ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------- Môn : Vi sinh trong cân bằng sinh thái môi trường Tiểu luận Ứng dụng vi sinh trong xử lý chế phẩm trồng trọt Nhóm thực hiện:Ngô Thị Thu Hiền Nguyễn Nhật Linh Vũ Thị Hồng Nhung Hà Nội, Tháng 12/2012 1 Mục lục Phần 1. Tổng quan 1.Ứng dụng vi sinh trong sản xuất nông nghiệp 2.Sơ lược về chế phẩm Fito – Biomix RR 3.Cấu tạo của rơm rạ 4. Cơ sở lý thuyết “Xử lý rơm rạ thành phân hữu cơ bằng chế phẩm sinh học Fito- biomic RR” 5.Phương pháp nghiên cứu Phần 2. Kết quả nghiên cứu 1. Hiện trạng rơm rạ sau khi thu hoạch lúa 2. Quy trình xử lý rơm rạ bằng chế phẩm Fito – Biomix RR 3. Hiệu quả sử dụng Phần 3. Kết luận Tài liệu tham khảo 2 Phần 1. Tổng quan 1. Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp Trong những năm qua, nông nghiệp nước ta đang phát triển theo hướng sạch, an toàn nhờ sử dụng các chế phẩm sinh học, nên đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước và tiến đến xuất khẩu. Việc sử dụng các chế phẩm sinh học dùng trong nông nghiệp để giảm sử dụng kháng sinh, hocmon tăng tưởng (trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản), chất kích thích sinh trưởng, phân bón và thuốc bảo vệ thực vật hóa học (trong trồng trọt). Bên cạnh đó, các chất thải nông nghiệp được xử lý bởi chế phẩm sinh học nên có thể tái sử dụng trong sản xuất nông nghiệp nhờ đó làm sạch môi trường và tăng lợi nhuận cho nhà nông. 2. Sơ lược về chế phẩm Fio-biomic – RR Từng nhiều năm nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sinh học nhằm ứng dụng hiệu quả trong đời sống sản xuất, trước thực trạng xử lý rác thải rơm rạ của bà con chưa triệt để dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường, Tiến Sĩ Lê Văn Tri đã bắt tay vào nghiên cứu, tạo ra một loại “chế phẩm vi sinh Fio-biomic – RR để xử lý rơm rạ và tìm ra một qui trình xử lý rơm rạ thành phân bón hữu cơ”. Chế phẩm Fito-Biomix RR, bao gồm các vi sinh vật hữu ích: nấm men, nấm mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn,… Chế phẩm Fito-Biomix RR là một hỗn hợp vi sinh vật xử lý rơm, rạ và vi sinh vật kháng bệnh cho cây trồng có mật độ ≥ 10 7 CFU/g, các nguyên tố khoáng, vi lượng… có tác dụng phân giải triệt để rơm, rạ sau thu hoạch thành phân bón hữu cơ vi sinh giàu dinh dưỡng phục vụ sản xuất nông nghiệp. Năm 2012, quy trình xử lý rơm rạ thành phân bón hữu cơ nhờ sử dụng chế phẩm Fito-Biomix RR của Công ty CP Công nghệ sinh học Hà Nội đã đạt giải vàng trong chợ Công nghệ và thiết bị - Techmart 2012. 3.Cấu tạo của rơm rạ Bảng 1. Thành phần hóa học của rơm rạ[3] Thành phần Độ ẩm Xenlulo Hemixenlulo Lignin Các hợp chất trích ly Tro Tổng Tỷ lệ (%) 7,08 42,41 12,65 18,62 6,48 12,76 100 3 Bảng 2. Thành phần nguyên tố trong rơm rạ[2] Thành phần C H O N S Tỷ lệ (%) 67,3113 5,8454 25,4134 1,4299 0,0000 Bảng 3. Thành phần tro của rơm rạ[3] Thành phần SiO 2 (%) K (%) Na (%) Các chất khác (%) Tổng Tỷ lệ (%) 72,593 2,636 0,369 24,402 100 • Cellulose Là hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích là D – glucopyrano liên kết với nhau bằng liên kết β -1,4-glucoxit. Các đơn vị mắt xích chứa ba nhóm hydroxyl, một nhóm rượu bậc một, hai nhóm rượu bậc hai. Cellulose có cấu tạo dạng sợi. Đơn vị nhỏ nhất gọi là sợi sơ cấp có đường kính khoảng 3 nm. Các sợi sơ cấp kết hợp vói nhau tạo thành vi sợi (microfibrin). Các vi sợi này lại hợp thành các bó lớn hơn. Hình 1: cấu trúc mạch của Cellulose[2] • Hemicellulose Cũng là những hydrat cacbon nhưng là loại polysaccarit dị thể. Các đơn vị cơ sở là đường hexose hoặc đường pentose. Độ bền hoá học và bền nhiệt của hemicellulose thấp hơn so với cellulose, vì chúng có độ kết tinh và độ trùng hợp thấp hơn (độ trùng hợp <90). Đặc trưng của nó là có thể tan trong dung dịch kiềm loãng. So với cellulose nó dễ bị thuỷ phân hơn trong môi trường kiềm hay axit. 4 • Lignin Lignin có cấu trúc rất phức tạp, là một polyphenol có mạng không gian mở, đơn vị cơ bản là phenyl propan và trong phân tử luôn chứa nhóm metoxyl (OCH 3 ). Các đơn vị mắt xích này được liên kết với nhau bằng một số kiểu liên kết như: β-O-4 (chiếm chủ yếu 40 – 60 %), α-O-4 (chiếm 5 – 10 %), C-O-C, C-C… Lignin có vai trò là chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Hình 2: cấu trúc của Lignin[2] 4. Cơ sở lý thuyết “Xử lý rơm rạ thành phân hữu cơ bằng chế phẩm sinh học Fio- biomic RR” Cellulose là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất trong rơm rạ. Ở nhiệt độ từ 30-50oC, cellulose bị phân hủy bởi enzym cellulase. Cấu trúc cellulose không đồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh với cấu trúc có độ trật tự rất cao và bền vững với tác động của điều kiện tự nhiên, enzym cellulase chỉ có tác dụng bề mặt hệ sợi ở vùng này. 5 Vùng vô định hình có cấu trúc không chặt và dễ bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài. Khi gặp nước, chúng dễ bị trương lên, do đó enzym cellulase dễ tác động và làm thay đổi toàn bộ cấu trúc của chúng. Không có vi sinh vật nào có đầy đủ các enzym trong hệ cellulase, vì thế để phân hủy được phức cellulose đòi hỏi phải có sự tham gia cùng một lúc của nhiều nhóm sinh vật khác nhau có khả năng phân hủy cellulose. Enzym cellulase là hệ enzym khá phổ biến ở hầu hết các loài vi sinh vật bao gồm nấm mốc, xạ khuẩn và cả vi khuẩn. Chế phẩm Fito-Biomix RR, bao gồm các vi sinh vật hữu ích: nấm men, nấm mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn,… Cơ chế: cellulase xúc tác quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm hòa tan thông qua xúc tác thủy giải liên kết β-1,4-glucosid. Hệ enzym cellulase gồm 3 enzym chủ yếu: - Exoglucanase: Enzym này thủy phân liên kết β-1,4-glucosid từ đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellobiose, nó có thể thủy phân xellulose đã được cắt ngắn mạch. Vai trò chính của enzym này là giúp cho endoglucanase tác động lên cellulose kết tinh. - Endoglucanase: Enzym này thủy phân liên kết β-1,4-glucosid một cách ngẫu nhiên bên trong chuỗi cellulose để giải phóng cellodextrin, cellobiose và glucose, nó tác động mạnh đến cellulose vô định hình nhưng tác dộng yếu đến cellulose kết tinh. - β-glucosidase: enzym này thủy phân cellobiose và các cello-oligosaccarit mạch ngắn tạo thành glucose: β-glucosidase không tấn công cellulose hoặc các cellodextrin khác. 6 Hình 3: Tác dụng của từng enzyme trong cellulose 5.Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu: thu thập, tổng hợp tài liệu thứ cấp Phần 2. Kết quả nghiên cứu 1.Hiện trạng rơm rạ sau khi thu hoạch lúa Theo số liệu thống kê, tại Việt Nam, 70% dân số làm nông nghiệp và lúa là cây trồng chính, do vậy lượng rơm rạ sau thu hoạch rất lớn, ước khoảng gần 46 triệu tấn/năm. Ngày xưa, rơm rạ thường được bà con nông dân thu về làm thức ăn cho gia súc hoặc nguyên liệu đun nấu. Tuy nhiên, vài năm trở lại đây, khi người dân không còn nhu cầu sử dụng rơm rạ làm thức ăn cho gia súc và trong sinh hoạt ngày thì cứ vào những buổi chiều hè tháng 5, tháng 6 hoặc vào dịp tháng tháng 9, tháng 10, sau mỗi vụ thu hoạch lúa, trên cánh đồng lại có nhiều cột lửa, bầu trời đầy khói bụi gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khoẻ con người, làm giảm tầm nhìn của người đi đường và ảnh hưởng đến an toàn giao thông của người dân. Sau khi thu hoạch, bình quân 1ha thu được 6 tấn rơm rạ trong đó bao gồm 51,5 kg N - 25,4 kg P 2 O 5 - 137,4 kg K 2 O. Việc đốt rơm rạ không những làm mất đi các vi tố hữu cơ có ích mà còn gây tổn hại đến môi trường. Theo tính toán, lượng CO 2 phát thải vào môi trường do đốt rơm rạ tại Đồng bằng Sông Hồng là 1,2 đến 4,7 triệu tấn/năm, lượng khí nhà kính phát thải vào môi trường do việc đốt rơm rạ này gây thiệt hại về môi trường tương đương với 19,05 – 200,3 triệu USD/năm. Bên cạnh đó, việc lấy đi rơm rạ khỏi đồng ruộng đã làm giảm cacbon hữu cơ một cách đáng kể. Nếu hàm lượng cacbon ban đầu là 3,56%, sau 10 năm canh tác 2 vụ lúa/năm, hàm lượng cacbon chỉ còn 3,03%, 7 sau 50 năm là 1,59% và sau 100 năm là 0,71%, như vậy độ phì nhiêu cũng như hàm lượng dinh dưỡng trong đất sẽ giảm đi rất nhiều. Nhiều nơi còn vứt rơm, rạ xuống ao ngòi gây ô nhiễm nguồn nước và làm chết các vật nuôi thuỷ sản. Cho nên, vấn đề này thực sự trở thành bài toán nan giải cho các cấp quản lý. 2.Quy trình xử lý rơm rạ bằng chế phẩm Fito – Biomix RR Hình 4: sơ đồ quy trình ủ rơm rạ bằng chế phẩm Fito- Biomix RR[4] Các bước thực hiện: [4] a. Chuẩn bị xử lý: - Xác định lượng rơm rạ cần xử lý trước thu hoạch - Lựa chọn địa điểm: Nên chọn địa điểm ủ xử lý gần nguồn nguyên liệu (rơm rạ) - Thuận tiện nguồn nước và hợp lý khi bảo quản xử lý theo quy mô hộ gia đình nên bố trí theo hướng tập trung theo khu xử lý để tiện quản lý kỹ thuật - Chuẩn bị đủ lượng chế phẩm sinh học, phân hóa học bổ sung và một số vật tư cần thiết. b. Thực hiện: Thu gom rơm rạ: Khi thu gom rơm rạ ủ đống có thể tận dụng thêm một số sản phẩm hữu cơ như: Bèo tây, thân, lá cây trồng bổ sung thêm, đống ủ sẽ nhanh phân hủy. 8 Tùy lượng nguyên liệu mà bố trí vị trí bố trí chất đống, lượng chế phẩm hòa tan, phân hóa học NPK cho hợp lý, một tấn rơm rạ cần lượng chế phẩm và phân hóa học như sau: + Chế phẩm: 0,2kg/tấn + Phân hóa học NPK: 1 kg/tấn Quy trình thực hiện: + Chế phẩm: Tiến hành pha chế phẩm ở dạng dung dịch hòa tan, cứ 0,2 kg chế phẩm pha 50 lít nước. Nồng độ của dung dịch có thể thay đổi tùy thuộc vào độ ẩm của rơm rạ sao cho khi ủ rơm rạ có độ ẩm đạt trên 80%. + Trải rơm rạ sau khi thu hoạch trên địa điểm lựa chọn, mỗi lớp rơm rạ dầy 30 cm thì tưới một lượng dung dịch chế phẩm hòa tan và rắc mỏng phân hóa học NPK. Nếu gia đình có phân chuồng thì bổ sung thêm vào đống. + Sau khi đã tiến hành xong: Đống ủ phải được che đậy bằng nilong để đảm bảo vệ sinh môi trường giữ nhiệt độ và độ ẩm. Màng nilong che đậy đống ủ được sử dụng nhiều lần cho đến khi hỏng thì thu gom bán cho người mua phế liệu để tránh gây ô nhiễm môi trường. + Đảo chộn đống ủ: Để rơm rạ vụn thêm và làm cho các loại vi sinh vật phân bố đều, tưới bổ sung duy trì độ ẩm (cách kiểm tra độ ẩm: Cầm nắm rơm, rạ vắt đều thấy nước rỉ ra theo kẽ tay là được). Trộn đều giữa chỗ phân hủy tốt và chưa tốt, để đảm bảo cần đảo chộn 1 lần sau ủ 10 – 15 ngày. + Sau 30 ngày trở đi tiến hành kiểm tra chất lượng phân, nếu đảm bảo yêu cầu phân ủ có thể sử dụng để bón lót gối vụ hoặc đánh gọn bảo quản bón cây vụ đông. 3.Hiệu quả sử dụng Chế phẩm vi sinh (Fito-Biomix RR) để xử lý rơm rạ và quy trình xử lý rơm rạ thành phân bón hữu cơ nhờ sử dụng chế phẩm này đã được thử nghiệm thành công tại nhiều địa phương khác nhau như Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa, Hòa Bình, Hưng Yên, Hà Nội . đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, được các chuyên gia nông nghiệp và bà con nông dân đánh giá cao. Kết quả áp dụng thí điểm tại xã Lộc Hòa-Nam Định[1] Sau 28 ngày ủ tiến hành nghiệm thu khi xử lý gần 90 tấn rơm, rạ trên hai cánh đồng của xã Lộc Hòa (TP.Nam Định) quan sát bên ngoài cho thấy rơm rạ đã mủn tơi, màu xám đen, có sợi mốc trắng, mềm kéo dễ đứt. Kết quả phân tích hoá lý cho thấy phân hữu cơ vi sinh sản xuất từ rơm rạ đạt chất lượng tốt, có thể sử dụng làm phân bón cho đất, đặc biệt là các chỉ số vi sinh vật (VSV) tổng số, VSV cố định đạm, VSV phân giải Xenlulo .đều cao hơn so với tiêu chuẩn. Ước tính 1 ha lúa thu được 6 tấn rơm rạ nhở ủ rơm rạ thu được 4 tấn phân ủ, lợi nhuận bình quân thu được là 4 triệu đồng/ha.Việc sử 9 dụng phân hữu cơ từ xử lý rơm rạ sẽ giúp hạn chế, phòng chống bệnh vàng lá nghẹt rễ sinh lý cho cây lúa. Phân ủ hữu cơ với lượng phân bón 4 tấn/ha giúp cây lúa đẻ nhánh khoẻ, tập trung, cứng cây, tăng số dảnh hữu hiệu từ 0,4 - 0,7 dảnh. Phân bón hữu cơ giúp lúa cứng cây, phát triển cân đối, đẻ nhánh tập trung nên giảm được tỉ lệ sâu bệnh hại. Năng suất lúa tăng từ 4,8-7,1 tạ/ha tương đương với 9,02 - 11,20% so với đối chứng và hiệu quả kinh tế của mô hình tăng từ 2.962.000 - 4.932.000 đồng/ha. Bên cạnh đó, phân ủ hữu cơ từ rơm, rạ cũng mang lại nhiều kết quả cao trên các loại cây trồng khác như ngô, khoai . Trên cây ngô, phân ủ hữu cơ giúp câu phát triển cân đối khoẻ mạnh, bộ rễ phát triển tốt làm tăng số lá và chiều cao. Ngô được bón phân hữu cơ còn giúp cây giảm được tỉ lệ sâu bệnh hại. Năng suất ngô tăng từ 12,7-12,9% so với đối chứng từ đó làm tăng hiệu quả kinh tế từ 2.639.000 – 3.684.000 đồng/ha. Trên cây khoai tây thì thử nghiệm bón phân ủ hữu cơ cho cây khoai tây cũng đem lại những ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và phát triển của cây khoai tây, làm tăng số củ/khóm, củ to trọng lượng củ tăng từ 3,6-3,8g, từ đó dẫn đến năng suất khoai tây tăng từ 10,71- 12,15% so với đối chứng. Hiệu quả kinh tế mô hình đem lại từ 15 triệu520 nghìn đồng đến 18 triệu 480 nghìn đồng/ha. Như vậy nếu tính hiệu quả kinh tế trong 5 năm, nếu rơm rạ được xử lý sẽ không gây lãng phí cỡ 5 tỷ 282 nghìn đồng và thu được khoảng 7,9 tỷ đồng đồng. Theo tính toán, 1 tấn phân hữu cơ từ rơm rạ có 10kg đạm, 9,5 kg lân và 21 kg kali, nếu xử lý 50% lượng rơm rạ sau thu hoạch của các tỉnh, thành phố trong cả nước được xử lý bằng chế phẩm sinh học Fito-Biomix RR thì lợi nhuận thu được gần 5 nghìn tỷ đồng/năm. Ở Việt Nam lượng rơm rạ cần xử lý là gần 45 triệu tấn, nếu xử lý hết khối lượng rơm rạ trên sẽ thu được gần 20 triệu tấn phân hữu cơ, với con số này, hàng năm bà con nông dân không phải bỏ tiền mua: 200 ngàn tấn đạm, 190 ngàn tấn lân và 460 ngàn tấn kali. Quy ra tiết kiệm được gần 11 ngàn tỷ đồng. Việc dùng phân bón hữu cơ này giúp giảm đáng kể lượng phân hoá học, lại tăng độ phì nhiêu cho đất, do đó tăng năng suất cây trồng, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Phần 3: Kết luận Việc ứng dụng chế phẩm sinh học Fito-Biomix RR xử lý rơm rạ thành phân ủ hữu cơ bón cho cây trồng ngoài việc tận dụng sản phẩm dư thừa sau thu hoạch nhằm bổ sung phân hữu cơ tại chỗ, tiết kiệm chi phí và tạo thói quen cho người dân không đốt rơm rạ mà còn là biện pháp bảo vệ môi trường, tăng độ phì cho đất, cân bằng sinh thái đồng ruộng và nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng. Nếu sử dụng sản phẩm phụ nông nghiệp, hàng năm sẽ có hàng nghìn tấn phân bón hữu cơ thay thế nguồn phân bón khác. Đây sẽ là nguồn sản xuất sạch trong nông nghiệp, nông thôn. Có thể nhìn thấy rõ ràng hiệu quả kinh tế mang lại khi khai thác theo phương pháp này, người dân sẽ tiết kiệm được các khoản chi phí thay vì mua phân bón hóa học. 10