Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Phần I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3 Phần II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 4 Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 5 1. Tổng quan tài liệu 5 1.1. Tình hình phát thải methane 5 1.2. Vi khuẩn oxy hóa khí methane 6 2. Vật liệu, phương pháp 9 2.1. Vật liệu 9 2.2. Phương pháp 10 3. Kết quả 12 3.1. Nuôi vi khuẩn MOB chủng BG3 12 3.2. Thí nghiệm xác định phát thải methane trên các mô hình 13 3.3. Kết quả đo đạc và tính toán lượng khí methane phát thải trên các mô hình 16 Phần IV: KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Phần I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Methane, với công thức hóa học là CH4, là một hydrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng ankan. Methane là hydrocacbon đơn giản nhất. Ở điều kiện tiêu chuẩn, methane là chất khí không màu, không vị. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ cháy. Một mét khối methane ở áp suất thường có khối lượng 717 g. Methane là một khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 năm mỗi kg methane (CH4) làm ấm Trái Đất lên gấp 23 lần 1 kg carbon dioxide (CO2). Là thành phần quan trọng thứ hai của khí nhà kính (sau CO2), tỷ lệ methane trong khí quyển hiện đang tăng ở mức 1% mỗi năm, chủ yếu từ các quá trình phân hủy sinh học kỵ khí. Phát thải methane từ các quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ diễn ra ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đất canh tác, đất rừng, đất ngập nước đến trầm tích các thủy vực, trầm tích biển… Bên cạnh đó, con người cũng đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm các hoạt động sản xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí đốt), nông nghiệp (chăn thả gia súc, canh tác lúa nước) và các quá trình phân hủy chất thải hữu cơ (đốt sinh khối, bãi chôn lấp rác) trong đó nền nông nghiệp lúa nước là một trong những nguồn phát thải khí methane chính. Bên cạnh đó, con người cũng đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm các hoạt động sản xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí đốt), nông nghiệp (chăn thả gia súc, canh tác lúa nước) và các quá trình phân hủy chất thải hữu cơ (đốt sinh khối, bãi chôn lấp rác) trong đó nền nông nghiệp lúa nước là một trong những nguồn phát thải khí methane chính. Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí (Aerobic MethaneOxidizing Bacteria – MOB) có mặt rộng rãi trong môi trường và đóng một vai trò quan trọng trong kiểm soát hàm lượng methane trong khí quyển. Vi khuẩn này sử dụng methane làm nguồn cacbon và năng lượng duy nhất để sinh trưởng, qua đó giảm phát thải methane cũng như tác động của nó trong sự nóng lên ở toàn cầu. Dự án khoa học này được đề xuất nhằm bước đầu tìm hiểu khả năng ứng dụng vi khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa ở Việ
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI – BA ĐÌNH ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015) Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI KHUẨN OXY HÓA METHANE (MOB) TRONG VIỆC GIẢM PHÁT THẢI METHANE TỪ ĐẤT TRỒNG LÚA VÀ TĂNG DINH DƯỠNG CỦA ĐẤT TRỒNG Lĩnh vực: Công nghệ sinh học NGƯỜI HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ: - TS Đinh Thúy Hằng Huỳnh Vinh Nam - Đơn vị công tác: Lớp: 11A1 Viện vi sinh vật công nghệ sinh học Trường: THPT Nguyễn Trãi – Ba Đình (IMBT) trường Đại học Quốc gia Hà Nội Vũ Minh Đức Lớp: 11A1 Trường: THPT Nguyễn Trãi – Ba Đình Hà Nội, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC Phần I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Phần II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Tổng quan tài liệu 1.1 Tình hình phát thải methane 1.2 Vi khuẩn oxy hóa khí methane .6 Vật liệu, phương pháp 2.1 Vật liệu 2.2 Phương pháp .10 Kết 12 3.1 Nuôi vi khuẩn MOB chủng BG3 12 3.2 Thí nghiệm xác định phát thải methane mơ hình 13 3.3 Kết đo đạc tính tốn lượng khí methane phát thải mơ hình 16 Phần IV: KẾT LUẬN .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Phần I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Methane, với cơng thức hóa học CH4, hydrocacbon nằm dãy đồng đẳng ankan Methane hydrocacbon đơn giản Ở điều kiện tiêu chuẩn, methane chất khí khơng màu, khơng vị Nó hóa lỏng −162 °C, hóa rắn −183 °C, dễ cháy Một mét khối methane áp suất thường có khối lượng 717 g Methane khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình 100 năm kg methane (CH4) làm ấm Trái Đất lên gấp 23 lần 1 kg carbon dioxide (CO2) Là thành phần quan trọng thứ hai khí nhà kính (sau CO2), tỷ lệ methane khí tăng mức 1% năm, chủ yếu từ trình phân hủy sinh học kỵ khí Phát thải methane từ q trình phân hủy kỵ khí chất hữu diễn nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ đất canh tác, đất rừng, đất ngập nước đến trầm tích thủy vực, trầm tích biển… Bên cạnh đó, người đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm hoạt động sản xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí đốt), nơng nghiệp (chăn thả gia súc, canh tác lúa nước) trình phân hủy chất thải hữu (đốt sinh khối, bãi chơn lấp rác) nơng nghiệp lúa nước nguồn phát thải khí methane Bên cạnh đó, người đóng góp vào nguồn phát thải khí methane vào khí quyển, gồm hoạt động sản xuất công nghiệp (mỏ than đá, khai thác khí đốt), nơng nghiệp (chăn thả gia súc, canh tác lúa nước) trình phân hủy chất thải hữu (đốt sinh khối, bãi chôn lấp rác) nơng nghiệp lúa nước nguồn phát thải khí methane Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí (Aerobic Methane-Oxidizing Bacteria – MOB) có mặt rộng rãi mơi trường đóng vai trị quan trọng kiểm sốt hàm lượng methane khí Vi khuẩn sử dụng methane làm nguồn cacbon lượng để sinh trưởng, qua giảm phát thải methane tác động nóng lên tồn cầu Dự án khoa học đề xuất nhằm bước đầu tìm hiểu khả ứng dụng vi khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa Việt Nam Phần II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Khác với nghiên cứu thực từ trước tới Việt Nam liên quan đến phát thải methane từ đất trồng lúa chủ yếu tập trung vào xác định lượng methane phát thải đánh giá ảnh hưởng kỹ thuật sử dụng canh tác lúa (điều kiện tưới nước, bón phân) tới phát thải methane, nghiên cứu đề cập đến ứng dụng vi khuẩn MOB cho mục đích giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa, tăng khả kiểm sốt khí methane phát thải vào mơi trường Vi khuẩn MOB có mặt rộng rãi phổ biến tự nhiên nên dễ tìm thấy mơi trường đất, trầm tích, bãi rác, nước ngầm, nước biển, than bùn,… Dựa chủng MOB tiêu biểu phân lập, nhiều nghiên cứu tiến hành đặc tính sinh lý di truyền MOB, sở định hướng nghiên cứu ứng dụng nhóm vi sinh vật Vai trị quan trọng hàng đầu MOB hệ sinh thái oxy hóa methane tạo từ trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu trước khí vào khí quyển, từ giảm thiểu tác động methane nóng lên tồn cầu Một số nghiên cứu khả ứng dụng MOB tiến hành giới, chủ yếu chuyển hóa methane thành methanol sinh khối có hàm lượng protein cao xử lý ô nhiễm môi trường Dự án khoa học bước đầu nghiên cứu khả sử dụng vi khuẩn MOB để chủ động kiểm sốt lượng methane phát thải vào khí q trình canh tác lúa Ngồi khả oxy hóa methane, MOB nhóm vi sinh vật có sinh khối giàu protein với số axit amin thành phần, methane chuyển thành sinh khối MOB vi sinh vật hữu ích đất cung cấp thêm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng, qua tăng độ màu đất Những tác động MOB cần kiểm chứng để hướng tới việc bổ sung vi khuẩn MOB vào phân bón vi sinh cho công nghệ canh tác lúa giảm phát thải methane Phần III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Tổng quan tài liệu 1.1 Tình hình phát thải methane Khí nhà kính gồm methane, cacbonic oxit nitơ phát thải trình phát triển lúa (Hình 1) Ước tính riêng từ đất canh tác lúa, lượng methane vào khí năm 60 – 110 Tg, chiếm khoảng 25% tổng lượng methane giải phóng tồn cầu (Prinn, 1994) Theo báo cáo lần thứ Việt Nam phát thải khí nhà kính lên khung Liên Hiệp Quốc biến đổi khí hậu, đến năm 2000, phát thải khí nhà kính nơng nghiệp chiếm 43,1% tổng phát thải khí nhà kính Việt Nam lĩnh vực nơng nghiệp, phát thải từ canh tác lúa chiếm tới 57,5% Trong khuôn khổ hợp tác với số nước canh tác lúa khu vực Thái Lan, Philipine, Indonesia, số báo cáo phát thải khí nhà kính từ đất trồng lúa Việt Nam thực Hình Vị trí MOB chu trình chuyển hóa methane ruộng lúa ngập nước Theo nghiên cứu Viện Khoa hoc thủy lợi VN (2012), trung bình lượng methane phát thải từ đất trồng lúa nước Đồng sông Hồng 369,1 – 457,2 kg CH4/ha/vụ khu vực ngập thường xuyên (nông thường xuyên) thấp chút, mức 340,3 – 401,5 kg CH 4/ha/vụ khu vực ngập không thường xuyên (nông lộ phơi) Thời kỳ phát thải mạnh giai đoạn lúa đẻ nhánh làm đòng Ngoài ra, lượng phát thải giảm thời điểm đất ruộng bón lót, bón thúc Các nghiên cứu áp dụng tưới Nông lộ phơi có thể tiết kiệm nước tưới tăng xuất lúa so với phương pháp tưới ngập truyền thống Một số nghiên cứu gần trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội cho thấy khác biệt lượng methane phát thải thời kỳ lúa để nhánh rộ tỉnh thuộc đồng sông Hồng, nhỏ Thái Bình 39,5 mg CH4/h cao Nam Định 61,3 mg CH4/h Mới Dự án Trồng lúa phát thải khí nhà kính Viện Nghiên cứu phát triển đồng sông Cửu Long (MDI) chủ trì với trợ giúp kinh phí từ Quỹ Bảo vệ Môi trường Mỹ (EDF) xây dựng thí điểm huyện Châu Thành, vụ đông xuân 2010 kết thúc năm 2013 Tính khả thi thành dự án tổng kết để làm sở nhân rộng vùng đồng sơng Cửu Long Tuy nhiên thấy nghiên cứu tập trung vào xác định lượng methane phát thải từ đất trồng lúa ảnh hưởng mức nước chế độ bón phân tới mức phát thải, chưa có nhiều nghiên cứu nhằm tìm biện pháp để giảm thiểu tình trạng phát thải methane Vi khuẩn oxy hóa methane (MOB) mắt xích quan trọng q trình chuyển hóa methane kiểm sốt lượng methane phát thải vào khí chưa quan tâm nghiên cứu Việt Nam Dự án khoa học đề xuất nhằm bước đầu tìm hiểu khả ứng dụng vi khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa Việt Nam 1.2 Vi khuẩn oxy hóa khí methane 1.2.1 Lịch sử phát nghiên cứu MOB Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí, nói, có mặt rộng rãi mơi trường đóng vai trị quan trọng kiểm sốt hàm lượng methane khí Năm 1906, nhà vi sinh vật học người Hà Lan Nicolaas Söhngen lần mô tả sinh vật phát triển methane phân lập từ nước ao vật liệu trồng thủy sinh Ông đặt tên cho vi sinh vật Bacillus methaneicus, thực nghiên cứu tìm hiểu hệ sinh thái sinh lý chúng, làm sáng tỏ phần vai trò vi sinh vật chu trình chuyển hóa methane môi trường Đến năm 1970, 100 chủng MOB phân lập, mở kỷ nguyên nghiên cứu đặc tính sinh hóa đường q trình oxy hóa hiếu khí methane Cho đến nay, MOB tìm thấy nhiều loại môi trường bao gồm đất (Whittenbury, 1970), trầm tích (Smith, 1997), bãi rác (Wise, 1999), nước ngầm (Fliermans v, 1988), nước biển (Holmes, 1995), than bùn (Dedysh, 2000), v.v…, cho thấy có mặt phổ biến vi sinh vật tự nhiên Dựa chủng MOB tiêu biểu phân lập, nhiều nghiên cứu tiến hành đặc tính sinh lý di truyền MOB, sở định hướng nghiên cứu ứng dụng nhóm vi sinh vật Vai trò quan trọng hàng đầu MOB hệ sinh thái oxy hóa methane tạo từ q trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu trước khí vào khí quyển, từ giảm thiểu tác động methane nóng lên tồn cầu 1.2.2 Ứng dụng Một số nghiên cứu khả ứng dụng MOB tiến hành giới, chủ yếu chuyển hóa methane thành methanol sinh khối có hàm lượng protein cao xử lý ô nhiễm môi trường Trong tế bào MOB, methane chuyển hóa thành methanol nhờ enzyme methane-monooxygenase Methanol sau oxy hóa tiếp tục đến CO2 qua bước với tham gia nhiều enzyme khác (Hình 2) Thơng qua sử dụng chất ức chế cyclopropanol bước oxy hóa methanol đầu tiên, hợp chất tích lũy với lượng đáng kể mơi trường nuôi vi khuẩn Đây biện pháp sản sinh methanol điều kiện nhiệt độ áp suất thông thường, có ý nghĩa việc thay cơng nghệ sản xuất methanol cần thực nhiệt độ 840 – 900C áp suất 15 – 30 atm Hình Chuyển hóa methane thành CO2 tế bào MOB vị trí tác động chất ức chế cyclopropanol để tích lũy methanol Sinh khối MOB có tỷ lệ protein cao, chiếm tới 70% trọng lượng Thành phần axit amin sinh khối MOB tương đường với đạm cá hay đạm đậu tương, dùng để làm nguồn đạm cho thức ăn chăn nuôi Áp dụng đạm từ sinh khối MOB nhiều loại vật nuôi khác gà, lợn, dê, cá cho kết tương đương cao loại đạm thông thường bột cá hay bột đậu tương Đứng trước tình hình diện tích đất trồng ngày thu hẹp sản lượng đánh bắt thủy hải sản không tăng, việc dùng methane để tạo sinh khối MOB làm nguồn đạm vi sinh cho thức ăn chăn nuôi hướng phù hợp với xu hướng phát triển bền vững nhiều quốc gia Ngồi methane, nhiều lồi MOB cịn có khả oxy hóa hợp chất khí có tính độc hại tetrachloro-ethylene (TCE) thường sử dụng để xử lý ô nhiễm chất môi trường, ví dụ nước ngầm Là lồi vi sinh vật có khả oxy hóa methane nguồn cacbon lượng để sinh trưởng, MOB có vai trị quan trọng kiểm sốt methane khí sử dụng để hạn chế phát thải methane từ bãi chôn lấp rác Vật liệu, phương pháp 2.1 Vật liệu methane 2.1.1 Mơ hình thí nghiệm trồng lúa xác định phát thải Tay cầm Vị trí đặt van Khóa van Nắp thùng Thân thùng Đế thùng Hình Sơ đồ mơ hình thùng mica dùng để trồng lúa xác định phát thải methane Với thể tích xác định, lượng methane có mơ hình tính % chuyển đổi thành mol khí 2.1.2 Chủng MOB Chủng BG3 phân lập từ hệ thống xử lý nước thải sau biogas có khả sinh trưởng tốt với methane có sẵn phịng thí nghiệm Sinh thái Vi sinh vật, Viện Vi sinh vật Công nghệ sinh học, Đại học Quốc gia Hà Nội Thông tin cụ thể chủng sau: Mục Thông tin cụ thể Ghi Tên khoa học Methylomonas sp BG3 Mã gen GenBank 16S rDNA: KJ081955 pmoA: KJ081956 loài gần gũi Methylomonas methaneica, 95% tương đồng trình tự gen 16S rDNA Gen 16S rDNA Gen pmoA mã hóa cho tiểu đơn vị enzyme methane-monooxygenase Điều kiện sinh trưởng tối ưu pH 6-8, nhiệt độ 25-40oC, nồng độ muối 1-15g⋅L-1 NaCl 2.2 Phương pháp 2.2.1 Phương pháp nuôi cấy MOB Thao tác nuôi cấy vi khuẩn thực điều kiện vơ trùng tủ cấy vi sinh an tồn sinh học (Loại Class II A2 Biological Safety Cabinets) (Hình 4) Vi khuẩn MOB chủng BG3 nuôi lọ thủy tinh nhỏ thể tích 150 ml, có nắp cao su kẹp nhơm, chứa 30 ml mơi trường khống dành cho MOB Đậy kín nắp lọ bơm khí methane vào để có tỷ lệ 30 – 40% khoảng khơng khí lọ Bình đặt ni máy lắc 120 vịng/phút để khí methane hịa vào dung dịch Sau ngày, lấy lọ thủy tinh nuôi MOB lắc để kiểm tra Sinh trưởng vi khuẩn xác định thông qua mức tăng độ đục dịch ni 10 Hình Chuẩn bị dụng cụ để ni cấy MOB tủ cấy an tồn sinh học 2.2.2 Thiết lập mơ hình trồng lúa trong phịng thí nghiệm Làm phần đáy hai mơ hình mica có kích thước 40 40 30 cm, cho vào thùng đất ruộng tới chiều cao 10 cm Đặt vào thùng khóm lúa làm địng, vị trí cách theo diện tích đất Bổ sung nước ruộng vào thùng cho ngập bề mặt đất 0,5 – cm (không dùng nước máy nước máy có chất khử trùng, gây hại diệt MOB vi sinh khác) Duy trì điều kiện ổn định thời gian tuần để lúa thích nghi đồng trước tiến hành thí nghiệm bổ sung MOB đo phát thải methane Sau thời gian ổn định, MOB bổ sung vào mơ hình (MH thí nghiệm) mơ hình lại sử dụng làm đối chứng (MH đối chứng) Nắp mơ hình đậy vào; sau 1, 2, 3, ngày bổ sung MOB lấy mẫu khí qua van bố trí nắp để xác định thành phần methane Mẫu khí lấy van có khóa đưa lên phân tích thiết bị sắc ký Sau đo, nắp mơ hình lại mở để tránh ảnh hưởng tới sinh trưởng lúa 2.2.3 Phân tích methane hệ thống sắc ký khí Nguyên lý hoạt động hệ thống sắc ký khí (GC - Gas Chromatography): Mẫu bơm vào theo dịng khí mang (N 2) đưa đến cột sắc ký (pha tĩnh) Mẫu qua cột hấp phụ lên pha tĩnh Sau đó, chất tách khỏi cột theo dịng khí ngồi ghi nhận đầu dị FID (Flame Ionized Detector) Từ tín hiệu nhận máy tính xử lý biểu kết sắc ký đồ Các chất xác định nhờ giá trị thời gian lưu sắc ký đồ Theo phương pháp phân tích sử dụng nghiên 11 cứu này, peak methane xuất sau phút sau bắt đầu chu kỳ phân tích Thiết lập đường chuẩn: Đường chuẩn thiết lập với khí methane tinh khiết lọ thủy tinh thể tích 80 ml chứa khơng khí vài hạt silicagel sấy khơ, đậy nắp cao su bọc nhơm kín Với lọ, dùng xilanh hút lượng khí định bơm trả lại thể tích khí methane tương ứng với lượng khí lấy để có nồng độ khí methane 10%, 20%, 30%, 50% Lắc lọ chuẩn bị, sau dùng xi-lanh hút mẫu đưa lên thiết bị sắc ký khí Đường chuẩn khí methane xây dựng dựa mối quan hệ tuyến tính nồng độ methane biết bình chuẩn diện tích peak sắc ký đồ (Hình 5) Phương trình bậc thể mối tương quan hai đại lượng nói sử dụng để xác định hàm lượng methane mẫu khí lấy từ mơ hình Area (ppm) 450 400 350 f(x) = 1189.48744186047 x − 34.7590813953488 R² = 0.942586824176692 300 250 200 150 100 50 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Amt (%) Hình Đường chuẩn áp dụng để tính nồng độ methane (%) phân tích sắc ký khí Kết 3.1 Nuôi vi khuẩn MOB chủng BG3 Chủng BG3 ni bình kín khí chứa methane/khơng khí theo tỷ lệ 1/2, 30C, lắc 120 vòng/phút thời gian ngày Tại thời điểm dừng, mật độ quang dịch nuôi đạt OD 600 = 0,4, màu hồng nhạt, xuất 12 sinh khối bám thành lọ Lấy 0,1 ml dịch nuôi xilanh vô trùng, đưa lên phiến kính tiến hành kiểm tra tế bào vi khuẩn kính hiển vi (Hình 6) Hình Sinh trưởng chủng vi khuẩn BG3 dịch ni bình ni hình thái tế bào 3.2 Thí nghiệm xác định phát thải methane mơ hình Hai mơ hình phịng thí nghiệm trồng lúa giai đoạn đẻ nhánh tích cực thiết lập (Hình 7) Mơ hình A mơ hình thí nghiệm, vi khuẩn MOB chủng BG3 bổ sung trực tiếp từ dịch nuôi theo tỷ lệ 80 ml dịch/mơ hình Mơ hình B đối chứng khơng bổ sung MOB Hình Mơ hình trồng lúa phịng thí nghiệm Đối với mơ hình, mẫu khí thu để phân tích hàm lượng methane từ hai vị trí theo chiều cao mơ hình (van MHA, van MHB) đỉnh (van MHA, van MHB) Tại vị trí trình đo lặp lại lần để xác định mức sai số phép đo Quá trình theo dõi trì ngày kể từ bổ sung vi khuẩn MOB vào mơ hình A (Hình 8) 13 CH4 (ppm) Ngày CH4 (ppm) Ngày 500 450 500 Ngày 450 CH4 (ppm) 400 CH4 (ppm) 400 Ngày 350 350 300 300 Van Van Van Van Van Van Van Van Hình Methane phát thải từ đất trồng lúa mơ hình thí nghiệm Kết từ hình cho thấy khác biệt đáng kể lượng methane tích lũy mơ hình thí nghiệm (MHA) mơ hình đối chứng (MHB) Mức sai số có ý nghĩa cho thấy biệt đáng kể Ở ngày sau bổ sung MOB chủng BG3 vào mơ hình thí nghiệm khác biệt chưa rõ rệt, nhiên ngày (ngày 3) lượng methane tìm thấy mơ hình thí nghiệm thấp 20% so với mơ hình đối chứng Ở ngày cuối, chênh lệch mức 11% thay đổi ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm tới sinh trưởng lúa (trong thời gian bị đậy kín để xác định lượng methane tạo thân lúa phải chịu độ ẩm lớn nhiệt độ cao bên mơ hình, điều kiện thuận lợi cho rầy nâu phát triển, ngày thứ lúa chuyển nhành sang màu vàng xuất đốm rầy dọc theo thân) Đây kết mô ảnh hưởng điều kiện khí nhà kính tới q trình canh tác lúa thực tế 14 500 450 400 CH4 (ppm) 350 300 Thí nghiệm Đối chứng 250 200 150 100 50 Ngày thí nghiệm Hình So sánh phát thải methane mơ hình thí nghiệm đối chứng Như vậy, có mặt vi khuẩn MOB chủng BG3 có tác động tích cực tới việc giảm phát thải methane từ đất trồng lúa Bên cạnh tác động này, MOB biết đến có sinh khối giàu protein với số axit amin thành phần, methane chuyển thành sinh khối MOB vi sinh vật hữu ích đất cung cấp thêm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng, qua tăng độ màu đất Tác động cần kiểm chứng để hướng tới việc bổ sung vi khuẩn MOB vào phân bón vi sinh cho cơng nghệ canh tác lúa giảm phát thải methane 15 3.3 Kết đo đạc tính tốn lượng khí methane phát thải mơ hình Kết đo ghi bảng sau (mỗi lần đo cách 30 phút, thực nhiệt độ 20oC, áp suất atm): Thể tích CH4 đơn vị thể Thể tích CH4 (l) tích khí (ppm=μl/l) Ngày thứ Van Lần 0,04137 344,20 Lần 0,04178 347,63 Lần 0,04059 337,67 Van Lần 0,04041 336,15 Lần 0,04098 340,97 Lần 0,04162 346,23 Van Lần 0,04273 355,48 Lần 0,04207 349,97 Lần 0,04208 350,11 Van Lần 0,04285 356,51 Lần 0,04179 347,68 Lần 0,04269 355,19 Ngày thứ hai Van Lần 0,03947 328,35 Lần 0,04555 378,95 Lần 0,04442 369,53 Van Lần 0,04526 376,54 0,04605 383,11 Lần 0,04268 355,10 Lần Van Lần 0,05759 479,08 Lần 0,04787 398,29 Lần 0,05255 437,18 Van Lần 0,05136 427,28 Lần 0,05291 440,21 Lần 0,05584 464,52 16 Ngày thứ ba Van Van Van Van Ngày thứ tư Van Van Van Van Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 0,04348 0,04347 0,04278 0,04121 0,04102 0,04359 0,05170 0,04792 0,05268 0,05023 0,05061 0,04571 0,03888 0,04123 0,03021 0,03136 0,04151 0,04101 0,04461 0,04254 0,04421 0,04370 0,04304 0,04311 361,77 361,68 355,91 342,83 241,28 362,61 430,10 398,63 438,24 417,89 421,04 380,30 323,45 343,03 334,55 344,10 345,37 341,18 371,10 353,92 367,78 363,57 358,07 358,67 Cùng với cơng thức đây, ta tính lượng khí methane phát thải: CH4 tốc độ phát thải [mol CH4/min] = CH4 [ppm/min] * 10-6 [ppm-1]* V * 1/(R*T) Trong V thể tích khí mơ hình thí nghiệm (l) R số khí lý tưởng, tính 0,08205 liter-atm (K-1 mol-1) T nhiệt độ tính theo thang độ Kelvin (K) CH4 tốc độ phát thải [mg CH4/d] = CH4 tốc độ phát thải [mol CH4/min] * 16000 [mg CH4 mol-1]* 1440[min/d] 17 Phần IV: KẾT LUẬN Qua thực đề tài, nhóm nghiên cứu thu kết sau - Làm quen với việc tìm hiểu vấn đề, cách giải vấn đề nghiên cứu khoa học thực nghiệm - Tìm hiểu hiệu ứng khí nhà kính gây khí methane dẫn đến nóng lên khí hậu tồn cầu Liệt kê nguồn phát sinh khí methane tự nhiên, đặc biệt Việt Nam việc trồng lúa nước - Để hạn chế ảnh hưởng việc phát thải khí methane, cụ thể tìm cách hấp thụ khí methane sinh ruộng lúa nước, nhóm nghiên cứu tìm hiểu phương pháp vi sinh sử dụng chủng vi khuẩn MOB có khả hấp thụ khí methane Nhóm tiến hành thí nghiệm Viện vi sinh vật cơng nghệ sinh học, sau tính tốn khối lượng khí CH4 phát thải sau: - Mô hình thí nghiệm: 56,01329 mg CH4/h - Mơ hình đối chứng: 62,80376 mg CH4/h → Như thấy, trung bình giờ, lượng khí methane mơ hình thí nghiệm thấp lượng khí methane mơ hình đối chừng ~ 6,79 mg CH 4/h (tương đương khoảng 11% khối lượng CH4 phát thải giảm xuống) Các kết thí nghiệm chứng tỏ - Việc bổ sung vi khuẩn MOB vào đất trồng lúa có tác động rõ rệt đến việc giảm phát thải khí methane, cụ thể đo từ 11 – 20% - Kết bước đầu cho thấy tiềm ứng dụng MOB thành phần phân vi sinh cho công nghệ canh tác lúa có mức phát thải methane thấp, bổ sung thêm độ màu cho đất, giảm bớt lượng phân đạm cần bón, giúp tiết kiệm chi phí chăm sóc lúa Hướng nghiên cứu đề tài Tiếp tục làm thí nghiệm mẫu có kích thước lớn, gần với điều kiện sinh trưởng lúa tự nhiên, thời gian theo dõi đo đạc lâu để đánh giá xác tác động tích cực việc bổ sung MOB chủng BG3 vào đất trồng lúa 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tình hình phát thải khí Metan (CH4) hoạt động canh tác lúa nước khu vực đồng sông Hồng – Nguyễn Hữu Thành, Nguyên Đức Hùng, Trần Thị Lệ Hà, Nguyễn Thọ Hồng (Tạp chí Khoa học Phát triển 2012: Tập 10, số 1: 165 – 172 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI) A History of Methanotrophy – Chris Anthony – University of Southampton, Southampton, SO17 1BJ, UK 19 ... đầu tìm hiểu khả ứng dụng vi khuẩn MOB vào giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa Vi? ??t Nam 1.2 Vi khuẩn oxy hóa khí methane 1.2.1 Lịch sử phát nghiên cứu MOB Vi khuẩn oxy hóa methane hiếu khí,... methane, nghiên cứu đề cập đến ứng dụng vi khuẩn MOB cho mục đích giảm phát thải khí methane từ đất trồng lúa, tăng khả kiểm sốt khí methane phát thải vào mơi trường Vi khuẩn MOB có mặt rộng rãi phổ... lượng CH4 phát thải giảm xuống) Các kết thí nghiệm chứng tỏ - Vi? ??c bổ sung vi khuẩn MOB vào đất trồng lúa có tác động rõ rệt đến vi? ??c giảm phát thải khí methane, cụ thể đo từ 11 – 20% - Kết bước