VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG --------------- PHÂN BÓN HỮU CƠ VI SINH VẬT ĐA CHỦNG, CHỨC NĂNG Giáo viên hướng dẫn: Ts. Nguyễn Kiều Băng Tâm. Nhóm sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhung Phạm Thị Phượng Viết Thị Hà Xuyên Hà Nội, tháng 12/2012 VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 2 NỘI DUNG A. Tổng quan về phân bón VSV 1. Khái niệm 2. Phân loại phân bón VSV 3. Sử dụng chế phẩm sinh học và phân bón hữu cơ VSV 4. Yêu cầu chất lượng đối với phân bón VSV B. Kết quả nghiên cứu và thảo luận I. Phân bón hữu cơ vi sinh vật đa chủng chức năng ( Phân bón HCVSVĐCCN ) II. Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ VSV đa chủng chức năng 1. Quy trình sản xuất chế phẩm VSV đa chủng, chức nă 2. Quy trình sản xuất phân bón VSVĐCCN III. Hiệu quả của phân bón VIVĐCCN đối với một số loại cây trồng IV. Phát triển công nghệ và sản phẩm phân hữu cơ vi sinh vật đa chủng chức năng VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 3 Mở đầu Thực tế sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam đã khẳng định, phân bón đã có những đóng góp tích cực đối với gia tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Số lượng, chất lượng và chủng loại phân bón ngày một tăng cao, góp phần quan trọng trong việc bảo đảm an ninh lương thực. Song mặt khác, việc sử dụng gia tăng phân bón hóa học trong đã và đang gây ra sự mất cân đối nghiêm trọng giữa các yếu tố dinh dưỡng, ảnh hưởng xấu đến hiệu quả sản xuất và môi trường sinh thái. Phân vi sinh ra đời với lợi thế an toàn, “thân thiện” với môi trường và nguồn nguyên liệu dồi dào có sẵn nên hiện nay phân vi sinh đã được sử dụng rất phổ biến trong nông nghiệp; và nhu cầu thị trường lên đến hàng triệu tấn/ năm nó thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất phân vi sinh trong nước phát triển với tốc độ cao và đem lại lợi nhuận kinh tế lớn, đồng thời cũng giảm nhẹ những gánh nặng lên HST đất nói riêng và các vấn đề môi trường nói chung.  Đối tượng nghiên cứu - Phân bón hữu cơ VSV đa chủng, chức năng thuộc đề tài khoa học cấp nhà nước KC. 04.04 ( 2001 – 2004) đã được Hội đồng Khoa học chuyên ngành Đất, Phân bón và Hệ thống nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp & PTNT kiến nghị công nhận tiến bộ kỹ thuật và áp dụng rộng rãi trong sản xuất.  Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu về quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh vật đa chủng chức năng bằng công nghệ lên men chìm, các nhóm VSV được sử dụng để sản xuất chế phẩm VSV đa chủng, chức năng; Hiệu quả của phân bón đối với một số loại cây trồng  Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập, phân tích tài liệu thứ cấp: Thu thập, chọn lọc những tài liệu phù hợp với nội dung bài tiểu luận và là nguồn thông tin đáng tin cậy về phân bón vi sinh nói chung và phân bón hữu cơ vi sinh vật đa chủng, chức năng nói riêng dựa trên khuôn khổ nghiên cứu của dự án Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phân bón vi sinh đa chủng, đa chức năng ứng dụng cho cây trồng quy mô công nghiệp thuộc chương trình KHCN cấp nhà nước: Nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ sinh học. VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 4 A. Tổng quan về phân bón vi sinh vật 1. Khái niệm “ Phân bón vi sinh vật ( gọi tắt là phân vi sinh ) là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng visinh vật sống, đã được tuyển chọn có mật độ đạt theo tiêu chuẩn hiện hành. Thông qua cáchoạt động của chúng sau quá trình bón vào đất tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng sử dụng được ( N, P ,K, . . .) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng xuất và ( hoặc)chất lượng nông sản. Phân vi sinh bảo đảm không gấy ảnh hưởng xấu đến người, động thựcvật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản ”. Theo định nghĩa trên, phân bón VSV được hiểu như sau: - Phân bón VSV phải là sản phẩm chứa các VSV sống tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. - Vi sinh vật chứa trong phân bón VSV phải là các VSV đã được tuyển chọn đánh giá có hoạt tính sinh học, có khả năng sinh trưởng, phát triển và thích nghi với điều kiện môi trường sống mà ở đó chúng được sử dụng. 2. Phân loại phân bón vi sinh vật Phân bón vi sinh vật được chia thành nhiều dạng khác nhau tùy theo công nghệ sản xuất, tính năng tác dụng của vi sinh vật chứa trong phân bón hoặc thành phần các chất tạo nên sản phẩm phân bón. a) Phân loại theo công nghệ sản xuất phân bón: Tùy theo công nghệ sản xuất, người ta có thể chia phân vi sinh vật (VSV) thành hai loại như sau: - Phân vi sinh vật trên nền chất mang khử trùng có mật độ vi sinh vật hữu ích >10 9 vi sinh vật/g (ml) và mật độ vi sinh vật tạp nhiễm thấp hơn 1/1000 so với vi sinh vật hữu ích. Phân bón dạng này được tạo thành bằng cách tẩm nhiễm sinh khối vi sinh vật sống đã qua tuyển chọn vào cơ chất đã được xử lý vô trùng bằng các phương pháp khác nhau. Phân bón vi sinh vật trên nền chất chất mang đã khử trùng được sử dụng dưới dạng nhiễm hạt, hồ rễ hoặc tưới phủ với liều lượng 1-1,5 kg (lit)/ha canh tác. VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 5 - Phân vi sinh vật trên nền chất mang không khử trùng được sản xuất bằng cách tẩm nhiễm trực tiếp sinh khối vi sinh vật sống đã qua tuyển chọn, vào cơ chất không cần thông qua công đoạn khử trùng cơ chất. Phân bón dạng này có mật độ vi sinh vật hữu ích 10 6 vi sinh vật/g (ml) và được sử dụng với số lượng từ vài trăm đến hàng nghìn kg (lít)/ha. Đối với phân bón vi sinh vật trên nền chất mang không khử trùng, tùy theo thành phần các chất chứa trong chất mang mà phân bón VSV dạng này được phân biệt thành các loại: - Phân hữu cơ VSV là sản phẩm phân hữu cơ có chứa các VSV sống đã được tuyển chọn có mật độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thông qua các hoạt động sống của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng hay các hoạt chất sinh học góp phần nâng cao năng suất,chất lượng nông sản. - Phân hữu cơ khoáng VSV là một dạng của phân hữu cơ VSV, trong đó có chứa một lượng nhất định các dinh dưỡng khoáng. b) Phân loại theo tính năng tác dụng của các nhóm vi sinh vật chứa trong phân bón: Trên cơ sở tính năng tác dụng của các VSV chứa trong phân bón, phân VSV còn được gọi dưới các tên: - Phân VSV cố định nitơ (phân đạm vi sinh) là sản phẩm chứa các VSV sống cộng sinh với cây họ đậu (đậu tương, lạc, đậu xanh, đậu đen, v.v .), hội sinh trong vùng rễ cây trồng cạn hay tự do trong đất, nước có khả năng sử dụng nitơ từ không khí, tổng hợp thành đạm cung cấp cho đất và cây trồng. - Phân VSV phân giải hợp chất photpho khó tan (phân lân vi sinh) sản xuất từ các VSV có khả năng chuyển hóa các hợp chất photpho khó tan thành dễ tiêu cho cây trồng sử dụng. - Phân VSV kích thích, điều hòa sinh trưởng thực vật chứa các VSV có khả năng sinh tổng hợp các hoạt chất sinh học có tác dụng điều hòa hoặc kích thích quá trình trao đổi chất của cây. - Phân VSV chức năng là một dạng của phân bón VSV ngoài khả năng tạo nên các chất dinh dưỡng cho đất, cây trồng, còn có thể ức chế, kìm hãm sự phát sinh, phát triển của một số bệnh vùng rễ cây trồng do vi khuẩn và vi nấm gây nên. c) Phân loại theo trạng thái vật lý của phân bón: Căn cứ vào trạng thái vật lý của phân bón, có thể chia phân bón VSV thành các loại sau: VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 6 - Phân VSV dạng bột là dạng phân bón vi sinh, trong đó sinh khối VSV sống đã được tuyển chọn và chất mang được xử lý thành dạng bột mịn. - Phân VSV dạng lỏng là một loại phân bón vi sinh, trong đó sinh khối VSV từ các vi sinh vật tuyển chọn được chế biến tạo nên dung dịch có chứa các tế bào sống của chúng. - Phân VSV dạng viên được tạo thành khi sinh khối VSV được phối trộn và xử lý cùng chất mang tạo thành các hạt phân bón có chứa các VSV sống đã được tuyển chọn. Trên thị trường phân bón hiện nay, phân bón VSV được kinh doanh dưới nhiều tên thương mại khác nhau. Chỉ tiêu VSV phân giải xenlulo trước đây được coi là chỉ tiêu chất lượng của phân bón VSV, song trong Tiêu chuẩn TCVN 7185-2002, VSV phân giải xenlulo không được xếp vào nhóm các VSV sử dụng trong sản xuất phân VSV mà chỉ được coi là tác nhân chuyển hóa xenlulo phục vụ sản xuất phân hữu cơ sinh học. 3. Sử dụng chế phẩm sinh học và phân bón hữu cơ VSV 3.1 Chế phẩm vi sinh vật a) Nhiễm hạt: Các chế phẩm vi sinh vật (phân vi sinh vật trên nền chất mang khử trùng) sử dụng theo phương pháp nhiễm hạt đang lưu hành trên thị trường bao gồm: - Phân vi khuẩn trên nền than bùn. - Phân vi khuẩn trên nền hữu cơ hoai mục. - Phân vi khuẩn dạng lỏng. - Phân vi khuẩn dạng đặc sệt. Để nhiễm vi khuẩn cho hạt có thể dùng một trong các cách dưới đây: * Dịch sệt Chế phẩm vi sinh vật được hòa với nước tạo thành một dung dịch sệt đồng nhất có thể đổ ra được. Có thể hòa thêm keo hay đường để tăng độ bám dính của vi khuẩn vào bề mặt hạt. Trộn đều lượng hạt cần gieo với dung dịch vừa pha sau đó đem gieo. Phương pháp này đơn giản dễ làm được nông dân miền Bắc rất ưa chuộng. Đối với các vùng trồng lạc ở phía Nam, phương pháp này không được ưa chuộng vì hạt bị ướt và gây phiền hà trong lúc gieo. * Phương pháp bọc khô bằng chế phẩm VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 7 Trong phương pháp này, hạt giống được trộn trực tiếp với chế phẩm vi sinh vật mà không cần trộn thêm với nước hay chất lỏng khác. Phương pháp này dễ làm, được nông dân các vùng trồng lạc ở phía Nam rất ưa chuộng, song hiệu quả của phương pháp này không cao vì vi sinh vật không bám dính tốt trên bề mặt hạt, nhất là đối với loại phân bột có kích thước hạt không đồng đều và không mịn. * Phương pháp bọc hạt bằng bột đá vôi Theo phương pháp này, hạt giống trước tiên được nhiễm vi khuẩn trong dịch sệt, sau đó được trộn đều với bột đá vôi nghiền mịn, sao cho hạt được bọc kín bởi lớp đá vôi này trước khi gieo. Phương pháp này đặc biệt có lợi đối với vùng đất chua, hoặc khi hạt được gieo với phân bón có tính axit. Đối với các vùng đất phèn mặn hay đất chua nên áp dụng phương pháp nhiễm hạt này. * Phương pháp bọc hạt bằng chế phẩm vi sinh vật Dùng 1/3 lượng chế phẩm vi sinh vật cần bón, trộn với nước và chất bám đính tạo dung dịch sệt sau đó trộn đều với lượng hạt giống cần gieo. Trộn tiếp phần còn lại của chế phẩm vi sinh vật với hạt còn ướt sau đó đem gieo. Phương pháp này rất có hiệu quả trong điều kiện gieo hạt ở vùng đất khô, nóng hay chứa sẵn nhiều vi khuẩn không hữu hiệu. b) Nhiễm vào đất Phương pháp nhiễm vi khuẩn vào đất tương đối đơn giản và dễ làm được tiến hành theo một trong hai cách sau: - Hòa đều chế phẩm vi sinh vật với lượng nước cần tưới và tưới vào hốc, rãnh trước khi gieo hạt. - Trộn đều chế phẩm vi sinh vật với phân chuồng hoai mục hoặc đất bột sau đó đem bón vào hốc hoặc rãnh trước khi gieo hạt. Phương pháp nhiễm vi khuẩn vào đất cũng có thể áp dụng trong trường hợp hạt giống đã được gieo và phát triển. Khi đó đùng chế phẩm vi sinh vật bón đều lên bề mặt đất ở vùng rễ cây trước khi mưa hay trước khi tưới nước hoặc hòa đều với nước, tưới trực tiếp vào vùng rễ cây. Phương pháp này mặc dù đơn giản để làm, song lại đòi hỏi nhiều công sức, cần phải phát triển thiết bị tưới dung dịch chứa vi sinh vật vào đất phù hợp với điều kiện của người nông dân. 3.2. Phân hữu cơ vi sinh vật Phân hữu cơ vi sinh vật nhìn chung được dùng như một loại phân bón đất, nghĩa là bón trực tiếp vào đất tương tự như bón phân chuồng hoặc các loại phân hữu cơ khác. Tùy theo từng loại cây và cách thức gieo trồng có thể bón trực tiếp phân hữu cơ vi sinh vật vào đất và cày bừa đều cùng phân chuồng trước khi gieo hạt, trồng VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 8 cây non hoặc bỏ phân vào các rãnh đã được đào trước xung quanh gốc cây, sau đó lấp kín lại bằng đất. Khi sử dụng phân hữu cơ vi sinh vật cùng các loại phân khoáng khác cần xem xét đến liều lượng sử dụng của phân khoáng vì hàm lượng cao các chất tan của phân khoáng có thể sẽ làm chết vi sinh vật ngay sau khi bón. 4. Yêu cầu chất lượng đối với phân bón VSV - Chất lượng phân bón vi sinh vật được thể hiện thông qua các chỉ tiêu: + Số lượng vi sinh vật sống, có ích chứa trong một gam (g) hay mililit (ml) phân. + Hoạt tính sinh học của các vi sinh vật sử dụng. + Thời gian tồn tại của vi sinh vật chứa trong phân bón. + Số lượng hay tỷ lệ vi sinh vật tạp so với vi sinh vật sử dụng làm phân bón. + Các chỉ tiêu khác liên quan đến tính chất vật lý, hóa học hay thành phần chất dinh dưỡng của phân bón. - Ở các nước có truyền thống sử dụng phân bón vi sinh vật như Úc, Mỹ, Ấn Độ, mật độ vi khuẩn trong một gam hay 1 ml phân là 10 8 - 10 9 đối với chế phẩm vi sinh vật và 10 6 - 10 7 đối với phân hữu cơ vi sinh vật. - Ở Việt Nam theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6166-2002, TCVN 6167- 1996 + Phân vi sinh vật cố định nitơ và chế phẩm vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan được coi là bảo đảm chất lượng khi mật độ vi khuẩn đã được tuyển chọn trong 1g hay ml chế phẩm(phân bón) đạt 10 8 - 10 9 và số lượng vi khuẩn tạp trong đó phải thấp hơn 1,0 triệu vi sinh vật/g hay ml chế phẩm (phân bón) trên nền chất mang vô trùng. + Phân hữu cơ vi sinh vật yêu cầu phải có mật độ vi khuẩn sống đã được tuyển chọn thấp nhất là 10 6 tế bào/g hay ml phân bón. + Thời gian sử dụng đối với phân bón vi sinh vật được đặt ra ít nhất là 6 tháng kể từ ngày sản xuất. + Trước đây người ta còn đưa ra chỉ tiêu về độ ẩm đối với phân bón vi sinh vật, song đến nay chỉ tiêu này không còn ý nghĩa vì có nhiều sản phẩm phân bón vi sinh vật được sản xuất theo phương pháp đông khô, hoặc được tạo ra từ sinh khối các bào tử vi sinh vật. Các sản phẩm dạng này có độ ẩm dưới 10%. - Tùy theo công nghệ sản xuất và tính năng của sản phẩm phân bón vi sinh vật mà các nhà sản xuất có thể đưa thêm các chỉ tiêu về hàm lượng các chất dinh dưỡng NPK, chất hữu cơ và các yếu tố khoáng trung và vi lượng khác có trong phân bón vi sinh vật. VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 9 B. Kết quả nghiên cứu và thảo luận I. Phân bón hữu cơ vi sinh vật đa chủng chức năng ( Phân bón HCVSVĐCCN ) • Tác dụng: Sản phẩm phân bón hữu cơ đa chủng, chức năng vừa có ý nghĩa như một loại phân bón làm tăng năng suất cây trồng, đồng thời cũng có khả năng hạn chế một số bệnh vùng rễ cây trồng cạn do vi khuẩn/ vi nấm gây nên. • Bản chất: Gồm các chủng vi sinh vật đa hoạt tính: cố định nitơ, phân giải lân, đối kháng vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng cạn phát triển trên nền chất hữu cơ ( than bùn, phân gà, phế phẩm nông nghiệp .) II. Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ VSV đa chủng chức năng 1. Quy trình sản xuất chế phẩm VSV đa chủng, chức năng  B6: Bao gói, bảo quản sử dụng Giống gốc VSV cố định Nitơ Giống gốc VSV phân giải lân Giống gốc VSV ĐK vi sinh vật gây bệnh Nhân giống cấp I Nhân giống cấp II Xử lý sinh khối  B1: Phân lập và tuyển chọn VSV  B2: Xác định đặc tính sinh lý, sinh hóa  B3: Lên men thu sinh khối VSV  B4: Phối trộn  B5: Hấp phụ VSV vào chất mang VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 10 1.1 Lựa chọn các chủng VSV Từ Quỹ gen vi sinh vật nông nghiệp kết hợp lý lịch khoa học của các chủng VSV chọn ra các chủng có hoạt tính thích hợp theo các mục đích của phân đa chủng là: Azotobacter, Rhizobium, Bacillus, Các vi sinh vật khác đối kháng nấm. Sau đó tiến hành kiểm tra hoạt tính.  Azotobacter Lý lịch khoa học Azotobacter có khả năng cố định nitơ, tiết vào môi trường các vitamin, axit amin cũng như cáac chất kích thích sinh trưởng thực vật (indol axit axetic, gibberelic).IAA- một hocmôn sinh trưởng thực vật thuộc nhóm auxin. Kiểm tra hoạt tính của 3 chủng Azotobacter, ký hiệu là 108, 70 và 106.  Kiểm tra hoạt tính cố định Nitơ Kết quả cho thấy, các chủng Azotobacter đều có khả năng cố định nitơ, với hoạt tính hình thành etylen đạt từ 3207,2 đến 4345,6 µmol/ml/ngày, trong đó chủng 70 có khả năng cố định nitơ cao nhất, đạt 4345,6 µmol/ml/ngày. + Các chủng vi sinh vật sử dụng để sản xuất phân vi sinh vật chức năng đặc biệt có ý nghĩa sử dụng nếu các chủng này có tính chất đa hoạt tính sinh học. Vì vậy, dự án đã đánh giá các hoạt tính sinh học khác của chủng Azotobacter.  Đánh giá khả năng sinh IAA Kết quả cho thấy, các chủng Azotobacter sử dụng trong nghiên cứu đều có khả năng sinh IAA thô, hàm lượng đạt từ 3-430 µg/ml, hàm lượng IAA đạt cao nhất sau 5 ngày nuôi cấy các chủng vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng có bổ sung DL- triptophan 1%. Chủng 70 có khả năng sinh IAA thô cao nhất, đạt 430 µg/ml sau 5 ngày nuôi cấy. => Lợi dụng mối quan hệ cạnh tranh giữa các quần thể vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo chế phẩm phân bón vi sinh vật chức năng có khả năng hạn chế vi khuẩn gây bệnh vùng rễ thực vật.  Đánh giá khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh héo xanh thực vật của các chủng Azotobacter Kết quả kiểm tra cho thấy cả ba chủng Azotobacter sử dụng trong nghiên cứu đều có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh héo xanh thực vật. Chủng 70 có khả năng ức chế vi khuẩn héo xanh cho lạc, chủng 108 có khả năng ức chế vi khuẩn . nghệ sinh học. VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT - NHÓM 4 Page 4 A. Tổng quan về phân bón vi sinh vật 1. Khái niệm “ Phân bón vi. NPK, chất hữu cơ và các yếu tố khoáng trung và vi lượng khác có trong phân bón vi sinh vật. VI SINH TRONG CÂN BẰNG SINH THÁI – PHÂN BÓN HỮU CƠ K54-KHMT