năng bÁo vệ vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate 91

3.4 Nội dung 4: T¿o chế phẩm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và b°ớc đầu thử nghiệm phân bón cho cây trßng 94

3.4.1 Māc độ tan trong n°ớc theo thßi gian cÿa phân tan chậm t¿o bái các lớp màng bao 94

3.4.2 KhÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn PSM57 trên màng bao phân tan chậm theo 3.4.5 Thßi gian nhân sinh khối tối °u cÿa chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao 103 3.4.6 So sánh ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn tự do, vi khuẩn cố định trên màng t¿o bái PVA, CMC, urea và glycerol 104 3.4.7 KhÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn PSM54 trên màng bao phân tan chậm theo thßi gian 111 3.4.8 KhÁ năng phóng thích dinh d°ỡng cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên 114 3.4.9 KhÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng bao phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân theo thßi gian 116 3.4.10 Āng dụng thử nghiệm phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân cho cây trßng trong điều kiện nhà l°ới 117 3.4.10.1 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến chiều cao thân chính cÿa cây đậu phộng 118 3.4.10.2 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến số cành trên cây đậu phộng 123 3.4.10.3 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến khÁ năng hình thành nốt sần cÿa

DANH MĂC CÁC TĂ VI¾T TÂT

CFU: Colony forming units (Đ¡n vị hình thành khuẩn l¿c) CMC: Carboxymethyl cellulose

CRFs: Controlled release fertilizers DAP: Diamonium phosphate

PC-CRFs: Biodegradable polymer - coated controlled release fertilizers PCR: Polymerase chain reaction

PLA: Poly lactic acid

PSM: Phosphate solubilizing microorganisms PVA: Polyvinyl alcohol

PVK: Pikovskaya

SEM: Scanning electron microscope SRFs: Slow release fertilizers

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

BÁng 2.3 L°ợng phân bón sử dụng trong thí nghiệm trßng đậu phộng 51 BÁng 3.1 Hình thái, màu sắc khuẩn l¿c; hình d¿ng tế bào và phân lo¿i vi khuẩn theo ph°¡ng pháp nhuộm Gram cÿa các chÿng vi khuẩn phân giÁi lân phân lập đ°ợc 54 BÁng 3.2 Đ°ßng kính vòng phân giÁi cÿa các chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡

khó tan phân lập đ°ợc có đ°ßng kính vòng phân giÁi < 5 mm 65

BÁng 3.3 Đ°ßng kính vòng phân giÁi cÿa các chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡

khó tan phân lập đ°ợc có đ°ßng kính vòng phân giÁi 5 mm - 10 mm 66

BÁng 3.4 Đ°ßng kính vòng phân giÁi cÿa các chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡

khó tan phân lập đ°ợc có đ°ßng kính vòng phân giÁi > 10 mm 67

BÁng 3.5 Kích th°ớc trung bình cÿa các vi h¿t calcium sodium alginate á các nßng

độ sodium alginate khác nhau 71

BÁng 3.6 Kích th°ớc trung bình cÿa các vi h¿t calcium sodium alginate á các nßng độ calcium chloride khác nhau 74 BÁng 3.7 Kích th°ớc trung bình cÿa các vi h¿t calcium sodium alginate đ°ợc t¿o ra

với sodium alginate có khối l°ợng phân tử khác nhau 79

BÁng 3.8 Kích th°ớc cÿa màng PVA và màng CMC 81 BÁng 3.9 Độ bền c¡ lý cÿa màng PVA và màng CMC 82 BÁng 3.10 Độ bền c¡ lý cÿa màng đ°ợc t¿o ra bái CMC kết hợp với PVA, urea và

glycerol 84

BÁng 3.11 Kết quÁ khÁo sát khÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng CMC kết hợp

với PVA, urea và glycerol 87

BÁng 3.12 Kết quÁ khÁo sát khÁ năng hấp thụ n°ớc cÿa màng CMC kết hợp với

PVA, urea và glycerol chāa và không chāa vi h¿t calcium sodium alginate 89

BÁng 3.13 Mật số cÿa chÿng vi khuẩn PSM57 theo thßi gian nhân sinh khối 90

BÁng 3.14 Mật số cÿa chÿng vi khuẩn PSM57 trong vi h¿t calcium sodium alginate 91

BÁng 3.15 Thông số kích th°ớc và độ bền c¡ lý cÿa màng chitosan 92 BÁng 3.16 Kích th°ớc trung bình vòng phân giÁi lân cÿa chÿng vi khuẩn PSM57 92

BÁng 3.17 Kết quÁ khÁo sát māc độ tan trong n°ớc theo thßi gian cÿa phân DAP bọc

bái các vật liệu khác nhau 95

BÁng 3.18 Mật số cÿa chÿng vi khuẩn PSM57 trên màng bao phân tan chậm theo thßi gian 99

BÁng 3.19 Đ°ßng kính vòng phân giÁi lân cÿa các chÿng vi khuẩn trên môi tr°ßng

PVK có bá sung 2% NaCl, 3% NaCl và 4% NaCl 101

BÁng 3.20 Mật số cÿa chÿng vi khuẩn PSM54 theo thßi gian nhân sinh khối 104

BÁng 3.21 Kết quÁ khÁo sát ho¿t tính phân giÁi lân vô c¡ khó tan cÿa vi khuẩn tự

do, vi khuẩn tự do trong màng, vi khuẩn cố định và vi khuẩn cố định trong màng CMC kết hợp PVA, urea và glycerol 105

BÁng 3.22 Mật số cÿa chÿng vi khuẩn PSM54 trên màng bao phân tan chậm theo thßi gian 111

BÁng 3.23 Thành phần cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân PSM54115

BÁng 3.24 Hàm l°ợng chất dinh d°ỡng đ°ợc phóng thích cÿa phân vô c¡ tan

chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân theo thßi gian trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên 116

BÁng 3.25 Māc độ phân hÿy sinh học cÿa màng bao phân vô c¡ tan chậm theo thßi

gian 117

BÁng 3.26 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân đến

chiều cao thân chính đậu phộng qua các thßi kỳsinh tr°áng 119

BÁng 3.27 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến số cành trên cây đậu phộng 124 BÁng 3.28 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến sự phát triển nốt sần trên cây

đậu phộng 126

BÁng 3.29 Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân đến

các yếu tố cấu thành năng suất cÿa đậu phộng 128

DANH MĂC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 C¡ chế phóng thích chất dinh d°ỡng cÿa phân bọc tan chậm 21

Hình 3.1 Hình Ánh nhuộm Gram cÿa các chÿng vi khuẩn phân lập đ°ợc 59

Hình 3.2 Hình thái, màu sắc khuẩn l¿c với vòng phân giÁi lân cÿa một số chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan phân lập đ°ợc 61

Hình 3.3 Hình thái khuẩn l¿c (a) và nhuộm Gram (b) cÿa chÿng vi khuẩn PSM57 69

Hình 3.4 Mối quan hệ di truyền giữa chÿng PSM57 và các loài Parabukholderia hiện có trên Genbank dựa trên trình tự 16S-rRNA phân tích bằng ph°¡ng pháp UPMGA, giá trị bootstrap 1000 69

Hình 3.5 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate á nßng độ 1% 71

Hình 3.6 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate á nßng độ 2% 72

Hình 3.7 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate á nßng độ 3% 72

Hình 3.8 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate á nßng độ 4% 73

Hình 3.9 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate á nßng độ 5% 73

Hình 3.10 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái calcium chloride á nßng độ 1% 75

Hình 3.11 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái calcium chloride á nßng độ 2% 76

Hình 3.12 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái calcium chloride á nßng độ 3% 76

Hình 3.13 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái calcium chloride á nßng độ 4% 77

Hình 3.14 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái calcium chloride á nßng độ 5% 77

Hình 3.15 Biểu đß phân bố kích th°ớc vi h¿t t¿o bái sodium alginate có khối l°ợng

Hình 3.20 Màng t¿o bái CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol theo các tỷ lệ

khác nhau 85

Hình 3.21 Hình thái bề mặt màng t¿o bái CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol chôn trong đất theo thßi gian 86

Hình 3.22 Vòng phân giÁi lân cÿa vi khuẩn Burkholderia silvatlantica sau 48 giß 94

Hình 3.23 S¡ đß chế t¿o phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân 97 Hình 3.24 Lõi phân tan chậm và phân tan chậm với các lớp vỏ bọc khác nhau chāa vi khuẩn PSM57 98

Hình 3.25 Khuẩn l¿c cÿa chÿng vi khuẩn PSM48 (a), PSM55 (b) trên môi tr°ßng PVK bá sung NaCl 2% và chÿng PSM54 (c) trên môi tr°ßng PVK bá sung NaCl 4% 100

Hình 3.26 Mối quan hệ di truyền giữa chÿng PSM54 và các loài Bacillus hiện có trên

Genbank dựa trên trình tự 16S-rARN phân tích bằng ph°¡ng pháp UPMGA, giá trị

Hình 3.34 Vòng phân giÁi lân vô c¡ khó tan cÿa vi khuẩn á các điều kiện sau

Hình 3.39 Ành chụp SEM viên phân với lớp màng bao là polyurethane 113

Hình 3.40 Ành chụp SEM viên phân với lớp bao là bentonite kết hợp vi h¿t calcium

sodium alginate chāa vi khuẩn phân giÁi lân PSM54 với chất kết dính là PVA 113

Hình 3.41 Phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân PSM54 114

Hình 3.42 Đậu phộng trßng trong điều kiện nhà l°ới với các nghiệm thāc phân bón

á thßi điểm m°ßi bốn ngày 121

Hình 3.43 Đậu phộng trßng trong điều kiện nhà l°ới á các nghiệm thāc phân bón á thßi điểm hai bÁy ngày 122

M« ĐÃU 1 Tính c¿p thi¿t cÿa đề tài

Trong nông nghiệp phân bón vô c¡ có vai trò hết sāc quan trọng và không thể thiếu đối với cây trßng Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng cÿa nhiều lo¿i phân bón vô c¡ hiện nay ch°a cao do quá trình hòa tan, bay h¡i, rửa trôi cÿa phân diễn ra nhanh và do phân bị cố định vào đất làm cho cây trßng không hấp thu đ°ợc hoặc không kịp hấp thu, dẫn tới lãng phí, gây ô nhiễm môi tr°ßng và Ánh h°áng tới hệ vi sinh vật có ích trong đất (Naz và Sulaiman, 2016) Một số nghiên cāu đã cho thấy một trong những cách kiểm soát tốc độ phóng thích cÿa phân bón vô c¡ là cần tìm ra những vật liệu phù hợp để t¿o ra một lớp màng bao bên ngoài cÿa phân Lớp màng bao này có tác dụng h¿n chế tới māc thấp nhất sự thất thoát chất dinh d°ỡng, cũng nh° giÁm sự cố định cÿa phân bón vào đất Từ đó, giúp tăng hiệu suất sử dụng phân bón, giÁm chi phí, nâng cao năng suất cây trßng, giÁm thiểu tác động cÿa phân bón đến môi tr°ßng (Shaviv, 2001; Trenkel, 2010; Azeem và ctv, 2014)

Lân là nguyên tố đa l°ợng cần thiết cho sự sinh tr°áng, phát triển bình th°ßng cÿa cây trßng nói riêng và sinh vật nói chung Lân là thành phần cấu t¿o cÿa nhiều chất hữu c¡ quan trọng trong cây Ngoài ra, lân còn có vai trò t¿o môi tr°ßng đệm, Ánh h°áng đến khÁ năng hút các chất khoáng khác cÿa cây (Bùi Trang Việt, 2000; Hoàng Minh Tấn và ctv, 2004) Tuy lân có nhiều trong đất, nh°ng chÿ yếu á d¿ng không hòa tan nên cây trßng vẫn có thể bị thiếu lân Trong nông nghiệp, để đáp āng nhu cầu dinh d°ỡng cho cây trßng, lân th°ßng đ°ợc bá sung vào đất d°ới d¿ng phân lân hóa học nh°ng có tới h¡n 80% l°ợng phân này bị cố định l¿i trong đất bái các phāc hợp kim lo¿i – cation và trá thành d¿ng khó tiêu hoặc bị rửa trôi gây ra những vấn đề về môi tr°ßng và làm tăng chi phí trong sÁn xuất nông nghiệp (Sharpley, 1995; Gyaneshwar và ctv, 2002; Syers và ctv, 2011) Trong tự nhiên, cây trßng muốn hấp thu đ°ợc các d¿ng lân khó tiêu này trong đất th°ßng cần có sự hỗ trợ cÿa các vi sinh vật, nhất là các vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân khó tan để t¿o ra các d¿ng lân dễ tan (Bhattacharyya và Jha, 2012) Để h¿n chế những tác động không có lợi cÿa phân bón vô c¡ đối với môi tr°ßng và để tăng hiệu suất sử dụng lân thì việc sử dụng các vi sinh vật có ích trong đó có vi khuẩn chuyển hóa lân bá sung vào trong đất là một trong

những giÁi pháp thân thiện với môi tr°ßng và hữu hiệu giúp quÁn lý sự thiếu hụt lân trong đất nông nghiệp (Sharma và ctv, 2013; Santana và ctv, 2016; Kalayu, 2019)

Trên thế giới những công trình khoa học nghiên cāu về kiểm soát tốc độ phóng thích cÿa phân thông qua lớp màng bao bên ngoài đã đ°ợc nghiên cāu từ những năm sáu m°¡i cÿa thế kỷ tr°ớc Hiện nay, á những n°ớc tiên tiến trên thế giới đã t¿o ra đ°ợc những sÁn phẩm phân bón tan chậm với màng bao á quy mô th°¡ng m¿i, sÁn xuất công nghiệp à Việt Nam, những nghiên cāu khoa học về lĩnh vực này còn ch°a nhiều, mặc dù hiện nay á n°ớc ta cũng có những sÁn phẩm phân bón vô c¡ tan chậm nhß màng bao bên ngoài đ°ợc t¿o ra bái các nguyên liệu khác nhau nh°ng phần lớn là nhập khẩu về chÿ yếu sử dụng trên hoa lan, cây cÁnh Mặt khác, lĩnh vực nghiên cāu t¿o ra sÁn phẩm phân bón trong đó có sự kết hợp giữa phóng thích chất dinh d°ỡng chậm và ho¿t động cÿa vi sinh vật còn rất h¿n chế Vì đây là lĩnh vực còn khá mới mẻ và vấn đề lớn cần giÁi quyết là phÁi tìm ra đ°ợc ph°¡ng pháp để kéo dài thßi gian sống cÿa vi sinh vật trên màng bao phân cũng ch°a đ°ợc nghiên cāu rộng rãi

Từ những vấn đề nêu trên, đề tài: <Nghiên cāu màng bao k¿t hāp vi khuÁn

phân giÁi lân t¿o phân bón vô c¢ tan chÁm są dăng cho cây trãng” đ°ợc thực hiện

Kết quÁ cÿa đề tài sẽ góp phần vào h°ớng nghiên cāu á Việt Nam là t¿o ra đ°ợc phân bón vô c¡ tan chậm (controlled release fertilizers) kết hợp vi sinh vật có ích giúp tăng hiệu quÁ sử dụng phân bón vô c¡, bá sung ngußn vi sinh vật có ích cho đất, có ý nghĩa về kinh tế và góp phần vào giÁi quyết vấn đề về ô nhiễm môi tr°ßng do nông nghiệp gây ra

2 Măc tiêu nghiên cāu cÿa đề tài

T¿o đ°ợc phân vô c¡ tan chậm với màng bao t¿o bái polymer phân hÿy sinh học có kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và b°ớc đầu thử nghiệm hiệu quÁ trên cây trßng c¿n á điều kiện nhà l°ới

3 Thái gian và đáa điểm nghiên cāu

Nghiên cāu đ°ợc thực hiện từ tháng 5/2017 đến tháng 8/2022 t¿i Bộ môn Sinh học - Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai, Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng - Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành phố Hß Chí Minh, Phòng Công nghệ Sinh học Vật liệu và Nano - Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành Phố Hß Chí Minh

4 Đái t°āng nghiên cāu cÿa đề tài

Các vật liệu t¿o màng phân tan chậm gßm: polyurethane, bentonite, CMC, PVA, sodium alginate, paraffin, urea và glycerol

Các chÿng vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân vô c¡ khó tan đ°ợc phân lập từ đất á Đßng Nai (huyện Xuân Lộc, Nh¡n Tr¿ch, Long Khánh), Thành phố Hß Chí Minh (Thÿ Đāc, Cần Giß), Long An

Đối t°ợng cây trßng chính trong nghiên cāu là cây đậu phộng (Arachis

hypogaea L.)

5 Gißi h¿n ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài

Nghiên cāu một số điều kiện tối °u để đ°a thành công vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan lên màng bao phân vô c¡ tan chậm đÁm bÁo vi khuẩn vẫn sống sau một thßi gian nhất định

Phân vô c¡ dùng để làm lõi phân tan chậm là phân vô c¡ có chāa đ¿m và lân là phân DAP (16%N - 45%P2O5) cÿa Công ty Cá phần DAP – VINACHEM (DAP Đình Vũ), nghiên cāu sự phóng thích chất dinh d°ỡng có trong phân theo thßi gian là đ¿m và lân

B°ớc đầu thử nghiệm hiệu quÁ cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân trên cây trßng c¿n là cây đậu phộng á điều kiện nhà l°ới

6 Nái dung nghiên cāu cÿa đề tài

Đề tài có 4 nội dung nghiên cāu chính:

Nội dung 1: Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan

và khÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t calcium sodium alginate

Nội dung 2: Táng hợp màng polymer phân hÿy sinh học

Nội dung 3: Cố định vi khuẩn phân giÁi lân trong vi h¿t calcium sodium

alginate

Nội dung 4: T¿o chế phẩm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và

b°ớc đầu thử nghiệm phân bón cho cây trßng

7 Ý ngh*a khoa h漃⌀c và thực tißn cÿa đề tài

 Ý ngh*a khoa h漃⌀c

Kết quÁ cÿa đề tài đóng góp thêm cho ph°¡ng pháp nghiên cāu āng dụng hiệu quÁ vi sinh vật có ích trong nông nghiệp, đßng thßi t¿o tiền đề khoa học cho các nghiên cāu tiếp tục để phát triển phân bón thế hệ mới cho mục tiêu tăng cÁ hiệu quÁ kinh tế lẫn bÁo vệ môi tr°ßng trong nông nghiệp

 Ý ngh*a thực tißn

Các kết quÁ nghiên cāu cÿa đề tài góp phần vào h°ớng nghiên cāu chế t¿o thành công phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi sinh vật, qua đó nâng cao chất l°ợng, hiệu quÁ cÿa phân bón vô c¡ và giúp bá sung một l°ợng vi sinh vật có ích cho đất

Đề tài này phù hợp với khuynh h°ớng hiện nay là gắn kết nghiên cāu khoa học c¡ bÁn, phát triển và āng dụng những kết quÁ đó vào thực tiễn sÁn xuất Kết quÁ cÿa đề tài có thể āng dụng trong thực tiễn để sÁn xuất phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững, tăng hiệu quÁ kinh tế cho ng°ßi nông dân trong canh tác nông nghiệp

8 Tính mßi cÿa luÁn án

Phân lập đ°ợc 60 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân vô c¡ khó tan, trong đó có 3 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối 2% NaCl Trên môi tr°ßng PVK bá sung 3% và 4% NaCl chỉ có chÿng một chÿng vi khuẩn xuất hiện vòng phân giÁi lân

Xác định đ°ợc vật liệu phân hÿy sinh học chính để làm màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân là polyurethane, bentonite, CMC, PVA, parafin và sodium alginate T¿o đ°ợc vi h¿t cố định vi khuẩn bằng calcium sodium alginate giúp tăng khÁ năng chống chịu cÿa vi khuẩn với điều kiện bất lợi, qua đó kéo dài thßi gian tßn t¿i cÿa vi khuẩn trên màng bao phân

T¿o đ°ợc phân bón vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân, qua thử nghiệm trên cây đậu phộng trßng trong điều kiện nhà l°ới b°ớc đầu cho thấy phân có Ánh h°áng tốt tới sự phát triển chiều cao, số cành, khÁ năng hình thành nốt sần và các yếu tố cấu thành năng suất cÿa cây đậu phộng

CH¯¡NG 1

1.1 Phân bón vô c¢

1.1.1 Khái niám và đặc điểm cÿa phân bón vô c¢

Phân bón vô c¡ hay phân hóa học là lo¿i phân bón cung cấp trực tiếp cho cây trßng các hợp chất chāa các yếu tố dinh d°ỡng d°ới d¿ng khoáng (La Văn Bình và Trần Thị Hiền, 2007; Roba, 2018)

Chất l°ợng cÿa phân bón vô c¡ không chỉ quyết định bái hàm l°ợng nguyên tố dinh d°ỡng trong phân, d¿ng hợp chất cÿa các nguyên tố dinh d°ỡng, tỷ lệ cÿa các nguyên tố dinh d°ỡng đối với từng lo¿i cây trßng, từng lo¿i đất mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý nh° kích th°ớc h¿t phân, khối l°ợng riêng, độ cāng cÿa h¿t phân (Nguyễn Hoa Toàn, 2011)

¯u điểm cÿa phân vô c¡ là phân chāa tất cÁ các chất dinh d°ỡng cần thiết sẵn sàng cho cây sử dụng và hàm l°ợng dinh d°ỡng khá cao Phần lớn chúng á d¿ng dễ hòa tan (trừ một số phân lân) nên cây dễ hấp thụ và có hiệu quÁ Phân vô c¡ giúp tái lập độ phì nhiêu cho đất rất nhanh và cây trßng có thể hấp thu đ°ợc ngay chất dinh d°ỡng khi phân đ°ợc hòa tan trong đất Bón phân vô c¡ đúng liều l°ợng có thể làm tăng chất hữu c¡ cÿa đất nhß khối l°ợng rễ và tàn d° cây trßng cao h¡n (Nguyễn Lân Hùng và Nguyễn Duy Minh, 2005; Matsumoto và Yamano, 2009; Han và ctv, 2016; Roba, 2018)

Nh°ợc điểm cÿa phân vô c¡ là khi bón phân quá māc có thể dẫn đến các tác động tiêu cực tới đất, sāc khỏe cÿa con ng°ßi và môi tr°ßng tự nhiên Phân làm tăng quá trình phân hÿy chất hữu c¡ trong đất dẫn đến suy thoái kết cấu đất, giÁm tính liên kết cÿa đất dẫn đến các chất dinh d°ỡng dễ bị thất thoát khỏi đất và có thể làm giÁm hiệu quÁ sử dụng phân Sử dụng quá nhiều phân vô c¡ còn Ánh h°áng tới hệ vi sinh vật có ích trong đất Bón phân vô c¡ liên tục nhiều vụ, nhiều năm dễ làm cho đất hóa chua (Nguyễn Lân Hùng và Nguyễn Duy Minh, 2005; Han và ctv, 2016; Roba, 2018)

1.1.2 Tính tan và yêu c¿u cÿa phân bón vô c¢

Māc độ hòa tan cÿa phân vô c¡ khi bón vào đất quyết định khÁ năng hấp thụ và hiệu quÁ cÿa phân đối với cây trßng Để đánh giá tính tan cÿa phân bón thì n°ớc và acid hữu c¡ yếu th°ßng là dung môi đ°ợc lựa chọn để đánh giá tùy theo lo¿i phân bón Đối với phân đ¿m, phân kali hòa tan trong n°ớc dễ dàng, còn đối với phân lân thì tùy theo lo¿i, có lo¿i hòa tan trong n°ớc, lo¿i hòa tan trong amonium citrate Dựa vào độ tan cÿa phân bón mà có thể chia phân vô c¡ thành: lo¿i tan trong n°ớc, lo¿i tan trong amonium citrate và lo¿i tan chậm (La Văn Bình và Trần Thị Hiền, 2007; Nguyễn Hoa Toàn, 2011)

Phân vô c¡ cần đ¿t các yêu cầu sau: đÁm bÁo chất dinh d°ỡng trong đất để cung cấp cho cây trßng, phân không hút ẩm hoặc ít hút ẩm và ít bị hao hụt khi sử dụng (La Văn Bình và Trần Thị Hiền, 2007) Mặt khác, khi đối diện với các vấn đề về môi tr°ßng bị Ánh h°áng bái việc l¿m dụng phân vô c¡ thì ngoài các yêu cầu trên thì các yêu cầu mới đối với phân vô c¡ hiện nay cũng đ°ợc đề ra là: hiệu quÁ sử dụng cÿa phân phÁi tăng, giÁm tác động xấu cÿa phân tới môi tr°ßng, giÁm l°ợng phân bón nh°ng vẫn đÁm bÁo năng suất cây trßng, đáp āng nhu cầu dinh d°ỡng cÿa cây trßng trong suốt thßi gian sinh tr°áng và phÁi phù hợp với từng giai đo¿n phát triển cÿa cây (Shaviv, 2001; Xiang và ctv, 2008; Ruark, 2012; Vejan và ctv, 2021)

1.1.3 Phân lo¿i phân bón vô c¢

Theo La Văn Bình và Trần Thị Hiền (2007); QCVN 01 -189:2019/BNNPTNT, thì dựa vào thành phần chất dinh d°ỡng là nguyên tố đa l°ợng hoặc liên kết hóa học cÿa các nguyên tố dinh d°ỡng thì phân bón vô c¡ đ°ợc chia thành phân đ¡n, phân phāc hợp, phân hỗn hợp, phân bón đa - vi l°ợng, phân bón đa -trung - vi l°ợng

Phân đ¡n: là lo¿i phân bón vô c¡ trong thành phần chỉ chāa một nguyên tố dinh

d°ỡng đa l°ợng, th°ßng là một trong ba nguyên tố N, P, K á d°ới d¿ng hợp chất nh° phân urea, phân ammonium nitrate, phân sulphate đ¿m, phân đ¿m chloride, phân lân super, phân lân nung chÁy, phân kali chloride, phân kali sulphate

Phân bón phức hợp: là phân bón vô c¡ trong thành phần chỉ chāa nguyên tố

dinh d°ỡng đa l°ợng đ°ợc liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học, gßm những muối đßng nhất có chāa các nguyên tố dinh d°ỡng đ°ợc cấu t¿o từ các muối khác

nhau có chāa hai hoặc ba nguyên tố dinh d°ỡng cho cây trßng Thông th°ßng phân phāc hợp chāa hai nguyên tố dinh d°ỡng là N và P, đôi khi bá sung thêm K nh° phân

phosphate ammonium (DAP, MAP), phân sulphate kali, phân kali magie sulphate

Phân bón hỗn hợp: là lo¿i phân bón vô c¡ trong thành phần có chāa ít nhất hai

nguyên tố dinh d°ỡng đa l°ợng, đ°ợc t¿o ra bằng cách phối trộn các từ các lo¿i phân đ¡n khác nhau Tùy thuộc vào lo¿i cây trßng và lo¿i đất có thể sử dụng phân hỗn hợp có chāa các tỷ lệ chất dinh d°ỡng khác nhau đặc tr°ng bằng tỷ lệ N : P2O5 : K2O

Phân bón đa - trung l°ợng: là phân bón vô c¡ trong thành phần chāa ít nhất

một nguyên tố dinh d°ỡng đa l°ợng và một nguyên tố dinh d°ỡng trung l°ợng

Phân bón đa - vi l°ợng là phân bón vô c¡ trong thành phần chāa ít nhất một

nguyên tố dinh d°ỡng đa l°ợng và một nguyên tố dinh d°ỡng vi l°ợng

Phân bón đa – trung - vi l°ợng: là phân bón vô c¡ trong thành phần chāa ít nhất

một nguyên tố dinh d°ỡng đa l°ợng, một nguyên tố dinh d°ỡng trung l°ợng và một nguyên tố dinh d°ỡng vi l°ợng

1.1.4 Tác đáng cÿa viác są dăng phân bón vô c¢ đ¿n môi tr°áng và sāc khße

Bên c¿nh những lợi ích cÿa phân vô c¡ là góp phần tăng năng suất cây trßng, quyết định chất l°ợng nông sÁn và giúp cÁi thiện độ phì đất thì một trong những tác h¿i lớn nhất cÿa chúng l¿i là gây ô nhiễm môi tr°ßng và Ánh h°áng tới sāc khỏe cÿa con ng°ßi, vật nuôi nếu không bón đúng cách, bón d° thừa các yếu tố dinh d°ỡng Theo Savci (2012), việc l¿m dụng phân vô c¡ trong nông nghiệp đã để l¿i những hệ lụy không tốt cho sāc khỏe con ng°ßi, môi tr°ßng, sinh thái nh° làm tăng độ mặn cÿa đất, tích lũy kim lo¿i nặng, phú d°ỡng n°ớc, gây ô nhiễm môi tr°ßng đất, n°ớc, không khí, dẫn tới các vấn đề liên quan tới hiệu āng nhà kính Trong thành phần cÿa một vài lo¿i phân bón vô c¡ có chāa các thành phần phụ là các kim lo¿i nặng (Cd, Pb, Cr, Ur, Ra, Hg, Cd, As, ), acid vô c¡ và các chất hữu c¡ gây ô nhiễm môi tr°ßng Do vậy, việc sử dụng lâu dài các lo¿i phân vô c¡ có thể gây ra sự tích tụ các thành phần này trong môi tr°ßng đất, đặc biệt là n°ớc ngầm, gây m°a acid, làm tăng hiệu āng nhà kính, tích lũy d° l°ợng kim lo¿i trong cây trßng (Shaviv, 2001; Li và Wu, 2008; Savci, 2012)

T¿i nhiều n¡i trên thế giới, nhất là á các n°ớc đang phát triển do việc sử dụng quá nhiều phân vô c¡, đặc biệt là phân đ¿m và phân lân đã để l¿i những hệ lụy gây Ánh

h°áng lớn tới môi tr°ßng và sāc khỏe cÿa con ng°ßi, vật nuôi Thā nhất, phân vô c¡ gây ô nhiễm ngußn n°ớc L°ợng phân bón bị thất thoát rửa trôi theo m°a tới các ao, hß, sông, suối đã gây ra hiện t°ợng phú d°ỡng, hiện t°ợng n°ớc ná hoa do tÁo làm c¿n kiệt ngußn oxygen trong n°ớc, t¿o ra các chất độc h¿i, có mùi hôi thối làm giÁm số l°ợng sinh vật có ích sống trong n°ớc Thā hai, phân vô c¡ cũng gây ô nhiễm đất, làm suy giÁm độ màu mỡ cÿa đất, phá hÿy cấu trúc tự nhiên cÿa đất, gia tăng độ chua cÿa đất, tích tụ các kim lo¿i trong đất Khi con ng°ßi, vật nuôi ăn các lo¿i nông phẩm có thể bị Ánh h°áng tới sāc khỏe Trong tr°ßng hợp sử dụng quá nhiều phân đ¿m, cây tích tụ d° thừa nitrate sẽ gây ra nhiều vấn đề về sāc khỏe cho con ng°ßi nếu ăn phÁi Mặt khác, phân vô c¡ cũng gây ô nhiễm không khí Khi nông dân bón các lo¿i phân đ¿m, sự bay h¡i cÿa amoniac diễn ra t°¡ng đối cao, nhất là khi bón phân đ¿m trên các lo¿i đất có tính chất kiềm là nguyên nhân gây ra ô nhiễm không khí Một l°ợng amoniac có thể bị oxy hóa để chuyển thành acid gây ra m°a acid M°a acid có thể làm h° h¿i cây trßng, giết chết các sinh vật thÿy sinh Bên c¿nh đó nhiều lo¿i khí thÁi oxit nit¡ nh° NO, N2O, NO2 cũng đ°ợc t¿o ra khi sử dụng phân vô c¡ cũng góp phần gây ô nhiễm không khí, gây ra hiệu āng nhà kính (Shaviv, 2001; Savci, 2012; Han và ctv, 2016; Roba, 2018)

1.2 Polymer phân hÿy sinh h漃⌀c są dăng làm màng bao phân bón 1.2.1 Phân hÿy sinh h漃⌀c và polymer phân hÿy sinh h漃⌀c

Phân hÿy sinh học là quá trình phân hÿy vật liệu trong một môi tr°ßng nhất định thông quá các quá trình sinh học tự nhiên, đặc biệt là do tác động cÿa enzyme do vi sinh vật tiết t¿o ra khí carbonic, khí metan, n°ớc và các hợp chất carbonate không độc h¿i Phân hÿy sinh học một phần là sự thay đái trong cấu trúc hóa học cÿa một chất, do tác động cÿa các tác nhân sinh học dẫn đến sự mất đi một tính chất nào đó cÿa chất và không nhất thiết t¿o ra một đặc tính tốt h¡n, vì các chất trung gian đ°ợc t¿o ra có thể độc h¡n so với chất nền ban đầu Phân hÿy sinh học hoàn toàn xÁy ra khi sự phân giÁi đÿ lớn để lo¿i bỏ hẳn các đặc tính sinh học, hóa học, vật lý và độc tính ban đầu cÿa chất để cuối cùng t¿o thành carbon dioxite và n°ớc (Immirzi và ctv, 2003; Ph¿m Ngọc Lân, 2006; Han và ctv, 2009; Sempeho và ctv, 2014)

Polymer phân hÿy sinh học là các polymer có khÁ năng bị phân hÿy sinh học theo thßi gian để t¿o thành các hợp chất có khối l°ợng phân tử thấp h¡n, trong đó có ít nhất một giai đo¿n polymer bị phân hÿy d°ới tác động cÿa các vi sinh vật Các lo¿i

polymer phân huỷ sinh học có ngußn gốc tự nhiên, táng hợp hay bán táng hợp Các polymer phân hÿy sinh học có ngußn gốc tự nhiên nh° cellulose, tinh bột, heparin, dextrin, pullulan, pectin, chitin, chitosan và alginate Các polymer phân hÿy sinh học có ngußn gốc táng hợp nh° lactit, glycoside copolyme, polycaprolacton, polyhydroxybutyrat, polycarbonate, polyeste urethane, polyeste urea (Ph¿m Ngọc Lân, 2006; Nguyễn Thị Thu Trang và ctv, 2015)

1.2.2 Phân lo¿i polymer phân hÿy sinh h漃⌀c są dăng làm màng bao phân tan chÁm

Các nghiên cāu đã chỉ ra một số tiêu chí để phân lo¿i polymer phân hÿy sinh học làm màng bao phân bọc tan chậm nh°: dựa vào khÁ năng phân hÿy sinh học, tính kỵ n°ớc, đặc tính cÿa polymer quyết định đến tốc độ giÁi phóng chất dinh d°ỡng, māc độ hòa tan trong n°ớc, khÁ năng tích điện và tính hút ẩm Vật liệu polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân tan chậm gßm các d¿ng chính sau: polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°ợc cÁi biến, phāc hợp các polymer tự nhiên, polymer táng hợp có ngußn gốc sinh học hoặc tự nhiên, phāc hợp cÿa polymer táng hợp và polymer tự nhiên, hỗn hợp các hydrocarbon tự nhiên và polymer táng hợp từ các hydrocarbon tự nhiên

1.2.2.1 Polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°āc cÁi bi¿n

Mặc dù các polymer táng hợp có thể đáp āng đặc tính mong muốn cÿa phân bón tan chậm nh°ng chúng l¿i không phân hÿy sinh học, có tác động tiêu cực với môi tr°ßng Điều này thúc đẩy sự quan tâm nghiên cāu về các polymer tự nhiên có khÁ năng phân hÿy sinh học, thân thiện với môi tr°ßng Polymer tự nhiên th°ßng đ°ợc cÁi biến để đáp āng các đặc tính mong muốn cÿa phân tan chậm Dựa vào tiêu chí tích điện thì polymer tự nhiên c¡ bÁn đ°ợc sử dụng rộng rãi trong t¿o màng bao phân tan chậm gßm ba lo¿i: polymer á d¿ng trung tính nh° hydroxypropylmethylcellulose, polymer mang điện d°¡ng nh° chitosan và polymer mang điện âm nh° polymer k-carrageenan và sodium alginate Đây là những polymer có khÁ năng t°¡ng thích sinh học cao khi pha trộn với các lo¿i polymer khác Nhiều lo¿i polymer sinh học có tính chất t°¡ng tự nh° carboxymethyl cellulose (CMC), tinh bột, calcium alginate và pectin có khÁ năng hòa tan trong n°ớc t¿o thành d¿ng hydrogel không độc và bị phân hÿy sinh học hoàn toàn Theo một số đánh giá cho thấy trên thực tế các polymer này dễ bị vi sinh vật phân giÁi nên chất dinh d°ỡng sẽ bị phóng thích nhanh h¡n Do vậy sẽ khó khăn trong việc t¿o ra phân bón tan chậm sử dụng trong nhiều tháng nên các polymer thuộc nhóm này ít đ°ợc lựa chọn để làm màng bao phân tan chậm với mục đích th°¡ng m¿i hóa Nếu muốn sử

dụng các polymer này làm màng bao phân tan chậm CRFs cần có sự phối trộn với một số polymer khác và một số chất khác để làm bền (Sempeho và ctv, 2014; Majeed và ctv, 2015; Lawrencia và ctv, 2021 )

1.2.2.2 Phāc hāp các polymer tự nhiên

Nhóm polymer này giúp khắc phục nh°ợc điểm cÿa các polymer tự nhiên Nhiều nghiên cāu đã chỉ ra rằng việc t¿o ra các phāc hợp polymer từ việc kết hợp cÿa hai hay nhiều polymer tự nhiên khác nhau cho thấy tiềm năng cao nh° một hỗn hợp polymer sinh học trong āng dụng t¿o phân tan chậm Hỗn hợp cÿa hai hay nhiều polymer t¿o thành polymer blend có tính chất v°ợt trội h¡n hẳn so với các polymer thành phần Các polymer thành phần có thể có t°¡ng tác vật lý hoặc t°¡ng tác hóa học để t¿o thành hệ đßng thể hoặc dị thể Trong polymer blend đßng thể, hai polymer thành phần không còn đặc tính riêng và tính chất cÿa polymer blend th°ßng là trung bình cộng cÿa hai polymer thành phần Trong polymer blend dị thể, các tính chất cÿa hai polymer thành phần hầu nh° đ°ợc giữ nguyên (Nguyễn Thị Thu ThÁo, 2013; Majeed và ctv, 2015)

Phāc hợp các polymer tự nhiên đã đ°ợc sử dụng trong thực tế để t¿o ra màng bao phân bón tan chậm nh° tinh bột biến đái kết hợp với lignin, sodium alginate kết hợp với k-carrageenan t¿o phāc hợp k-carrageenan sodium alginate cho thấy tiềm năng cao nh° một hỗn hợp polymer sinh học trong āng dụng t¿o phân tan chậm (Wang và ctv, 2012; Ariyanti và ctv, 2013; Majeed và ctv, 2015)

1.2.2.3 Polymer tång hāp có nguãn gác sinh h漃⌀c hoặc tự nhiên

Polymer táng hợp t¿o ra từ các tiền chất monomer tự nhiên có khÁ năng tự trùng hợp có tiềm năng cao trong t¿o màng bao cho phân tan chậm Đ¿i diện cho nhóm này là Pdop và Poly lactic acid (PLA) Pdop đ°ợc táng hợp từ sự trùng hợp cÿa dopamine, 5, 6 - dihydroxyindole trong dung dịch n°ớc có đặc tính t¿o thành một lớp mỏng, có khÁ năng bám dính bề mặt và giúp kiểm soát khÁ năng phóng thích cÿa phân bón tùy thuộc vào độ dày và tỷ lệ thay đái cÿa các dopamine trong màng (Jia và ctv, 2013) Poly lactic acid (PLA) là một polymer kị n°ớc có khÁ năng phân hÿy sinh học hoàn toàn đ°ợc táng hợp từ hai monomer là acid lactic cũng đã đ°ợc nghiên cāu sử dụng trong t¿o màng bao phân tan chậm (Hanafi và ctv, 2000; Devassine và ctv, 2002)

1.2.2.4 Phāc hāp cÿa polymer tång hāp và polymer tự nhiên

Nhiều phāc hợp polymer đ°ợc t¿o ra từ sự kết hợp giữa polymer táng hợp và polymer tự nhiên cũng đã đ°ợc nghiên cāu t¿o thành màng bao sử dụng cho phân tan chậm Chen và ctv (2008) đã t¿o ra phāc hợp polymer tinh bột – g - poly (L - lactide) có

khÁ năng phân hÿy sinh học là sự kết hợp giữa tinh bột và g - poly (L - lactide) (gPPLA) làm màng bao phân urea tan chậm Một nghiên cāu khác cÿa Peng và Chen (2011) đã t¿o ra một polymer có thể sử dụng làm màng bao phân tan chậm đ°ợc táng hợp từ acid acetic lignin (AAL) và isocyanate-terminated polyurethane ionomers (IPUI)

1.2.2.5 Hßn hāp các hydrocarbon tự nhiên

Các polymer thuộc nhóm này đ°ợc sử dụng làm màng bao phân tan chậm nh° polyvinyl alcohol kết hợp với tinh bột, polystyren, polycarbonate, tinh bột có bá sung polysulfone, polyhydroxybutyrate và ethyl cellulose (Nguyễn Thị Thu ThÁo, 2013; D°¡ng Bé Thi và ctv, 2015; Majeed và ctv, 2015; Lawrencia và ctv, 2021)

1.2.2.6 Polymer tång hāp tă phāc hāp các hydrocarbon tự nhiên

Các polymer táng hợp có ngußn từ hydrocarbon tự nhiên, chÿ yếu là polyalken đã đ°ợc nghiên cāu nhiều để sử dụng làm màng bao phân tan chậm Các polymer thuộc nhóm này đ°ợc sử dụng làm màng bao phân tan chậm nh° PVA kết hợp với tinh bột, polystyren, polycarbonate, tinh bột có bá sung polysulfone, polyhydroxybutyrate và ethyl cellulose (Majeed và ctv, 2015)

Ngoài ra mộ số polymer táng hợp thuộc nhóm này là các polymer có đặc tính siêu hấp thụ n°ớc, không độc h¿i và thân thiện với môi tr°ßng Các polymer thuộc nhóm này là các hydrogel, có tính chất °a n°ớc và làm giÁm sự hòa tan cÿa các chất dinh d°ỡng do khÁ năng giữ n°ớc cao Polymer điển hình cÿa nhóm này là hydrogel acrylic, sáp paraffin, sáp polyetylen, tinh bột/poly (acid acrylic - co - acrylamine) (Al - Zahrani, 2000; Tyliszczak và ctv, 2009; Lawrencia và ctv, 2021)

1.3 Lân trong đ¿t và vi sinh vÁt phân giÁi lân

1.3.1 Các d¿ng lân trong đ¿t và vai trò cÿa lân đái vßi cây trãng

Lân là một chất dinh d°ỡng đa l°ợng cần thiết cho ho¿t động bình th°ßng cÿa cây, đặc biệt là cây trßng á đất vùng nhiệt đới với l°ợng lân trong đất thấp Lân chiếm từ 0,2 – 0,8 trọng l°ợng khô cÿa thực vật Lân là thành phần cấu t¿o cÿa nhiều chất hữu c¡ quan trọng trong cây, quyết định di truyền, cấu t¿o tế bào, phân chia tế bào, sự sinh tr°áng, phát triển, trao đái chất và năng l°ợng, cũng nh° ho¿t động sinh lý, sinh hóa cÿa cây bao gßm cÁ quá trình quang hợp Lân tham gia vào thành phần cấu t¿o cÿa vật liệu di truyền (DNA, RNA), các hợp chất cao năng (ATP, ADP, ), màng tế bào (phospholipid), enzyme oxi hóa khử (NAD, NADP, FAD, FMN), các esterphosphoric trong các sÁn phẩm trung gian cÿa quá trình trao đái chất (hexozophosphate, triophosphate,

pentozophosphate ) Lân đóng vai trò quan trọng trong mọi khía c¿nh cÿa sự tăng tr°áng và phát triển cÿa cây trßng nh° sự phát triển cÿa rễ, thân, quá trình hình thành hoa, quÁ, h¿t Khi đ°ợc bón đÿ lân, cây sẽ sinh tr°áng phát triển xanh tốt, khỏe m¿nh, năng suất cao, chất l°ợng nông phẩm tốt (Bùi Trang Việt, 2000; Hoàng Minh Tấn và ctv, 2004; Santana và ctv, 2016; Kalayu, 2019) Lân cần thiết cho tất cÁ các lo¿i cây trßng nh°ng hiệu quÁ nhất trên cây họ đậu lấy dầu nh° cây đậu phộng Quá trình dinh d°ỡng lân liên quan chặt chẽ với quá trình dinh d°ỡng đ¿m Đối với cây họ đậu, lân kích thích bộ rễ phát triển, rất cần cho sự hình thành nốt sần, tăng c°ßng khÁ năng hút đ¿m cÿa cây Khi thiếu lân, quá trình sinh tr°áng và phát triển cÿa cây sẽ bị Ánh h°áng, nhất là đối với cây họ đậu (Chu Thị Th¡m và ctv, 2006; Đ°ßng Hßng Dật, 2007; Santana và ctv, 2016; Kalayu, 2019)

Trong đất lân tßn t¿i á hai d¿ng là lân hữu c¡ và lân vô c¡ Lân hữu c¡ có trong đất có ngußn gốc từ tàn tích cÿa động, thực vật và vi sinh vật, gßm có: phitin, acid nucleic, nucleoprotein, phosphatid, saccharose phosphate….Những hợp chất lân hữu c¡ này đ°ợc vi sinh vật phân giÁi t¿o thành các hợp chất lân vô c¡ khó tan, một số ít đ°ợc t¿o thành d¿ng dễ tan Lân vô c¡ th°ßng á trong các d¿ng khoáng nh° apatit, phosphoric, phosphate sắt, phosphate nhôm hoặc do con ng°ßi bón phân lân vào đất KhoÁng 75% - 90% l°ợng lân hóa học đ°ợc bón vào trong đất đều nhanh chóng bị cố định trong đất bái các cation kim lo¿i Hầu hết các lo¿i đất đều chāa một l°ợng lân đáng kể nh°ng phần lớn chúng á d¿ng khó tan và cây trßng không thể hấp thụ trực tiếp đ°ợc mà chỉ hấp thụ đ°ợc khi chúng á d¿ng dễ tan (Rodrı́guez và Fraga, 1999; Kalayu, 2019)

1.3.2 Vai trò cÿa vi sinh vÁt phân giÁi lân

Phần lớn l°ợng lân trong tự nhiên á d¿ng khó hòa tan nên cây trßng rất khó hấp thu và sử dụng Tuy nhiên, trong thực tế nhiều lo¿i vi sinh vật có khÁ năng phân giÁi lân khó tan thành d¿ng dễ tan giúp cho cây trßng hấp thu dễ h¡n (Bhattacharyya và Jha, 2012; Kalayu, 2019)

Vi sinh vật phân giÁi lân là các vi sinh vật có khÁ năng chuyển hóa hợp chất hữu c¡ và lân vô c¡ khó tan thành dễ tiêu đối với cây trßng Các kết quÁ nghiên cāu đã xác định một số vi sinh vật có khÁ năng phân giÁi nhiều hợp chất lân khó tan khác nhau, giúp nâng cao hiệu quÁ sử dụng lân cho cây trßng Nhiều vi sinh vật phân giÁi lân có khÁ năng táng hợp chất kích thích sinh tr°áng thực vật, một số khác có khÁ năng đối kháng vi sinh

vật gây bệnh á vùng rễ cây trßng Phân bón vi sinh vật phân giÁi lân đã đ°ợc nghiên cāu sÁn xuất sử dụng trong thực tế mang l¿i hiệu quÁ kinh tế đ°ợc nông dân đánh giá cao Các dòng vi khuẩn có ho¿t tính phân giÁi lân nh°: Pseudomonas, Burkholderia,

Agrobacterrium, Bacillus, Rhizobium, Achromobacter, Micrococcus, Aereobacter,Flavobacterium (Aleksandrov và ctv, 1967; Goldstein,1986; Kalayu, 2019) Trong toàn bộ quần thể vi sinh vật phân giÁi lân có trong đất thì vi khuẩn phân giÁi lân chiếm 1% – 50% và nấm phân giÁi lân chiếm 0,1% - 0,5% Vi sinh vật phân giÁi lân tßn t¿i khắp các lo¿i đất nh°ng tỷ lệ cÿa chúng trong đất tùy thuộc vào từng lo¿i đất Phần lớn vi sinh vật phân giÁi lân đ°ợc phân lập á vùng đất xung quanh rễ cÿa nhiều lo¿i cây trßng (Selvi và ctv, 2017; Kalayu, 2019)

1.3.3 Sự chuyển hóa lân hữu c¢ nhá vi sinh vÁt

Các hợp chất lân hữu c¡ trong đất nh° acid nucleic, phospholipid, sugar phosphate, acid phytic, polyphosphate và phosphonate đ°ợc vi sinh vật phân giÁi lân chuyển thành d¿ng lân dễ tan thông qua quá trình khoáng hóa Sự phân giÁi các hợp chất lân hữu c¡ phụ thuộc chÿ yếu vào các đặc tính vật lý, hóa học và tính chất sinh hoá cÿa các chất Sự khoáng hóa các hợp chất lân hữu c¡ liên quan tới ho¿t động cÿa nhóm enzyme phosphatases (hay còn gọi là phosphohydrolases) nh° phytase thông qua các phÁn āng khử phosphoryl dẫn đến sự thÿy phân cầu nối phosphoester hoặc phosphoanhydride có trong các hợp chất lân hữu c¡ t¿o thành d¿ng lân vô c¡ (McGrath và ctv, 1995; Goldstein,1986; Ohtake và ctv, 1996; Khan và ctv, 2009; Kalayu, 2019)

Phospho hữu c¡ đ°ợc phân giÁi bái vi sinh vật theo s¡ đß táng quát:

Nucleoprotein → Nuclein → acid nucleic → H3PO4 L¡xitin → Glycerolphosphate → H3PO4

Nucleoprotein là hợp chất phospho hữu c¡ quan trọng nhất đ°ợc phân giÁi nhß tác động cÿa các vi sinh vật ho¿i sinh trong đất Nucleoprotein tách ra khỏi thành phần tế bào và đ°ợc phân giÁi thành 2 phần: protein và nuclein Protein sẽ đi vào vòng chuyển hoá các hợp chất nit¡, còn nuclein sẽ đi vào vòng chuyển hoá các hợp chất phospho H3PO4 đ°ợc t¿o ra th°ßng phÁn āng với các kim lo¿i trong đất t¿o thành các muối phosphate khó tan nh° Ca3(PO4)2, FePO4, AlPO4(Lê Xuân Ph°¡ng, 2008 - a)

Sự chuyển hoá các hợp chất lân hữu c¡ thành muối cÿa H3PO4 đ°ợc thực hiện bái nhóm vi sinh vật phân giÁi lân hữu c¡ Những vi sinh vật này có khÁ năng tiết ra

enzyme phosphatase để xúc tác cho quá trình phân giÁi Vi sinh vật phân giÁi lân hữu gßm nhiều lo¿i nh° các lo¿i nấm có khÁ năng sinh phytase (Aspergillus candidus,

Aspergillus fumigatus, Aspergillus niger, Aspergillus parasiticus, Aspergillus rugulosus, Aspergillus terreus, Penicillium rubrum, Penicillium simplicissimum, Pseudeurotium zonatum, Trichoderma harzianum, và Trichoderma viride); Bacillus, Streptomyces spp và Pseudomonas Nhóm vi khuẩn Bacillus và Streptomyces spp trong đất có khÁ năng

chuyển hóa lân hữu c¡ phāc t¿p thông qua việc t¿o ra các lo¿i enzyme ngo¿i bào nh° phosphoesterase, phosphodiesterase, phytase và phospholipase (Aseri và ctv, 2009; Khan và ctv, 2009; Walpola và Yoon, 2012; Kalayu, 2019)

1.3.4 Sự chuyển hóa lân vô c¢ nhá vi sinh vÁt

Rất nhiều vi sinh vật có khÁ năng phân giÁi lân vô c¡, trong đó nhóm vi khuẩn

đ°ợc nghiên cāu nhiều h¡n cÁ Các loài có khÁ năng phân giÁi m¿nh là Bacillus

megatherium, B butyricus, B mycoides, Pseudomonas radiobacter, P gracilis, Burkholderia sp Trong nhóm vi nấm thì Aspergillus niger có khÁ năng phân giÁi m¿nh

nhất Ngoài ra một số x¿ khuẩn cũng có khÁ năng phân giÁi lân vô c¡

C¡ chế chính cÿa quá trình phân giÁi lân vô c¡ khó tan trong đất do vi sinh vật là sự làm giÁm pH đất do vi sinh vật t¿o ra acid hữu c¡ hoặc proton Các d¿ng lân vô c¡ khó tan có á trong đất kiềm có độ hòa tan tăng lên khi pH cÿa đất giÁm Các nghiên cāu cho thấy, sự t¿o acid hữu c¡ trong quá trình sống cÿa một số nhóm vi sinh vật đã giúp chuyển hóa các hợp chất lân từ d¿ng khó tan sang d¿ng dễ tan Đa số các vi sinh vật có khÁ năng phân giÁi lân vô c¡ đều sinh CO2 trong quá trình sống, CO2 sẽ phÁn āng với H2O có trong môi tr°ßng t¿o thành H2CO3 Chính acid H2CO3 sẽ phÁn āng với lân khó tan t¿o thành lân dễ tan Các vi khuẩn nitrate hoá sống trong đất cũng có khÁ năng phân giÁi lân vô c¡ do nó có khÁ năng chuyển NH3 thành NO2- rßi thành NO3- Sau đó, NO3 -sẽ phÁn āng với phosphate khó tan t¿o thành d¿ng dễ tan Các vi khuẩn sulphate hoá cũng có khÁ năng phân giÁi lân khó tan do sự t¿o thành H2SO4 trong quá trình sống (Lê Xuân Ph°¡ng, 2008 – a, Satyaprakash và ctv, 2017; Selvi và ctv, 2017; Kumar và ctv, 2018; Kalayu, 2019)

C¡ chế giÁi thích sự hòa tan lân vô c¡ khó tan là do sự giÁm pH bái sự sÁn sinh các acid hữu c¡ hoặc acid vô c¡, sự t¿o phāc và các phÁn āng trao đái ion Các acid hữu c¡ này là sÁn phẩm cÿa quá trình trao đái chất cÿa vi sinh vật thông qua quá trình oxy hóa các chất trong hô hấp hoặc do lên men glucose Hiệu quÁ cÿa quá trình hòa tan lân phụ thuộc vào nßng độ và bÁn chất cÿa lo¿i acid hữu c¡ Trong các acid hữu c¡ th°ßng

gặp nhất đ°ợc t¿o ra bái vi sinh vật góp phần vào việc hòa tan lân khó tan là acid gluconic, acid 2 - ketogluconic Một số acid hữu c¡ khác cũng đ°ợc xác định tham gia vào quá trình hòa tan phosphate là acid lactic, acid citric, acid isovaleric, acid isobutyric, acid acetic, acid glyconic, acid oxalic, acid malonic, acid malic Các chÿng vi sinh vật phân giÁi lân vô c¡ có khÁ năng tiết ra các acid hữu c¡ trên nh°

Pseudomonas sp., Burkholderia, Rhizobium và Bacillus (Deubel và ctv, 2000,

Goldstein, 2000; Selvi và ctv, 2017; Kumar và ctv, 2018; Kalayu, 2019)

1.4 Tång quan về cá đánh t¿ bào vi sinh vÁt 1.4.1 Các ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào

Cố định tế bào là một thuật ngữ chung dùng để mô tÁ sự bắt giữ vật lý các tế bào vi sinh vật sống trong một vùng không gian xác định nhằm h¿n chế sự di chuyển tự do cÿa tế bào vi sinh vật nh°ng vẫn đÁm bÁo các đặc tính khác cÿa vi sinh vật với môi tr°ßng xung quanh Kỹ thuật cố định tế bào là kỹ thuật bao bọc hoặc định vị các tế bào còn nguyên vẹn lên một vùng không gian nhất định nhằm bÁo vệ các ho¿t tính xúc tác mong muốn (Karel và ctv, 1985; Żur và ctv, 2016)

Kỹ thuật cố định tế bào bắt ch°ớc hiện t°ợng hình thành màng sinh học cÿa vi sinh vật xÁy ra trong tự nhiên đ°ợc hình thành bái các cộng đßng vi sinh vật đ°ợc bao bọc trong ma trận ngậm n°ớc t¿o bái các hợp chất polymer ngo¿i bào do chúng tự sÁn xuất ra t¿o thành nhiều lớp tế bào Sự t¿o thành màng sinh học giúp vi sinh vật tự nó có khÁ năng gắn lên trên những bề mặt khác nhau trong tự nhiên, ho¿t động tăng lên và hiệu quÁ h¡n ngay cÁ khi nßng độ dinh d°ỡng trong môi tr°ßng thấp Trong những năm gần đây, kỹ thuật cố định tế bào th°ßng đ°ợc āng nhiều trong công nghệ sinh học nh° trong xử lý sinh học, phân hÿy sinh học, kiểm soát sinh học, āng dụng thuốc trừ sâu và sÁn xuất các chất nh° enzyme, acid amin, kháng sinh và steroid (Abdelmajeed và ctv 2012; Flemming và ctv, 2016; Ge và ctv, 2016; Żur và ctv, 2016)

Ph°¡ng pháp cố định tế bào hiện nay gßm các ph°¡ng pháp chính là: cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn, nhốt tế bào trong gel t¿o bái các polymer, keo tụ tế bào, nhốt tế bào bên trong hệ sợi, cố định tế bào bằng cách t¿o vi nang (Karel và ctv, 1985; Pilkington và ctv, 1998; Martynenko và Gracheva, 2003; Abdelmajeed và ctv 2012; Bouabidi và ctv, 2019)

1.4.1.1 Ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào trên bề mặt ch¿t mang rÃn

Ph°¡ng pháp cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn là ph°¡ng pháp cố định dựa vào t°¡ng tác bề mặt giữa tế bào và chất mang thông qua các liên kết đ°ợc hình thành do lực hấp phụ vật lý, lực Van der Waals, liên kết ion, t°¡ng tác °a n°ớc, hoặc liên kết cộng hóa trị Các yếu tố có thể Ánh h°áng tới ho¿t động cÿa vi sinh vật trên bề mặt chất mang rắn nh° sự thay đái pH, nßng độ chất nền và ion, sự hiện diện và nßng độ cÿa các chất āc chế và phân giÁi các chất chuyển hóa từ tế bào ¯u điểm cÿa ph°¡ng pháp là ít gây h¿i tế bào vi sinh vật, đ¡n giÁn, dễ thực hiện, không Ánh h°áng đến quá trình truyền khối Nh°ợc điểm cÿa ph°¡ng pháp là các tế bào dễ bị tách ra, làm tăng l°ợng tế bào tự do trong dung dịch, giÁm ho¿t tính xúc tác cÿa tế bào nếu tế bào gắn quá nhiều trên bề mặt chất mang Có hai lo¿i chất mang là vật liệu vô c¡ và polymer hữu c¡ Bất kể lo¿i nào, các chất mang thích hợp phÁi không độc h¿i, không gây ô nhiễm, trọng l°ợng nhẹ, có độ án định c¡ học và hóa học cao, độ khuếch tán cao và khÁ năng giữ sinh khối tốt và nhất là rẻ tiền Các chất mang th°ßng đ°ợc sử dụng trong ph°¡ng pháp này gßm có: DEAE - cellulose, gỗ, mùn c°a, mùn c°a đã tách lignine, polygorskite, montmorilonite, hydromica, sā xốp, thÿy tinh xốp, silicate, hợp chất titanium…(Abdelmajeed và ctv, 2012; Nguyễn Thị H°¡ng và ctv, 2012; Datta và ctv, 2013; Żur và ctv, 2016)

1.4.1.2 Ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào bằng cách nhát t¿ bào trong gel

Nguyên tắc cÿa ph°¡ng pháp là đ°a tế bào vào bên trong một m¿ng đÿ chặt đ°ợc t¿o ra bái các polymer có khÁ năng t¿o gel để ngăn cÁn tế bào khuếch tán vào môi tr°ßng xung quanh trong khi vẫn cho phép sự vận chuyển tự do cÿa các chất dinh d°ỡng và sự trao đái chất diễn ra giữa tế bào và môi tr°ßng ¯u điểm cÿa ph°¡ng pháp là có thể t¿o đ°ợc mật số tế bào cao trong một đ¡n vị thể tích chất mang so với canh tr°ßng vi sinh vật tự do, tế bào đ°ợc bÁo vệ tốt h¡n tr°ớc các tác động bất lợi cÿa môi tr°ßng bên ngoài Nh°ợc điểm cÿa ph°¡ng pháp là khi độ bền cÿa m¿ng gel bị giÁm khi tế bào tăng sinh quá nhiều thì tế bào dễ thoát ra khỏi m¿ng gel và phát triển trong môi tr°ßng nh° các tế bào tự do Nguyên liệu đ°ợc sử dụng để t¿o gel là silica gel hoặc các polymer nh° alginate, agar, agarose, phytagel, carrageenan, chitosan, polygalacturonic acid, polyacrylamide, polyurethane, polyvinyl chloride, gelatin,

collagen và polyvinyl alcohol (López và ctv, 1997; Mateo và ctv, 2001; Martynenko và ctv, 2004; Abdelmajeed và ctv, 2012; Datta và ctv, 2013)

1.4.1.3 Ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào bằng cách keo tă t¿ bào

PhÁn āng keo tụ tế bào là tập hợp các tế bào để t¿o thành một đ¡n vị lớn h¡n hoặc t¿o huyền phù tế bào liên kết thành cụm và lắng xuống (Jin và Speer, 1998) Nguyên tắc cÿa ph°¡ng pháp là t¿o điều kiện để t¿o ra hiện t°ợng keo tụ các tế bào vi sinh vật cần cố định Sự tập hợp tế bào gia tăng kích th°ớc cÿa khối tế bào hoặc t¿o huyền phù tế bào liên kết thành cụm và lắng xuống để dễ dàng sử dụng trong các bình phÁn āng ¯u điểm cÿa ph°¡ng pháp là đ¡n giÁn, dễ thực hiện, không Ánh h°áng đến quá trình truyền khối Nh°ợc điểm cÿa ph°¡ng pháp là do không có màng chắn giữa các tế bào và dung dịch cho nên các tế bào dễ bị tách ra, làm tăng hàm l°ợng tế bào tự do trong dung dịch (Kamath và D'souza, 1991; Li và ctv, 2011; Datta và ctv, 2013; Rehn và ctv, 2013; Żur và ctv, 2016)

1.4.1.4 Ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào bằng cách nhát t¿ bào trong há sāi

Nguyên tắc cÿa ph°¡ng pháp là đ°a tế bào vào bên trong một m¿ng hệ sợi nh° cellulose, cellulose acetate, polyvinyl alcohol và cellulose, Ph°¡ng pháp này giống với ph°¡ng pháp nhốt tế bào trong gel nh°ng tế bào đ°ợc cố định trong hệ sợi ho¿t động tốt h¡n Các sợi đ°ợc sử dụng để nhốt tế bào th°ßng là những sợi nhân t¿o có độ bền với acid, kiềm, các lo¿i ion và các dung môi hữu c¡ hòa tan ¯u điểm cÿa ph°¡ng pháp là tế bào không bị lẫn vào canh tr°ßng lên men, do vậy sÁn phẩm thu hßi không cần phÁi lọc Nh°ợc điểm cÿa ph°¡ng pháp là khÁ năng truyền khối kém, màng có thể bị bám bẩn do sự hấp phụ c¡ chất lên bề mặt màng (Linko và ctv, 1976; Heath và Belfort,1987; Ikeda và ctv, 2002; Martynenko và ctv, 2004; Datta và ctv, 2013; Ge và ctv, 2016)

1.4.1.5 Ph°¢ng pháp cá đánh t¿ bào bằng cách t¿o vi nang

Các vi nang t¿o ra để nhốt tế bào th°ßng có kích th°ớc 1 μm - 100 μm Các vi nang có tính chất là cho các c¡ chất và sÁn phẩm phÁn āng qua l¿i tự do Ph°¡ng pháp này có °u điểm là tế bào đ°ợc nhốt trong đó khá bền với mọi tác động bên ngoài và tái sử dụng đ°ợc nhiều lần Nguyên liệu t¿o vi nang th°ßng đ°ợc dùng là: nitro cellulose, collodion, nylon, polyurea, polyelectrolyte complex, ethyl cellulose, polyestyrene,

(Park và Chang, 2000; Tarun và Murthy, 2011; Jyothi và ctv, 2012; Datta và ctv, 2013; Rathore và ctv, 2013; Bouabidi và ctv, 2019)

1.4.2 ¯u, nh°āc điểm cÿa t¿ bào cá đánh

¯u điểm của tế bào cố định: so với các kỹ thuật sử dụng tế bào vi sinh vật tự do

thì công nghệ tế bào cố định đem l¿i nhiều lợi thế nh°: khi tế bào đ°ợc cố định thì ho¿t động cÿa tế bào đ°ợc kéo dài và án định h¡n, tế bào đ°ợc bÁo vệ tốt h¡n tr°ớc các yếu tố không thuận lợi cÿa môi tr°ßng bên ngoài nh° tác động cÿa nhiệt độ, pH, dung môi, các chất độc nh° kim lo¿i nặng; tăng hiệu suất cÿa quá trình sinh học do mật số tế bào trên một đ¡n vị thể tích cÿa thiết bị phÁn āng sinh học cao h¡n, tế bào đ°ợc tái sử dụng nhiều lần nên rất thuận lợi āng dụng trong các quá trình lên men liên tục; tăng khÁ năng chịu đựng cÿa tế bào khi nßng độ c¡ chất cao và nßng độ sÁn phẩm cuối cao; tế bào không bị lẫn vào sÁn phẩm cuối nên sÁn phẩm thu đ°ợc s¿ch h¡n, rút ngắn giai đo¿n thu nhận sÁn phẩm nên giúp tiết kiệm năng l°ợng và giÁm giá thành sÁn phẩm; giÁm rÿi ro nhiễm vi sinh vật có h¿i bái vì mật số tế bào cao; có thể sử dụng thiết bị phÁn āng sinh học nhỏ h¡n, với sự thiết kế quá trình công nghệ đ¡n giÁn hóa giÁm thßi gian sÁn xuất ra sÁn phẩm và do đó có lợi về kinh tế; công tác bÁo quÁn và l°u giữ tế bào cố định dễ h¡n so với bÁo quÁn tế bào tự do cùng lo¿i (Abdelmajeed và ctv, 2012; Martins và ctv, 2013; Bayat và ctv, 2015; Żur và ctv, 2016; Fernández ‐ López và ctv, 2017; Hutchinson và ctv, 2018; Bouabidi và ctv, 2019)

Nh°ợc điểm của tế bào cố định: khi sử dụng tế bào vi sinh vật cố định, trong

điều kiện sÁn xuất, hiện t°ợng rò rỉ hay rửa trôi tế bào ra khỏi chất mang ít hay nhiều là điều không thể tránh khỏi nên việc thu nhận và tinh s¿ch sÁn phẩm đôi khi cũng khá phāc t¿p; ho¿t lực cÿa những tế bào cố định, hiệu suất t¿o sÁn phẩm có thể sẽ thấp h¡n so với những tế bào tự do; sự thẩm thấu cÿa c¡ chất, sÁn phẩm bị cÁn trá một phần (Martynenko và ctv, 2004; Al-Zuhair và El-Naas, 2011; John và ctv , 2011; Abdelmajeed và ctv, 2012; Martins và ctv, 2013; Ge và ctv, 2016; Fernández ‐ López và ctv, 2017; Hutchinson và ctv, 2018)

1.5 Phân bón tan chÁm 1.5.1 Khái niám

Phân bón tan chậm là lo¿i phân bón mà trong đó chất dinh d°ỡng đ°ợc phóng thích chậm h¡n so với phân bón thông th°ßng và ít nhiều có đ°ợc kiểm soát thông qua

việc tính toán tỷ lệ, mô hình và thßi gian phóng thích chất dinh d°ỡng trong quá trình t¿o phân, cũng nh° việc lựa chọn vật liệu để t¿o ra phân (Shaviv, 2001)

1.5.2 ¯u điểm và nh°āc điểm cÿa phân bón tan chÁm

Nhiều nghiên cāu đã chỉ ra rằng phân bón tan chậm có một số °u điểm nh°: tăng hiệu quÁ sử dụng phân bón, giÁm tác động ô nhiễm môi tr°ßng trong khi năng suất cây trßng vẫn đ°ợc đÁm bÁo; đáp āng đ°ợc nhu cầu dinh d°ỡng cÿa cây trßng trong suốt mùa vụ, phù hợp với từng giai đo¿n phát triển cÿa cây chỉ với một lần bón phân; tiết kiệm chi phí lao động nhß vào giÁm số lần bón phân cho mỗi mùa vụ; giÁm l°ợng phân bón sử dụng; giÁm bớt sự tác động c¡ học đến đất; việc bón phân ít phụ thuộc vào quá trình t°ới tiêu vì quá trình phân giÁi cÿa phân vẫn tiếp diễn ngay cÁ khi không t°ới n°ớc Tuy nhiên, bên c¿nh đó phân tan chậm cũng có một số nh°ợc điểm nh°: chi phí cho sÁn xuất cao; quy trình bón phân tan chậm phāc t¿p h¡n các lo¿i phân bón thông th°ßng vì chỉ bón một lần nên phÁi tính toán mật độ rÁi phân, vị trí bón phân, l°ợng phân cần dùng, độ sâu bón phân phù hợp với từng lo¿i cây cụ thể Mặc dầu phân bón tan chậm vẫn có một số nh°ợc điểm, tuy nhiên khi tính toán về lợi ích môi tr°ßng, giÁm l°ợng phân sử dụng cũng nh° giÁm chi phí lao động, việc sử dụng phân bón tan chậm vẫn mang l¿i rất nhiều lợi thế vì giúp tăng năng suất, chất l°ợng nông sÁn, táng chi phí cho sÁn xuất giÁm và cũng góp phần bÁo vệ môi tr°ßng (Shaviv, 2001; Xiang và ctv, 2008; Ruark, 2012; Lawrencia và ctv, 2021; Vejan và ctv, 2021)

1.5.3 Phân biát mát sá lo¿i phân bón tan chÁm

Phân không bọc tan chậm (Slow release fertilizers - SRFs) là lo¿i phân bón tan

chậm không vỏ bọc có tỷ lệ, mô hình, thßi gian phóng thích chất dinh d°ỡng không dự đoán, không kiểm soát đ°ợc và có tính tan trong n°ớc giới h¿n Sự hòa tan cÿa phân phụ thuộc vào bÁn chất cÿa chất nền t¿o ra phân, kích th°ớc h¿t phân và l°ợng n°ớc có sẵn Phân dễ bị tác động bái các điều kiện xử lý nh° l°u trữ, vận chuyển và phân phối trên đßng ruộng; hoặc bái các điều kiện môi tr°ßng nh° độ ẩm, nhiệt độ và ho¿t động cÿa vi sinh vật (Trenkel, 2010; Lawrencia và ctv, 2021)

Phân bọc tan chậm (controlled release fertilizers - CRFs) là lo¿i phân bón tan

chậm có vỏ bọc có tỷ lệ, mô hình và thßi gian phóng thích chất dinh d°ỡng có thể dự đoán đ°ợc trong giới h¿n nhất định Tốc độ phân giÁi d°ỡng chất cÿa phân phụ thuộc vào độ dày hay mỏng cÿa lớp vỏ bọc (Trenkel, 2010; Lawrencia và ctv, 2021)

Phân bón vô c¡ có độ hòa tan thấp gßm các lo¿i phân bón nh° đá phosphate

PAPR (partially acidulated phosphate rock) hay các phân bón phosphate amonium kim lo¿i có công thāc chung MeNH4PO4.xH2O (với Me là các kim lo¿i có hóa trị hai nh°