Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ■ * • TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI PHẠM THỊ THANH NHÀN NGHIÊN CỨU DIỄN THẾ SINH THÁI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI SINH VẬT THAM GIA QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA RƠM RẠ THÀNH MÙN HỮU Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60 42 01 20 • •• LUẬN VĂN THẠC Sĩ SINH HỌC Ngưòi hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Thúy HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, em nhận nhiều giúp đỡ, bảo đóng góp ý kiến quý báu từ thầy cô giáo, gia đình, bạn bè đồng nghiệp. Em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Thị Thúy, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình đồng hành giúp đỡ em suốt ữình học tập nghiên cứu đề tài. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo Bộ môn Vi sinh, khoa Sinh học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hà Nội Bộ môn Công nghệ Sinh học - Vi sinh, khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thảnh đề tài này. Em xin cảm ơn tất anh, chị bạn nghiên cứu, học tập phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh, khoa Sinh học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hà Nội Bộ môn Công nghệ Sinh học - Yi sinh, trường Đại học Sư phạm Hà Nội giúp đỡ có ý kiến đóng góp cho em thời gian qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn yêu thương tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, khích lệ tạo điều kiện cho em trình thực đề tài. Trong trình thực tránh khỏi thiếu sót, em kính mong thầy cô giáo bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Học viên Phạm Thị Thanh Nhàn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không tiling lặp với đề tài khác. Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc. rn / _ _ Tác giả • Phạm Thị Thanh Nhàn 2. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤCLỤC DANH CÁC TỪ VIẾT TẮT . DANH MỤC BẢNG . KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH CÁC TỪ VIẾT TẤT 1. BG 2. CMC 3. dd : Bột giấy : Cacboxyl Methyl Cellulose : dung dịch 4. g : gram 5. KL : khuẩn lạc 6. NM : Nấm mốc 7. RBBR : Remazol Brilliant Blue R 8. YK : Vi khuẩn 9. YSV : Vi sinh vật 10. XK : xạ khuẩn DANH MỤC BẢNG • DANH MỤC HÌNH • MỞ ĐẦU 1. Lí chon đề tài Việt Nam nước nông nghiệp, đó, sản xuất lúa gạo chiếm tỷ trọng lớn. Cây lúa lương thực ừong mục tiêu phát triển nông nghiệp Việt Nam nhằm đảm bảo vững an ninh lương thực quốc gia xuất khẩu. Hiện nay, Việt Nam, sản lượng lúa trung bình hàng năm khoảng 38 - 40 triệu diện tích gieo ừồng khoảng 7,44 triệu hecta. Hai vùng trồng lúa trọng điểm nước đồng sông Cửu Long đồng sông Hồng. Nông dân Việt Nam có tập quán canh tác lúa nước từ hai đến ba vụ ừong năm. Trung bình lúa gạo cho - 1,2 rơm rạ. Với sản lượng lúa nay, ước tính lượng rom rạ thải lên đến 40 - 46 triệu tấn/năm [20]. Việc xử lý rơm rạ - dạng phế phụ phẩm nông nghiệp sau vụ thu hoạch lúa - thực tế chưa đem lại hiệu quả. Trước đây, chất lượng đời sống nông dân thấp, rơm rạ dùng làm vật liệu đun nấu sinh hoạt, làm thức ăn cho gia súc. Hiện nay, chất lượng sống người dân nâng cao, khí đốt (gas) dùng để đun nấu, thức ăn tổng họp sử dụng phổ biến cho chăn nuôi, đó, việc xử lý rơm rạ sau thu hoạch ừở thành vấn đề cấp bách xã hội. vấn đề trở nên nghiêm ừọng nhận thức người nông dân bảo vệ môi trường sống thấp. Nếu thu hoạch lúa vào mùa khô, người nông dân đốt đồng để tranh thủ mùa vụ, giảm lượng rơm rạ sau thu hoạch nhanh chóng. Còn thu hoạch lúa vào mùa mưa người nông dân thường vun rơm cạnh bờ kênh, rạch hay bên lề đường. Rơm rạ để tự nhiên đồng ruộng cần nhiều thời gian để xảy trình phân hủy giúp tăng độ mùn đất. Xử lý rơm rạ theo cách thức gây tắc nghẽn giao thông gây ô nhiễm môi trường khí, ảnh hưởng tới sức khỏe người, đồng thời làm thất thoát, lãng phí nguồn cacbon ừong chu trình chuyển hóa c hệ sinh thái nông nghiệp. Theo ước tính đốt rơm thải 36,32 kg khí CO; 4,54 kg hydrocarbon; 3,18 kg tro bụi 56,00 kg C02 [dẫn theo 4]. Đây thảnh phần khí đóng góp phần không nhỏ gây hiệu ứng nhà kính, gây ô nhiễm môi trường nói chung không khí nói riêng. Trên giới, nhiều công trình khoa học đề cập đến công nghệ xử lý mùn cưa, trấu, rơm số nguyên liệu khác thành phân bón hữu nhà khoa học Kiohyko Nakasaky công (Khoa Kỹ thuật, Đại học Shizuoka, Nhật Bản). Ở Việt Nam, năm gần đây, vấn đề xử lý rơm rạ sau thu hoạch nhận nhiều quan tâm nhà khoa học. Trong có nhiều công trình khoa học nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý rơm rạ như: xử lý rơm rạ chế phẩm Trichoderma với nhiều loại đất canh tác khác (Viện Lúa đồng sông Cửu Long), xử lý rơm rạ mộng làm phân bón sinh học (Công ty cổ phàn phân bón FITOHOOCMON), . Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu đầy đủ khu hệ vi sinh vật (VSV) tự nhiên tham gia chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu nước ta. Do vậy, nghiên cứu khu hệ vsv tham gia vào diễn sinh thái tự nhiên trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu hướng nghiên cứu cần thiết. Từ lý trên, tiến hành đề tài: “Nghiên cứu diễn sinh thái đặc điểm sinh học vi sinh vật tham gia trình chuyển hóa rơm thành mùn hữu cơ”. • 2. Đối tượng nghiên cứu Các chủng vsv đất tham gia trình chuyển hóa rom rạ thành mùn hữu xã Liên Mạc, huyện Mê Linh, Hà Nội. 3. Mục tiều nghiền cứu Nghiên cứu diễn sinh thái, đặc điểm sinh học vi sinh vật tham gia trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu làm phân bón cho trồng. 4. Nội dung nghiên cứu - Theo dõi diễn sinh thái vi sinh vật đất trình mùn hóa tự nhiên rơm rạ. - Phân lập vi sinh vật tham gia trình mùn hóa tự nhiên rơm rạ. - Đánh giá vai trò vi sinh vật phân lập thông qua hoạt tính enzyme ngoại bào khả mùn hóa rơm rạ chúng. 5. Những đóng góp đề tài Đánh giá vai trò nhóm vsv đất khác tham gia vào diễn sinh thái trình mùn hóa rơm rạ ttong tự nhiên. Trên sở nghiên cứu bản, đề tài đóng góp hiểu biết toàn diện nhằm hướng tói xây dựng quy trình công nghệ xử lý phế phụ phẩm rom rạ sản xuất nông nghiệp, tránh lãng phí nguồn cacbon góp phàn hạn chế gây ô nhiễm môi trường. CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan rơm rạ 1.1.1. Phụ phẩm rơm rạ sản xuất lúa gạo Lúa gạo (Oryza satỉva) trồng thuộc họ Hòa thảo (Poaceae). Đây lương thực nhiều nước giới Việt Nam. triệu triệu 800 750 700 ■ r 165 ■ b ■ r 155 160 »m III 650 600 m 05 06 07 10 11 12 h 150 III 08 09 13 14 Sản lượng — Diện tích Hình 1.1. Sản lượng diện tích gieo trồng lúa giói [dẫn theo 21] Sản xuất lúa gạo giới từ năm 2005 đến tăng trưởng diện tích gieo ttồng lẫn sản lượng (hình 1.1). Châu Á đứng đầu sản xuất lúa gạo chiếm 90,3% (khoảng 651 triệu tấn) sản lượng gạo giới năm 2012. Kết có chủ yếu nhờ sản lượng tăng mạnh Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan Việt Nam. Trong đó, Việt Nam đạt 27,12 triệu tấn, xuất 7,72 triệu năm 2012, đứng thứ hai sau Ấn Độ [dẫn theo 21]. Mười quốc gia hàng đầu xuất gạo giới năm 2012 Ấn Độ, Việt Nam, Thái Lan, Pakistan, Brazil, Uruguay, Campuchia, Argentina, Myanmar, Trung Quốc. Cũng theo số liệu năm 2012, với lượng phụ phẩm rơm rạ khoảng 40 triệu tấn/năm, Việt Nam có tiềm dồi sinh khối từ rơm rạ trấu [dẫn theo 21]. Lượng sinh khối phụ phẩm lúa gạo ước tính chiếm tới 64% nguồn sinh khối nước ta. Theo báo cáo Tổ chức Nông lương giới năm 1997, tỷ lệ rơm rạ/thóc dao động từ 0,4 (với rơm có độ ẩm 27%) đến 1,4 (với rơm có độ ẩm 12 - 22%). Một nghiên cứu thực tế khác đồng ruộng Thái Lan đưa số bình quân tỷ lệ rơm rạ/thóc 0,75 (với rơm rạ có độ ẩm 10%). Nhiều tài liệu khác số liệu tương đối quán với tỷ lệ này. Theo tỷ lệ lượng rơm rạ sau thu hoạch chiếm 50% trọng lượng lúa [dẫn theo 22]. Trong 40 triệu sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo có 32 triệu rom rạ triệu trấu. Tương ứng với sản lượng lúa, khối lượng phụ phẩm tập trung chủ yếu vùng Đồng sông Cửu Long (chiếm gàn 54%), Đồng sông Hồng (chiếm 17%) vùng Bắc trung duyên hải miền Trung (chiếm 15,4%) [dẫn theo 22]. 1.1.2. Thành phần, cấu trúc rơm rạ Theo Nguyễn Lân Dũng, thành phàn hóa học rơm rạ tính theo nguyên tố cacbon (C) chiếm 44%, hyđrô (H) chiếm 5%. oxy (O) chiếm 49% nitơ (N) chiếm khoảng 0,92% ; lượng nhỏ lại phốt (P), lưu huỳnh (S) kali (K) [dẫn theo 21]. Thành phần rơm rạ tính theo khối lượng khô là: cellulose (34 38%), hemicelluloses (32 - 40%), lignin (12%), hàm lượng tro (oxit silic) cao (từ 14 - 18%). Tỷ lệ lignocellulose cao (78 - 90%) gây cản trở việc sử dụng rơm, rạ cách kinh tế. Thành phần lignocellulose rơm rạ, có cenllulose, khó bị phân hủy hóa chất vsv sử dụng tập hợp vsv phân giải thích họp tạo thành nguồn phân hữu sinh học tốt. l.ỉ.2.L Cellulose Cellulose loại polysaccharide cấu tróc thực vật, chúng thường tạo nên thành tế bào, giúp cho mô thực vật có độ bền học tính đàn hồi. Cellulose thành phần chủ yếu thân, thực vật (trong gỗ chứa khoảng 95% cellulose, sợi vải 97 - 98%, sợi đay 75%, thân họ Cói họ Lúa 30 - 40% [18]). Cellulose có màu ttắng, không mùi, không vị. Cellulose không tan nước (ngay đun nóng) dung môi hữu thông thường tan số dung dịch axit vô mạnh (HC1, HNO 3) số dung dịch muối (Z11CI2, PbGy,— [dẫn theo 22]. Cellulose hợp chất cao phân tử cấu tạo bời hàng nghìn đến hàng chục nghìn gốc /?-D-glucose lien kết vói liên kết /7-1,4- glycoside nên có cẩu trúc mạch thẳng, bền khó bị phân hủy. Cellulose có công thức cấu tạo (CôHioOsỉn hay [C6H702(0H)3]n n nằm khoảng 5000-14000. Trong đó, nhóm hydroxyl nằm . Nghiên cứu diễn thế sinh thái và đặc điểm sinh học của vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa rơm ra thành mùn hữu cơ . • 2. Đối tượng nghiên cứu Các chủng vsv đất tham gia quá trình chuyển. DỤC VÀ ĐÀO TẠO ■ * • TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2 PHẠM THỊ THANH NHÀN NGHIÊN CỨU DIỄN THẾ SINH THÁI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA VI SINH VẬT THAM GIA QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA RƠM RẠ THÀNH MÙN HỮU cơ Chuyên. chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ ở nước ta. Do vậy, nghiên cứu khu hệ vsv tham gia vào diễn thế sinh thái tự nhiên của quá trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ là hướng nghiên cứu cần thiết. Từ