Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật phân hủy xác cá tra để chế biến thành phân hữu cơ sinh học phục vụ nông nghiệp

MỞ ĐẦU Hiện nay, sự phát triển của nền nông nghiệp nước ta đang đi vào mức độ thâm canh cao với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật hóa học và các loại

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN C ỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT PHÂN H ỦY XÁC CÁ TRA ĐỂ CHẾ BIẾN THÀNH PHÂN H ỮU CƠ SINH HỌC PHỤC

V Ụ NÔNG NGHIỆP

Thành phố Hồ Chí Minh - 2011

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN C ỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT PHÂN H ỦY XÁC CÁ TRA ĐỂ CHẾ BIẾN THÀNH PHÂN H ỮU CƠ SINH HỌC PHỤC

V Ụ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Vi sinh v ật

Mã s ố: 604240

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUY ỄN ĐĂNG NGHĨA

Thành phố Hồ Chí Minh - 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi Những số liệu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc cụ thể, rõ ràng Các kết quả của luận văn do tác giả thực hiện nghiên cứu và chưa được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào

Lê Thị Thảo Sương

Để hoàn thành luận văn này tôi xin gửi lời cảm ơn

chân thành và sâu sắc nhất tới TS Nguyễn Đăng Nghĩa, người thầy luôn quan tâm hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và động viên tôi trong những lúc khó khăn nhất Tuy có lúc Thầy rất nghiêm khắc nhưng tôi vẫn luôn coi đó là động lực

để tôi phấn đấu hơn nữa

Tôi cũng xin được chân thành cảm ơn TS Đồng Thị Thanh Thu, tuy cô không phải là người hướng dẫn cho tôi nhưng cô đã chỉ bảo tôi rất nhiều khi tôi gặp khó khăn trong quá trình thực nghiệm

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cô Trần Thanh Thủy và các

Cô thuộc phòng thí nghiệm trường Đại học sư phạm TPHCM cùng các anh chị học viên Cao học K.18, K.19 đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành các bước thí nghiệm

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình anh Nguyễn Tiến Thành, tổ 6B, Khu phố 3, phường Thới An, Quận 12 đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực nghiệm đề tài

Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người luôn động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập cũng như làm đề tài nghiên cứu

MỤC LỤC

2

L ỜI CAM ĐOAN2 3

2

M ỤC LỤC2 4

2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN2 7

2

MỞ ĐẦU2 8

2

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU2 10

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN2 32

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

K ẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ2 51

2

2

2

TÀI LI ỆU THAM KHẢO2 53

PH Ụ LỤC 57

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

EM : effective microorgannic

HTX: hợp tác xã

KH & CN: Khoa học và công nghệ

VSV: vi sinh vật

PHCVS: phân hữu cơ vi sinh

PHCVSVCN: phân hữu cơ vi sinh vật chức năng

HCSH: hữu cơ sinh học

ĐBSCL: đồng bằng sông Cửu Long

CT: công thức

ĐC: đối chứng

TBKH: tiến bộ khoa học

NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

MỞ ĐẦU

Hiện nay, sự phát triển của nền nông nghiệp nước ta đang đi vào mức độ thâm canh cao với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật hóa học và các loại nông dược nhằm mục đích khai thác, chạy theo năng suất và sản lượng Chính vì vậy, với sự canh tác trên đã làm cho đất đai ngày càng thoái hóa, dinh dưỡng bị mất cân đối, mất cân bằng hệ sinh thái trong đất, hệ vi sinh vật trong đất bị phá hủy, tồn dư các chất độc hại trong đất ngày càng cao, nguồn bệnh tích lũy trong đất càng nhiều dẫn đến phát sinh một số dịch hại không dự báo trước

Chính vì vậy, xu hướng quay trở lại nền nông nghiệp hữu cơ với việc tăng cường sử

dụng chế phẩm sinh học, phân bón hữu cơ trong canh tác cây trồng đang là xu hướng chung của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung Việc sử dụng phân bón hữu cơ (hữu

cơ truyền, hữu cơ sinh học, hữu cơ-khoáng, hữu cơ vi sinh) không những giải quyết được

các vấn đề về thoái hóa đất, tránh được ô nhiễm môi trường mà còn mang lại năng suất kinh tế cao cho nền kinh tế nông nghiệp và là tiền đề để có thể “phát triển bền vững”

Trước thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật phân hủy xác cá Tra để

ch ế biến thành phân hữu cơ sinh học phục vụ nông nghiệp” là cần thiết để góp phần

trong việc xử lý ô nhiễm môi trường đồng thời tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế để phục

vụ cho nông nghiệp

Qua đề tài này, chúng tôi hy vọng có thể mở ra một hướng mới trong việc phát triển dòng phân bón hữu cơ sinh học để ứng dụng vào trong phát triển nông nghiệp

U

Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

 Khắc phục hiện trạng ô nhiễm trong quá trình nuôi thâm canh cá Tra Khai thác và

tận thu các phế phụ phẩm trong nuôi và chế biến để sản xuất phân hữu cơ sinh học phục vụ nông nghiệp

 Tiết kiệm được ngoại tệ từ việc góp phần giảm lượng phân bón hóa học nhập khẩu

 Góp phần xử lý ô nhiễm môi trường do sử dụng chất thải trong nuôi trồng và chế biến thủy sản Giảm nguồn lây lan dịch bệnh do việc thu gom và xử lý xác cá chết trong các ao nuôi

 Chế phẩm phân hữu cơ sinh học được sử dụng tại địa phương làm tăng độ phì nhiêu cho đất, phục vụ cho các qui trình canh tác theo tiêu chuẩn GAP, tăng hiệu quả sản xuất nông nghiệp theo hướng bền vững

U

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

• UMục tiêu chungU:

- Sử dụng các chế phẩm Vi sinh hữu hiệu để phân hủy xác cá Tra tạo thành sản phẩm phân bón hữu cơ sinh học phục vụ nông nghiệp Góp phần tái sử dụng các phế phụ liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng nông sản

• UMục tiêu cụ thểU:

- Sử dụng một số chế phẩm EM để phân hủy xác cá Tra trong điều kiện háo

khí

- Xác định được loại chế phẩm phù hợp cho hiệu quả phân hủy cao trong điều

kiện háo khí

- Xây dựng qui trình chế biến xác cá Tra thành phân bón hữu cơ sinh học chất

lượng cao phục vụ canh tác cây trồng

- Khảo nghiệm đánh giá hiệu lực của phân bón chế biến từ xác cá Tra sau

phân hủy trên cây rau ăn lá THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:

- Thời gian: tháng 1/2009 đến tháng 7/2011

- Địa điểm: Đề tài được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Chuyển giao

TBKT Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam, số

12 Nguyễn Chí Thanh, phường 2, quận 10, TP/ Hồ Chí Minh

1

1.1 Phân bón và vai trò của phân bón trong phát triển nông nghiệp

2

1.1.1 Khái niệm phân hữu cơ sinh học

Phân hữu cơ sinh học là loại phân bón sử dụng quá trình lên men vi sinh vật để hoạt hóa than bùn (rác thải) rồi trộn với các phân bón hóa học (N, P, K), các nguyên tố vi lượng, trung lượng cùng các chất điều hòa kích thích tăng trưởng cho cây trồng.[1]

2

1.1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển phân bón và xu thế cân đối dinh dưỡng trong nông nghiệp

Trên thế giới, lịch sử nghiên cứu và sử dụng phân bón đã có từ rất lâu đời và được bắt đầu từ phân hữu cơ Tại Trung Quốc, 1.500 năm trước công nguyên, người ta đã sử dụng cỏ, thân lá cây đậu và sau đó là phân chuồng để bón ruộng Đến tận thế kỷ 18 loài người vẫn cho rằng cây hút thức ăn từ mùn trong đất vì vậy chỉ cần bón phân hữu cơ cho cây [2]

Ở Châu Âu, ngay đầu thế kỷ thứ nhất đã có nhiều nghiên cứu về phân bón Một số học giả đã đưa ra các thuyết khác nhau về “nguồn thức ăn”cho cây, trong đó có thạch cao, muối, nước, đất, mùn, không khí,…

Đến năm 1840, nhà bác học người Đức - Liebig đã xuất bản cuốn sách nổi tiếng

“Hóa học áp dụng trong ngành canh tác và sinh lý”, được dịch ra nhiều thứ tiếng trên thế giới Học thuyết của Liebig bác bỏ thuyết mùn mà khẳng định vai trò của muối khoáng trong dinh dưỡng thực vật, đồng thời đề ra lý thuyết cần thiết phải bón trả lại tất cả những chất khoáng mà cây trồng đã lấy đi mới đảm cho thu hoạch mùa màng Việc khẳng định phân hữu cơ không cung cấp trực tiếp dinh dưỡng cho cây mà phải gián tiếp qua các chất khoáng - sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ đã tạo ra tiền đề vững chắc cho các công trình nghiên cứu sau này, làm bùng nổ nền công nghiệp phân bón hóa học trên toàn thế giới Theo FAO, nhu cầu sử dụng phân hóa học tăng lên với tốc độ vũ bão [2] Năm 1905, cả thế giới mới sử dụng 1,4 triệu tấn NPK thì đến các năm 1990 lượng phân hóa học đã sử dụng tới 138 triệu tấn, năm 2000 là 144 triệu tấn, năm 2005 là 150 triệu tấn và hiện nay nhu cầu sử dụng phân hóa học của thế giới lên tới 200 triệu tấn [2]

1.1.3 Giá trị của phân bón hữu cơ sinh học

Sử dụng phân hữu cơ sinh học nghĩa là cùng lúc đưa vào đất canh tác 3 loại

phân: phân hóa học, phân hữu cơ, phân vi sinh Ngoài ra nó còn được bổ sung đầy đủ các nguyên tố, các hoạt chất quan trọng mà cây trồng và đất thiếu, từ đó điều chỉnh được hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với từng loại cây trồng trên mỗi vùng đất canh tác khác nhau.[1]

Ngoài ra, việc sử dụng phân bón hữu cơ sinh học có thể duy trì và tăng độ phì nhiêu của đất trồng về mặt dài hạn, giảm đến mức tối thiểu các loại ô nhiễm do kết quả

của sản xuất nông nghiệp gây ra [1]

Như vậy, có thể thấy rằng, việc sử dụng phân bón hữu cơ sinh học vừa đảm bảo nhu cầu phát triển bền vững trong khi vẫn đảm bảo khả năng duy trì năng suất cây

trồng

2

1.1.4 Một số phân hữu cơ sinh học đã được sản xuất

4

Trên thế giới, các loại phân hữu cơ vi sinh (PHCVS) được sử dụng ngày càng nhiều

do làm tăng năng suất, giảm chi phí phân khoáng, cải thiện độ phì nhiêu đất và đặc biệt làm tăng chất lượng nông sản

PHCVS là loại phân bón mà thành phần chủ yếu là chất hữu cơ và có chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật sống có ích ở mật số trên 10P

6

PCFU/gam phân Ở những nước

có nền nông nghiệp tiến bộ, xu hướng hiện nay là sử dụng những loại PHCVS vừa có hàm lượng hữu cơ cao vừa chứa nhiều chủng VSV có ích để đồng thời giải quyết được nhiều mục tiêu trong nền nông nghiệp hiện đại Ở Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc

đã nghiên cứu sản xuất được những loại PHCVS cao cấp, thành phần chính ngoài chất hữu cơ có chất lượng cao, nhiều chủng vi sinh vật (VSV) có ích còn giàu dinh dưỡng, chất kháng sinh và các hoạt chất sinh học (NPK, trung lượng, vi lượng và các hoạt chất sinh học).[2]

Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm 1896 và được đặt tên là Nitragin Sau đó phát triển sản xuất tại một số nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và Thụy Điển (1914) [45]

Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizolium do Beijerink phân lập năm

1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để bón cho các loại cây thích hợp họ đậu

Từ đó cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm ứng dụng và mở rộng việc sản xuất các loại phân bón vi sinh cố định nitơ mà thành phần còn được phối hợp thêm một số vi sinh vật có ích khác như một số xạ khuẩn cố định nitơ sống tự do Frankia spp,

Azotobacter spp, các vi khu ẩn cố định nitơ sống tự do Clostridium, Pasterium,

Beijerinkiaindica, các xạ khuẩn có khả năng giải cellulose, hoặc một số chủng vi sinh vật

có khả năng chuyển hóa các nguồn dự trữ phospho và kali ở dạng khó hoà tan với số lượng lớn có trong đất mùn, than bùn, trong các quặng apatit, phosphoric v.v chuyển chúng thành dạng dễ hoà tan, cây trồng có thể hấp thụ được [45]

Ở Việt Nam, phân VSV cố định đạm cây họ đậu và phân VSV phân giải lân đã được nghiên cứu từ năm 1960 Đến năm 1987, phân Nitragin trên nền chất mang than bùn mới được hoàn thiện Năm 1991 đã có hơn 10 đơn vị trong cả nước tập trung nghiên cứu phân vi sinh vật Các nhà khoa học đã phân lập được nhiều chủng vi sinh vật cố định đạm

và một số VSV phân giải lân [44]

Hiện nay, nhiều loại phân hữu cơ vi sinh đã được nghiên cứu sản xuất và được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là tiến bộ kỹ thuật Theo ước tính của Cục Trồng trọt, lượng phân hữu cơ vi sinh sản xuất trong năm 2008 có trên 100 loại với khoảng 1,2 triệu tấn, bước đầu tham gia vào sản xuất nông nghiệp theo hướng hữu cơ Thị trường cho các sản phẩm dạng này đang dần được mở rộng, trong đó ứng dụng nhiều nhất là các vùng đất cơ giới nhẹ, các vùng trồng rau tập trung như Lâm Đồng, vùng ven

Hà Nội và những vùng trồng các loại cây có giá trị kinh tế cao như cà phê, hồ tiêu, thanh long Có thể ví dụ một kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước KC.04.04, được công nhận là tiến bộ kỹ thuật, cho phép ứng dụng trong sản xuất theo Quyết định số 2421/QĐ/BNN-KHCN ngày 17/8/2004 Sản phẩm của đề tài có tên là Phân hữu cơ vi sinh vật chức năng (PHCVSVCN) PHCVSVCN được sản xuất theo một quy trình chặt chẽ từ nguyên liệu là hữu cơ động vật, phụ phế phẩm của công nghiệp chế biến cà phê với tổ hợp vi sinh vật chức năng đậm đặc (mật độ VSV hữu hiệu từ 10P

6

P

-10P

7

P

VSV/g phân),

gồm các VSV cố định đạm, VSV phân giải lân, VSV tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật và VSV đối kháng vi khuẩn và nấm bệnh vùng rễ cây trồng Các kết quả nghiên cứu đã kết luận sử dụng PHCVSVCN cung cấp N, P cho cây, tăng khả năng trao đổi chất trong cây, tiết kiệm được phân khoáng, cải thiện độ phì nhiêu đất, giảm đầu tư phân hoá học và hạn chế rõ rệt một số bệnh vùng rễ do nấm và vi khuẩn gây ra, đặc biệt là bệnh do Phytophthora.[2]

- Công ty Donall từ năm 1989 đã sản xuất tại Thành phố Hồ Chí Minh phân sinh học trên nền than bùn với thương hiệu là Komic

Các loại phân được sản xuất chuyên dùng cho cây mía, cà phê, cao su được bán

rộng rãi trên thị trường [4]

* Hi ệu quả của phân hữu cơ vi sinh lên năng suất và chất lượng cây trồng

- Tính toán hiệu quả kinh tế từ một số nghiên cứu ban đầu cho các vùng trồng tiêu ở Đông Nam Bộ cho thấy sử dụng PHCVSVCN với lượng từ 2-4 kg/nọc sẽ giảm được

25-40 kg N, 25-35 kg PR 2 ROR 5 R, giảm tỷ lệ bệnh héo rũ từ 16,5% xuống còn 5%, năng suất tiêu tăng hơn so với chỉ bón phân hoá học từ 7-15%, lợi nhuận 12,3 triệu đồng đối với cà phê.[2]

- Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KC.04.04 thì sử dụng PHCVSVCN có hiệu

quả rõ rệt với nhiều loại cây trồng, trong đó có cây cà phê ở Đông Nam Bộ.[ 2]

- Kết quả nghiên cứu bón PHCVSVCN cho thấy: trên cây khoai tây bón PHCVSVCN bằng 1/10 lượng phân chuồng nhưng năng suất khoai tây tăng 16,67%-19,27%, đồng thời giảm tỷ lệ bệnh héo xanh từ 21,45% xuống dưới 10% Trên cây cà chua (tại Vĩnh Phúc) bón PHCVSVCN, năng suất cà chua tăng 20,5%, tỷ lệ bệnh héo xanh giảm từ 33,5% xuống còn 24,1% Trên cây lạc tại tỉnh Hòa Bình, bón PHCVSVCN thay thế được 20% lượng đạm, năng suất vẫn cao hơn đối chứng đồng thời giảm rõ rệt tỷ

lệ cây bị bệnh [2]

- Năng suất trái dưa leo trồng tại Thốt Nốt biến động trong khoảng 15,2 – 19,8 tấn/ha Sử dụng phân hữu cơ vi sinh bã bùn mía, kết hợp nấm Trichoderma-ĐHCT

(BBM-Trico) 15 tấn/ha kết hợp tưới dung dịch N cấp II vẫn giữ được năng suất không

khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức nông dân mặc dù nông dân sử dụng rất nhiều

lượng phân hoá học Mặc dù năng suất có thấp hơn nhưng các nghiệm thức sử dụng hoàn toàn phân hữu cơ vi sinh mang lại kết quả trong thực tế sản xuất cho vùng thâm canh rau màu là rất lớn, giúp giảm 300 kg Urê, 1000 kg Super P và 250 kg KCl so với bón phân vô cơ theo nông dân Với kết quả này cho thấy hiệu quả rõ ràng về hiệu quả

và tiềm năng của việc sử dụng hoàn toàn phân hữu cơ vi sinh (BBM-Trico) kết hợp với dung dịch vi khuẩn cố định đạm Gluconacetobacter diazotrophicus vào sản xuất rau màu là có triển vọng trong việc nâng cao năng suất cũng như phẩm chất do hoàn toàn không sử dụng phân hóa học [7]

4

1.1.4.2 Phân lân vi sinh

Hàm lượng lân tổng số trong nhiều loại đất Việt Nam khá cao, nhất là đất đỏ bazan, nhưng hầu hết các đất lại nghèo lân dễ tiêu Các nguồn lân hữu cơ trong đất và lân vô cơ bón vào đều cần thiết có sự tham gia phân giải của VSV mới trở lên hữu dụng VSV phân

giải lân vô cơ khó tan thường gặp là Pseudomonas, Agrobacterium, Micrococus,… Hiện

nay, nhiều phòng thí nghiệm VSV trong nước đã phân lập được một số chủng VSV phân giải lân có hoạt lực cao ứng dụng trong sản xuất phân lân vi sinh Tuy nhiên có thể nguồn phân lân vô cơ trong nước khá dồi dào và giá không cao nên nông dân chưa thực sự quan tâm đến phân lân vi sinh bằng các loại phân VSV khác [2]

2

1.1 5 Một số vấn đề về sản xuất và ứng dụng phân bón vi sinh tại Việt Nam

Phân bón có vai trò hết sức quan trọng đối với tăng năng suất cây trồng, phẩm

chất nông sản, góp phần quan trọng về bảo đảm an ninh lương thực, tăng sản phẩm trồng trọt để xuất khẩu Do vậy giải pháp tăng hiệu quả sử dụng phân bón, giảm chi phí

là rất quan trọng Theo tính toán của Bộ Nông nghiệp, tuỳ theo đất, mùa vụ và cây trồng, phân bón chiếm tỷ lệ từ 30-50% giá thành sản phẩm trồng trọt Do vậy, việc tăng cường chỉ đạo hướng dẫn sử dụng hiệu quả phân bón thông qua các biện pháp tăng

hiệu suất sử dụng phân bón cho cây trồng sẽ góp phần tích cực vào việc hạ giá thành sản xuất, góp phần cải thiện chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm nông sản và hạn chế ô nhiễm môi trường Với định hướng này, phát triển sản xuất phân bón VSV có chất lượng cao nhằm thay thế từ 20-30% lượng phân vô cơ là cần thiết và khả thi

Mặc dù hiện tại đã có khá nhiều sản phẩm phân vi sinh sản xuất ở trong nước, nhưng một mặt do nông dân ưa sử dụng phân hóa học, mặt khác máy móc thiết bị, điều