Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh xử lý rơm rạ ứng dụng làm phân bón hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HOÀI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH XỬ LÝ RƠM RẠ ỨNG DỤNG LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số: 60 42 80 Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Thế Trang 2. TS. Nguyễn Văn Giang HÀ NỘI - 2012 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thế Trang, Viện Công nghệ Sinh học và TS. Nguyễn Văn Giang, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Sinh học và Viện Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn tập thể khoa học Phòng Công nghệ vật liệu sinh học, Viện Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp. Nhân dịp này tôi xin cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Ứng dụng tiến bộ Khoa học và Công nghệ - Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bắc Giang, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Trạm Khuyến nông huyện Tân Yên, Uỷ ban Nhân dân xã Quế Nham huyện Tân Yên cùng bà con nông dân thôn Tiền Đình, xã Quế Nham, huyện Tân Yên, tỉnh Bắc Giang đã tạo điều kiện cho tôi được thực hiện các nghiên cứu ứng dụng. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn./. Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2012 Nguyễn Thị Hoài Phương Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2012 Tác giả Nguyễn Thị Hoài Phương Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục các bảng vii Danh mục các hình vẽ, đồ thị viii I. MỞ ĐẦU 1 II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. Tình hình ô nhiễm rác thải hữu cơ trên thế giới và ở Việt Nam 3 2.1.1. Tình hình ô nhiễm và xử lý rác thải hữu cơ trên thế giới 3 2.1.2. Tình hình nghiên cứu xử lý rác thải hữu cơ ở Việt Nam 5 2.2. Thành phần rác thải hữu cơ và vi sinh vật phân hủy 17 2.2.1. Các hydratcacbon trong rác thải 17 2.2.2. Protein trong rác thải 23 2.2.3. Lipit trong rác thải 23 2.3. Ứng dụng vi sinh vật xử lý phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón 23 2.3.1. Các loại vi sinh vật được chọn để tạo chế phẩm 23 2.3.2. Tiêu chí chọn vi sinh vật phù hợp tạo chế phẩm 25 2.3.3. Hoạt động của vi sinh vật trong khối ủ 25 2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ủ 26 2.4. Phân hữu cơ và vai trò của phân hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp 27 2.4.1. Các loại phân bón hữu cơ 27 2.4.2. Lợi ích của phân hữu cơ 28 2.4.3. Hiện trạng sử dụng phân bón trong sản xuất nông nghiệp 29 2.4.4. Các nghiên cứu về hiệu quả của phân hữu cơ đối với cây trồng 32 III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 37 3.1. Vật liệu nghiên cứu 37 3.1.1. Các chủng giống vi sinh và vật liệu nghiên cứu 37 3.1.2. Các loại hóa chất, thiết bị và môi trường sử dụng trong nghiên cứu 37 3.2. Phương pháp nghiên cứu 38 3.2.1. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật 38 3.2.2. Phương pháp lên men, tạo chế phẩm xử lý rác thải hữu cơ 43 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… iv 3.2.3. Ứng dụng chế phẩm trong xử lý rác thải hữu cơ 44 3.2.4. Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ từ rơm rạ đối với cây lúa và cây cà chua 47 3.2.5. Phương pháp xử lý số liệu 48 IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 4.1. Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật nghiên cứu 49 4.1.1. Đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn nghiên cứu 49 4.1.2. Đặc điểm sinh học của các chủng xạ khuẩn nghiên cứu 54 4.1.3. Khả năng đối kháng giữa các chủng nghiên cứu 56 4.2. Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ làm phân hữu cơ 56 4.2.1. Lên men tạo chế phẩm xử lý rác thải hữu cơ 56 4.2.2. Biến động vi khuẩn và xạ khuẩn trong chế phẩm theo thời gian 56 4.3. Ứng dụng chế phẩm vi sinh trong xử lý rơm rạ tại đồng ruộng thành phân bón hữu cơ 58 4.3.1. Xử lý phế thải rơm rạ tại đồng ruộng 58 4.3.2. Biến động nhiệt độ của đống ủ 58 4.3.3. Biến động chiều cao đống ủ 60 4.3.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm phân hữu cơ từ rơm rạ sau khi ủ 61 4.3.5. Xây dựng quy trình xử lý rơm rạ làm phân hữu cơ 62 4.4. Ứng dụng phân bón hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây lúa và cây cà chua 64 4.4.1. Ứng dụng phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây lúa 64 4.4.2. Ứng dụng phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây cà chua 70 4.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế sử dụng phân bón hữu cơ từ rơm rạ 73 4.5.1. Hiệu quả kinh tế sử dụng phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho lúa 73 4.5.2. Hiệu quả kinh tế của phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây cà chua 74 V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 76 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVTV Bảo vệ thực vật cs Cộng sự CT Công thức ĐC Đối chứng ĐN Đẻ nhánh HCRR Hữu cơ rơm rạ KTC Kết thúc chín KTĐN Kết thúc đẻ nhánh KTT Kết thúc trỗ NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn NSLT Năng suất lý thuyết TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TGST Thời gian sinh trưởng TN Thí nghiệm VSV Vi sinh vật Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… vi Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 Thành phần hóa học của rơm rạ 6 2.2 Các nguồn biomass chính ở Việt Nam năm 2000 7 2.3 Ước lượng rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng ở các tỉnh vùng ĐBSH năm 2010 11 4.1 Đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn 50 4.2 Khả năng sử dụng cơ chất theo Kit API 50 CHB của chủng TD02 và TD04 so sánh với loài trong bảng Index của Kit 52 4.3 Đặc điểm sinh học của các chủng xạ khuẩn 55 4.4 Biến động vi khuẩn và xạ khuẩn trong chế phẩm 57 4.5 Bảng biến động nhiệt độ của đống ủ 59 4.6 Độ giảm chiều cao của đống ủ so với ban đầu 60 4.7 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của sản phẩm sau ủ 62 4.8 Các chỉ tiêu sinh trưởng phát triển của cây lúa vụ mùa năm 2011 tại thôn Tiền Đình, xã Quế Nham, huyện Tân Yên 65 4.9 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa 66 4.10 Các yếu tố sinh trưởng của cây lúa tại thời điểm 10 tuần sau cấy 67 4.11 Các yếu tố cấu thành năng suất 68 4.12 So sánh ruộng đối chứng và ruộng thí nghiệm 69 4.13 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của cây cà chua 71 4.14 Các yếu tố cấu thành năng suất của cây cà chua 72 4.15 Hiệu quả kinh tế của phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho lúa 74 4.16 Hiệu quả kinh tế của phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cà chua 75 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Tên hình Trang 2.1 Đốt rơm rạ cạnh đường giao thông 13 2.2 Hình ảnh hợp chất cao phân tử xenluloza 18 2.3 Sơ đồ thuỷ phân xenluloza bởi phức hệ xenlulaza G- glucoza 19 2.4 Các đơn vị cơ bản của lignin 21 2.5 Cấu tạo pectin 22 4.1 Hình dạng khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn để sản xuất chế phẩm 49 4.2 Ảnh sử dụng Kit chuẩn CHB của chủng vi khuẩn sau 48 giờ 51 4.3 Hình dạng khuẩn lạc và tế bào xạ khuẩn dùng để sản xuất chế phẩm 54 4.4 Chế biến phế thải rơm rạ tại đồng ruộng 58 4.5 Biến động nhiệt độ đống ủ của các công thức thực nghiệm 59 4.6 Độ giảm chiều cao của đống ủ so với ban đầu 60 4.7 Phân hữu cơ rơm rạ thu được sau khi ủ 61 4.8 Sơ đồ quy trình xử lý rơm rạ làm phân hữu cơ 63 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… 1 I. MỞ ĐẦU Các loại cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng, sau khi thu hoạch đã lấy đi của đất nguồn dinh dưỡng rất lớn. Một phần dinh dưỡng đó nằm trong sản phẩm thu hoạch phục vụ con người, phần không nhỏ còn lại nằm trong phế thải nông nghiệp. Hiện nay các phế thải nông nghiệp mà chủ yếu là rơm rạ thường được người nông dân đốt ngay tại đồng ruộng, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến người, gia súc, gia cầm và các cây trồng khác, làm mất đi vĩnh viễn nhiều nguyên tố quan trọng mà cây trồng đã lấy đi từ đất, đặc biệt là cacbon. Tình trạng này tiếp diễn cùng với sự lạm dụng phân hoá học sẽ làm cho đất ngày càng cằn cỗi và chai cứng. Việt Nam là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn năm 2011, diện tích gieo trồng lúa cả năm ước đạt hơn 7.651,4 nghìn ha, đạt sản lượng 42,3 triệu tấn [4]. Tương ứng với diện tích gieo trồng đó, lượng rơm rạ sản xuất ra hàng năm ít nhất là 45,6 triệu tấn. Với lượng rơm rạ lớn cần thiết phải có hướng xử lý thích hợp để vừa tránh gây ô nhiễm môi trường, vừa đem lại lợi ích kinh tế. Trong nhiều biện pháp xử lý đã được áp dụng thì xử lý rơm rạ làm phân bón hữu cơ là một biện pháp có nhiều ưu điểm hơn cả. Việc xử lý rơm rạ sau thu hoạch làm phân bón ngoài tác dụng giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khói bụi đốt rơm còn tạo ra được lượng lớn phân bón hữu cơ chất lượng tốt để bón cho các loại cây trồng, góp phần hạn chế việc lạm dụng phân hoá học và thuốc hoá học trên đồng ruộng mà vẫn đảm bảo được năng suất, nâng cao chất lượng nông sản đồng thời dần lấy lại độ phì nhiêu cho đất, làm tăng hàm lượng các chất khoáng, tăng độ tơi xốp của đất, tăng hàm lượng vi sinh vật hữu hiệu trong đất, giảm thiểu các loại vi khuẩn có hại, các loại mầm mống sâu và bệnh hại. Đây là một giải pháp quan trọng trong việc tạo nên một nền nông nghiệp sạch và bền vững. [...]... triển chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ làm phân bón hữu cơ , với các mục tiêu và nội dung chính sau đây: Mục tiêu cơ bản của đề tài luận văn: - Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ làm phân bón - Hoàn thiện quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ trên đồng ruộng làm phân hữu cơ - Ứng dụng phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây lúa và cây rau - Đánh giá hiệu quả kinh tế của phân hữu cơ từ rơm rạ. .. trong sản xuất lúa và rau Nội dung nghiên cứu: - Đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất chế phẩm tại phòng thí nghiệm - Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý rác thải hữu cơ làm phân bón - Xử lý rơm rạ trên đồng ruộng thành phân bón hữu cơ - Ứng dụng phân bón hữu cơ từ rơm rạ trong sản xuất lúa và rau Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Đề tài góp phần bổ sung cơ sở lý. .. chỗ Chế phẩm vi sinh vật phân hủy rơm được nghiên cứu và sản xuất thành 2 dạng: dạng xử lý trực tiếp vào rơm và dạng hòa tan trong nước tưới hoặc phun trực tiếp vào rơm Thời gian để chế phẩm sinh học phân hủy rơm rạ là 5 ÷ 6 tuần sau khi xử lý Rơm rạ xử lý ở các thời điểm khác nhau khi được bón trả lại cho vụ mùa không ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cây lúa [14, 19] Như vậy, áp dụng các biện pháp sinh. .. Ngoài vi c dùng làm nấm, sản xuất phân bón hữu cơ, rơm, rạ còn dùng làm vật liệu xây dựng; làm bê tông siêu nhẹ, đệm lót vận chuyển hàng hóa dễ vỡ, vận chuyển hoa quả, v.v… Vi c sử dụng rơm, rạ cho sản xuất năng lượng, gồm nhiên liệu sinh khối rắn; nhiên liệu sinh học; đóng bánh Sản xuất bột giấy…là phương pháp tận dụng tối ưu Song thu gom, vận chuyển là rào cản lớn từ nghiên cứu triển khai đến sản xuất. ..Hiện nay đã có nhiều phương pháp để xử lý nguồn rơm rạ làm phân bón Tuy nhiên, biện pháp ủ tích cực có bổ sung các vi sinh vật để phân giải nhanh rơm rạ đang được nghiên cứu nhiều nhất, đã tạo ra nhiều loại chế phẩm có tác dụng phân giải nhanh rơm rạ Mỗi loại chế phẩm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng trong quá trình xử lý Trên cơ sở lý luận khoa học và ý nghĩa thực tiễn được trình... ở Vi n Lúa đồng bằng sông Cửu Long đã khai thác nấm Tricoderma, là nguồn vi sinh vật có khả năng phân hủy rơm rạ nhanh, hạn chế được sự phát triển của nấm bệnh khô vằn lưu tồn trong rơm rạ, để điều chế thành công chế phấm sinh học phân hủy rơm ra, tạo nguồn phân hữu cơ cho đất Nếu sử dụng 10kg chế phẩm cho 1ha rơm rạ sau thu hoạch thì trong khoảng thời gian 4 tuần sẽ tạo được khoảng 6 tấn phân hữu cơ. .. trong vi c nghiên cứu và sản xuất chế phẩm vi sinh vật phân giải xenluloza Đồng thời khẳng định vai trò của loại chế phẩm này đối với sản xuất nông nghiệp - Đưa ra một giải pháp hữu hiệu trong vi c xử lý nguồn rơm rạ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phế phụ phẩm nông nghiệp Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp………………… 2 - Tạo được nguồn phân bón hữu cơ tốt... và sinh học đã bắt tay vào nghiên cứu, khai thác các nguồn hữu cơ tự nhiên có từ hoạt động sản xuất nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi) và từ sinh hoạt của con người hàng ngày (ăn uống, chế biến, ) để tái chế thành phân bón hữu cơ Cùng với sự góp mặt của công nghệ sinh học, hàng vạn, hàng triệu tấn phế thải hữu cơ đã được xử lý tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2, nước và phân ủ Đã có rất nhiều nghiên cứu. .. (2007) trong nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý tàn dư tực vật trên đồng ruộng thành phân hữu cơ tại chỗ bón cho cây trồng trên đất phù sa sông Hồng” đã có kết luận: Cứ 1 tấn rơm rạ ủ thì cho ra 0,2 ÷ 0,25 tấn phân hữu cơ; 1 tấn thân là ngô sau khi ủ cho ra 0,3 ÷ 0,33 tấn phân hữu cơ; 1 tấn thân và lá khoai tây thu được 0,2 tấn phân ủ, 1 tấn các loại rau màu khác cho 1,15 ÷ 0,3 tấn phân ủ [12]... vật bổ sung vào quá trình ủ nhằm rút ngắn thời gian ủ rơm rạ làm phân bón hữu cơ [42, 44, 45, 52, 54] Ở nước ta, người nông dân đã sử dụng các chế phẩm sinh học để ủ rơm rạ làm phân hữu cơ Ví dụ tại Bình Giang, huyện trọng điểm lúa của Hải Dương, lượng rơm, rạ sau thu hoạch rất lớn Người ta dùng men vi sinh bổ sung vào quá trình ủ, tạo ra nguồn phân bón có chất lượng tốt, giảm được một nửa chi phí đầu . sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ trên đồng ruộng làm phân hữu cơ. - Ứng dụng phân hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây lúa và cây rau. - Đánh giá hiệu quả kinh tế của phân hữu cơ từ rơm rạ. triển chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ làm phân bón hữu cơ , với các mục tiêu và nội dung chính sau đây: Mục tiêu cơ bản của đề tài luận văn: - Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý rơm rạ làm phân bón. . sản phẩm phân hữu cơ từ rơm rạ sau khi ủ 61 4.3.5. Xây dựng quy trình xử lý rơm rạ làm phân hữu cơ 62 4.4. Ứng dụng phân bón hữu cơ từ rơm rạ bón cho cây lúa và cây cà chua 64 4.4.1. Ứng