Đa dạng về thành phần loài vi khuẩn lam (cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện hưng nguyên, tỉnh nghệ an

Đặt nền móng nghiên cứu tảo đất trong đó có VKL,với nhiều mặt của nó là Bristol - Roach 1920 và tiếp đó là hàng loạt côngtrình phân loại tảo lam của các nhà khoa học có tên tuổi khác khi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

ĐOÀN THỊ THANH HƯƠNG

ĐA DẠNG VỀ THÀNH PHẦN LOÀI VI KHUẨN LAM

(CYANOBACTERIA) TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA Ở MỘT SỐ XÃ

THUỘC HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN

Để thực hiện đề tài nghiên cứu của mình, tôi đã nhận được sự giúp đỡ

của nhiều tập thể và cá nhân Trước hết tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắcnhất đến GS TS Võ Hành Thầy đã trực tiếp định hướng và tận tình giúp đỡtôi rất nhiều cả về kiến thức và phương pháp nghiên cứu Tôi đã nhận được sựgiúp đỡ và những lời khuyên bổ ích của TS Nguyễn Lê Ái Vĩnh Các thầy côgiáo tại Bộ môn Thực vật, Bộ môn Sinh lý – Hoá sinh, Khoa Sinh học, PhòngĐào tạo Sau đại học (Trường Đại học Vinh); các cán bộ của Trung tâm khítượng thuỷ văn Bắc Trung Bộ, Phòng Nông Nghiệp huyện Hưng Nguyên(Nghệ An) đã nhiệt tình chỉ bảo và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốtthời gian học tập và hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn những

sự giúp đỡ quý báu đó

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè và đồngnghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong gian học tập và nghiên cứu

TP Vinh, tháng 10 năm 2012.

Học viên

Đoàn Thị Thanh Hương

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu về VKL trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu về VKL trên thế giới 3

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam 4

1.2 Vai trò của VKL đối với đất trồng 6

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của VKL trong đất 7

1.3.1 Đặc điểm phân bố của VKL trong đất 7

1.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL 7

1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 10

1.4.1 Đặc điểm tự nhiên 10

1.4.2 Điều kiện khí hậu 10

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 11

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 11

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu 11

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu 12

2.2 Phương pháp nghiên cứu 12

2.2.1 Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá 12

2.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu VKL trong đất 13

2.2.3 Phương pháp định loại loài VKL 14

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 17

3.1 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nông hóa của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 17

3.1.1 Độ pH 17

3.1.2 Độ ẩm 18

3.1.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu 19

3.1.4 Hàm lượng lân dễ tiêu 20

3.1.5 Hàm lượng kali tổng số 21

3.2 Vi khuẩn lam trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 22

3.2.1 Thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên 22

3.2.2 VKL cố định nitơ trong đất trồng lúa ở huyện Hưng Nguyên 27

3.2.3 VKL có tế bào dị hình trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên, Nghệ An.28 3.3 Sự phân bố của VKL và mối quan hệ với một số chỉ tiêu nông hóa trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 29

3.2.1 Sự biến động về thành phần và số lượng loài VKL qua các đợt thu mẫu 29

3.3.2 Mối quan hệ giữa đặc điểm nông hoá và thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 30

3.4 So sánh tính đa dạng về thành phần loài VKL trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) với một số nơi khác ở miền Trung 32

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33

* KẾT LUẬN 33

* ĐỀ NGHỊ 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

PHỤ LỤC 38

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu 11

Bảng 3.1 Độ pH đất ở các đợt thu mẫu 17

Bảng 3.2 Độ ẩm của đất qua các đợt thu mẫu 18

Bảng 3 3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất ở các đợt thu mẫu 19

Bảng 3 4 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các đợt thu mẫu trong đất 20

Bảng 3 5 Hàm lượng kali tổng số trong đất ở các đợt thu mẫu 21

Bảng 3.6 Danh mục VKL trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên 23

Bảng 3.7 Phân bố taxon bậc chi và bậc loài trong các họ đã gặp 26

Bảng 3.8 Biến động về thành phần loài và số lượng loài VKL qua các đợt thu mẫu .29

Bảng 3.9 Mối quan hệ giữa tính chất nông hoá thổ nhưỡng và thành phần loài phân bố ở các xã 31

DANH BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Độ pH ở các xã nghiên cứu 17

Biểu đồ 3.2 Độ ẩm giữa các xã nghiên cứu 18

Biểu đồ 3.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu giữa các xã nghiên cứu 19

Biểu đồ 3.4 Hàm lượng lân dễ tiêu giữa các xã nghiên cứu 20

Biểu đồ 3.5 Hàm lượng kali tổng số giữa các xã nghiên cứu 21

Biểu đồ 3.6 Tỷ lệ % sự phân bố taxon bậc loài trong các chi đã gặp 27

Biểu đồ 3.7 Số biến động về số lượng loài VKL qua các đợt thu mẫu 30

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ thu mẫu tại 6 xã của huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 12

Hình 3.1 Các loài có tế bào dị hình phát hiện trong đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An) 29

MỞ ĐẦU

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) thuộc nhóm vi sinh vật tiền nhân, có khảnăng quang tự dưỡng thải oxy Môi trường sống của chúng chủ yếu là đất vànước Chúng đóng vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái Một số vi khuẩnlam (VKL) có khả năng cố định nitơ phân tử góp phần tạo nên độ phì nhiêucho đất trồng

Ngoài việc cố định đạm cung cấp nitơ dễ tiêu cho cây trồng, VKL ởruộng lúa còn làm tăng hàm lượng oxi hoà tan do đó giảm được sự tích lũy vàkhử độc cho lúa Sự phát triển của VKL làm tăng khả năng giữ nước đối vớivùng đất khô hạn, tăng độ thoáng khí, cải tạo đất mặn và chua VKL tiết vàomôi trường các chất có hoạt tính sinh học kích thích sự sinh trưởng của câytrồng Điều đó cho thấy khả năng ứng dụng của VKL vào thực tiển sản xuất làrất lớn Chính vì thế VKL đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa họctrên thế giới, đặc biệt ở các vùng trồng lúa ở Châu Á như là Nhật Bản, TrungQuốc, Ấn Độ, Ai Cập

Ở nước ta cho đến nay việc nghiên cứu tảo đất chưa được chú ý nhiều sovới tảo sống trong môi trường nước Đã có một số công trình nghiên cứutrong các loại hình đất trồng: Vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), đấtSài Gòn, Đà Lạt, ngoại thành Hà Nội và phụ cận, đất trồng lúa huyện HoàVang (Đà Nẵng), huyện Thạch Hà (Hà Tĩnh), Tây Nguyên

Việc điều tra cơ bản các nhóm vi sinh vật sống trong môi trường đất,trong đó có VKL trên quan điểm phát huy và bảo vệ tính đa dạng của chúng

là vấn đề cần thiết trong chiến lược bảo vệ môi trường đất

Ở tỉnh Nghệ An nói chung và ở huyện Hưng Nguyên nói riêng chođến nay chưa có tác giả nào đi sâu nghiên cứu về VKL trong đất trồng lúa

Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Đa dạng vi khuẩn lam

(Cyanobacteria) trong đất trồng lúa ở một số xã thuộc huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An”.

Mục tiêu của đề tài nhằm điều tra thành phần loài VKL trong đất trồnglúa ở một số xã thuộc huyện Hưng Nguyên (Nghệ An).

Để đạt được mục tiêu trên, nhiệm vụ đặt ra là:

1 Đánh giá về dinh dưỡng của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên thôngqua việc phân tích một số chỉ tiêu nông hoá thổ nhưỡng

2 Xác định thành phần loài VKL có mặt trong đất trồng lúa

3 Tìm hiểu sự phân bố số lượng loài VKL trong mối quan hệ với một sốchỉ tiêu nông hoá thổ nhưỡng của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An)

Đề tài được tiến hành tại Bộ môn Thực vật học – Khoa Sinh học – TrườngĐại học Vinh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nghiên cứu về VKL trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Một số dẫn liệu nghiên cứu về VKL trên thế giới

Vi khuẩn lam đã được nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu từnhững năm đầu thập kỷ XIX (C.Agardh, 1824, Kuetzing, 1843) [24] Cácnghiên cứu chủ yếu tập trung về phân loại và quy luật phân bố của chúng, sau

đó đi sâu vào tìm hiểu các quá trình sinh lý, sinh hoá của VKL nhằm phục vụlợi ích của con người Đặt nền móng nghiên cứu tảo đất (trong đó có VKL),với nhiều mặt của nó là Bristol - Roach (1920) và tiếp đó là hàng loạt côngtrình phân loại tảo lam của các nhà khoa học có tên tuổi khác khiến cho trithức về tảo lam càng phong phú và đầy đủ

Geitler (1925, 1932), các nhà Liên Xô (cũ) tiếp tục theo hướng này(Gollerbax, Konsinski, Polianski, 1953) và gần đây nhất là của Kondratieva(1968) Ở vùng nhiệt đới, người đặt nền móng để nghiên cứu phân loại tảolam phải kể đến Frémy (1930) [24] Tại Mỹ, đã có nhiều công trình nghiêncứu khu hệ, phân loại, phân lập tảo đất đồng thời mô tả nhiều loại mới chokhoa học Điển hình là Drouet (1956, 1968, 1973, 1978, 1981) [theo 1] Nhàtảo học Ấn Độ Desikachary (1959) đã phản ánh phong phú các taxon tảo lamthường gặp tại khu vực khí hậu nóng ẩm và nhiều mưa [theo 1]

Song song với hướng nghiên cứu về phân loại học, các nhà khoa học trênthế giới đã nghiên cứu về sinh lý, sinh hoá của VKL và đặc biệt chú ý đếnnhững loài VKL khả năng cố định nitơ khí quyển

Ở nước Ý, Florenzano đã dành toàn bộ đời mình cho việc nghiên cứuđộng thái và nuôi trồng tảo đất khác nhau; tiến hành phân lập tảo thuầnkhiết; nghiên cứu một số loài tảo có khả năng cố định nitơ khí quyển, đồngthời nuôi trồng chúng để thu sinh khối nhằm sử dụng chúng trong việc cảitạo đất trồng trọt [theo 1]

Ở khu vực Châu Á, Nhật Bản và Ấn Độ là các nước đã đạt được nhữngthành tựu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu VKL ở trong đất, nhất là các công

trình nghiên cứu sinh thái, sinh lý, khả năng cố định nitơ và sử dụng chúngnhư nguồn phân bón sinh học vào cải tạo đất nông nghiệp nhằm tăng năngsuất cây trồng [29]

Ở các vùng khác nhau của Nam và Đông Á Watanabe (1959) [32] đãtíên hành nghiên cứu 851 mẫu đất, ông tìm thấy 46 loài có khả năng cố định

nitơ, chúng thuộc các chi: Tolypothrix, Nostoc, Cylindrospermum, Calothrix, Anabaena, Plectonema, Anabaenopsis và Schizothrix Ông cho biết VKL có

nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như Java, Xumatra, Borneo, Philippin,Malaxia, Đông Dương, Thái Lan, Hải nam, Đài Loan và Hoa Nam nhưng ítthấy ở Nhật Bản, Hoa Bắc, đông bắc Trung Quốc, Triều Tiên và Xakhalin.Hiện nay, trên thế giới đã biết đến hơn 125 loài vi khuẩn lam cố định Nitơ(VKLCĐN) Ở Mỹ, hãng Cyanotech còn sản xuất VKL dưới dạng phân bón từ

8 loài VKL sống trên mặt đất và có khả năng cố định hơn 100 kg N2/ha trongmột mùa sinh trưởng [6]

1.1.2 Một số dẫn liệu nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam

Cho đến nay, các công trình nghiên cứu VKL trong đất ở Việt Nam cònrất ít, chủ yếu nghiên cứu về VKL trong nước

Các dẫn liệu về VKL trong đất của Việt Nam lần đầu tiên đã được CaoNgọc Phương (1964) [33] đề cập khi nghiên cứu VKL trong một số mẫu đấtmặt của Sài Gòn và Đà Lạt, đã mô tả 23 taxon trong đó có 11 chi với 2 chi có

tế bào dị hình và 2 taxon bậc loài và dưới loài mới cho khoa học: Phormidium vietnamensis và Gloeocap punctata var phamhoangii.

Dương Đức Tiến (1977) [23] đã công bố 13 loài VKL thuộc 6 chi vớiđặc điểm phân loại và khả năng cố định Nitơ của chúng Trần Văn Nhị, TrầnHài, Đặng Diễm Hồng và Dương Đức Tiến (1984) [21] đã nâng tổng số VKL

cố định nitơ ở Việt Nam lên 40 taxon gồm 17 chi trong đó có 16 chi có tế bào

dị hình và một chi dạng sợi không có tế bào dị hình

Trên vùng đất mặn huyện Thái Thụy (Thái Bình), Đoàn Đức Lân(1996) [19], Đoàn Đức Lân và cs (1994) [20] đã phân lập được 15 loại VKL

cố định đạm và nghiên cứu thăm dò khả năng cố định nitơ tự do của chúng.

So với kết quả khảo sát ruộng lúa vùng đất ngọt thì VKL cố đinh nitơ vùngđất mặn có phần kém đa dạng hơn nhưng chi Nostoc vẫn chiếm ưu thế

Khi nghiên cứu vi tảo và VKL trong đất ngoại thành Hà Nội và vùngphụ cận, Nguyễn Thị Minh Lan và cs (2000, 2001) [12], [13], [14] đã pháthiện được 50 loài thuộc 19 chi và 5 bộ Nguyễn Quốc Hùng (2001) [7] công

bố 103 loài và dưới loài vi tảo, trong đó VKL có 80 loài và dưới loài trong 20chi thuộc 4 bộ

Ở khu vực Bắc Trung Bộ cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu như:

Võ Hành và Đỗ Thị Trường (2001) [6] đã phát hiện được 45 loài và dưới loàiVKL chúng thuộc 16 chi, 6 họ, 2 bộ ở trong đất trồng lúa huyện Hoà Vang,thành phố Đà Nẵng Nguyễn Lê Ái Vĩnh và Võ Hành (2001) [28] công bố 69loài và dưới loài thuộc 15 chi, 5 họ trên vùng đất trồng lúa Huyện Thạch Hà(Hà Tĩnh), trong đó có 3 chi dạng đơn bào, 5 chi dạng sợi có tế bào dị hình, 7chi có tế bào dị hình

Cùng với công tác điều tra, những nghiên cứu chuyên sâu tìm hiểu đặctính sinh lý, sinh hoá về các chủng VKL có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam đãtiến hành bởi nhiều tác giả

Thời gian gần đây Hồ Sỹ Hạnh, Võ Hành và Dương Đức Tiến (2004 2005) [2], [3] đã công bố các taxon bậc loài và dưới loài VKL trong các loạihình đất trồng ở tỉnh Đắc Lắc Cụ thể: Ở đất trồng lúa gặp 62 loài và dướiloài; đất trồng bông gặp 46 loài và dưới loài và ở đất trồng cà phê gặp 23 loài

-và dưới loài; đồng thời tiến hành phân lập được 9 loài -và dưới loài VKL có tếbào dị hình trong đất ở địa bàn nghiên cứu Có thể nói đây là công trình đầutiên ở Việt Nam nghiên cứu VKL trong các loại hình đất ở Tây Nguyên nóichung và Đăc Lắc nói riêng

Hiện nay, nghiên cứu sự đa dạng VKL và ứng dụng của nó được nhiềunhà khoa học quan tâm, đi sâu nghiên cứu để có những ứng dụng vào thực tế

1.2 Vai trò của VKL đối với đất trồng

VKL chiếm một vị trí quan trọng trong tự nhiên và trong đời sống conngười Những năm gần đây, một số loài VKL được sản xuất theo quy mô lớn

nhằm khai thác giá trị dinh dưỡng và dược liệu như Spirulina có hàm lượng

protein cao (chiếm tới 60 - 70% trọng lượng khô), ngoài ra còn giàu các

vitamin, nguyên tố khoáng, sắc tố và các chất có hoạt tính sinh học [10].

VKL có khả năng cố định nitơ, tức khả năng biến nitơ phân tử củakhí quyển thành dạng NH4+ rồi chuyển hoá thành axit amin và prôtêin, sau

đó VKL chết lượng nitrat tiếp tục bổ sung cho đất và cung cấp cho thực vậtbậc cao

VKL là nguồn phân bón sinh học có giá trị cao, nó làm tăng hàm lượngoxi hoà tan trong nước có ý nghĩa lớn đối với quá trình hô hấp của rễ thực vậtbậc cao (Lakshamanan và cs., 1994) [30] vai trò này của chúng đã đượcchứng minh ở nhiều nước khác nhau: như Ấn Độ (tại Bang Bihar) hàng nămVKL cố định 14 kg N/ha và ở tây Begar, giá trị này có thể đạt tới 15 – 49 kgN/ha (Vekataraman, 1982) [theo 1] Roger và Kulasooriya (1980) [31] đã tiếnhành thực nghiệm trên đất lúa và cho biết khả năng cố định nitơ của VKL trênđất lúa ở BăngLadet là 10 -30 kg /ha và có thể đạt tới 80 kg/ha/năm

VKL còn có thể tiết vào môi trường đất các chất có hoạt tính sinh học,ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của cây trồng [22] Nhiều thí nghiệm đượctiến hành bởi các nhóm nghiên cứu như Đặng Diễm Hồng và Nguyễn HữuThước (1987), Trần Đăng Kế (1993), Trần Văn Nhị và Đặng Văn Hạnh(1994) [9], [21] đã ngâm hạt lúa với dịch vẩn của VKL và cho thấy chúng cótác dụng kích thích sự nẩy mầm sinh trưởng của rể tăng trọng lượng hạt vàhàm lượng protein của lúa Tại viện lúa Tasken đã tiến hành gieo các hạt được

xử lý dịch vẫn VKLCĐN cho thấy năng suất vượt hơn so với đối chứng là13,8 tạ/ha Các chất do chúng tiết ra môi trường có thể là hormon, vitamin,axitamin… [2], [24] Chính VKL có vai trò quan trọng như vậy cho nên trong

những năm qua ở nhiều nước trên thế giới và cả nước ta đã sử dụng VKL làmnguồn phân bón sinh học.

Sự phát triển của VKL có thể làm tăng khả năng giữ nước, độ thoáng

khí, cải tạo đất mặn và đất chua Việc nuôi cấy Anabaena torulosa nhiều lần

sẽ làm độ mặn của đất giảm đi 20% -30% [15] VKL còn được sử dụng nhưmột tác nhân hữu hiệu trong biện pháp sinh học để xử lý các nguồn nước thải,chúng góp phần loại trừ các chất độc hại và làm tăng hàm lượng oxi Ngoài

ra, vai trò tự làm sạch môi trường nước ở mặt đất và nước ngầm, đồng thờichúng thải ra môi trường các chất kháng khuẩn

1.3 Đặc điểm phân bố và sinh thái của VKL trong đất

1.3.1 Đặc điểm phân bố của VKL trong đất

Sự phân bố thành phần số lượng loài cũng như sự biến động số lượng tếbào tảo và VKL trong đất nó đều phụ thuộc vào không gian, thời gian, đặcđiểm thổ nhưỡng, phương thức canh tác… khi chúng phát triển mạnh trên mặtđất, chúng được nhận diện bởi màu sắc của đất, đó là hiện tượng “ khai hoáđất” (đất nở hoa) tạo lớp màng mỏng trên mặt đất, tạo tản nhiều VKL phân

bố chủ yếu ở từng đất canh tác (từ 0 – 20 cm), tuy nhiên ở độ sâu 50 – 60 cmvẫn có VKL

1.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái đến sinh trưởng của VKL

- Ánh sáng: Là nhân tố quan trọng hàng đầu đối với sinh trưởng và

phát triển của VKL VKL là vi sinh vật tự dưỡng, bị giới hạn bởi vùng ánhsáng do đó ánh sáng còn ảnh tới sự phân bố của VKL trong đất VKL đặc biệtmẫn cảm với cường độ chiếu sáng cao và được coi là nhóm ưa ánh sáng.Nhưng không phải là tất cả, cũng có những loài VKL sinh trưởng tốt ở cường

độ ánh sáng mạnh như Cylindrospermum Sự sinh trưởng và cố định nitơ của

một số chủng có tế bào dị hình tăng khi cường độ chiếu sáng tăng lên [17]

- Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến quá trính trao đổi chất, các

hoạt động sinh lý của cơ thể Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của VKL 25o

-30oC [theo 1] tuy nhiên một số VKL trong đất, nó có thể tồn tại trong nhữngđiều kiện nhiệt độ từ 50o -70oC.

- Độ ẩm và nước: Là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến

thành phần loài và mật độ tảo và VKL trong đất, độ ẩm càng cao thành phầnloài nhiều, có thể nói rằng độ ẩm là điều kiện tiên quyết hoạt động sống củatảo đất, nó xác định mức sinh trưởng, phát triển; sự cấu thành các nhóm tảo,đến thành phần loài và sự phồn thịnh của chúng

- Độ pH: Độ pH của môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sự thẩm thấu

của ion trong đất, VKL sinh trưởng ở môi trường pH= 6.5 – 7 [24] Khả năng

cố định của nitơ của VKL ở đất kiềm cao hơn ở đất chua

- Các nguyên tố khoáng:

Hàm lượng phôtpho dễ tiêu trong đất đóng một vai trò không thể thiếu đối vớisinh trưởng của VKL Roger (1982) [theo 1] cho hay mật độ VKL cố địnhnitơ có tương quan dương tính với phôtpho dễ tiêu trên ruộng lúa NguyễnThị Loan, Dương Đức Tiến và Teffen Johnsen (1997) [18] khi nghiên cứu ảnhhưởng của vôi, phân lân và Molipden đến sự tăng trưởng của VKL đã có kếtluận rằng hoạt tính khử axetilen của VKL thấp khi thiếu phôtpho Khi tăngphôtpho thì hoạt tính của Nitrogenaza tăng trong 15 -30 phút

Nhu cầu Nitơ của VKL lớn hơn phôtpho, nhưng trong điều kiệ n tựnhiên nitơ không phải là chất dinh dưỡng chủ yếu giới hạn sinh trưởng củachúng Nhiều loài VKL có khả năng sử dụng nitơ khí quyển và không phụthuộc vào nguồn nitơ liên kết để phát triển, nhưng nếu nitơ liên kết ở nồng độcao thì nó ức chế sinh truởng của VKL [26] Mức độ kìm hãm (ức chế) cònphụ thuộc vào dạng nitơ liên kết, thời gian và trạng thái sinh lý của VKL(Trần Đăng Kế, 1993) [8], ( Đoàn Đức Lân, 1996) [15]

CO2 được VKL sử dụng làm nguồn cacbon duy nhất trong quang hợp(Shiraiwa & Miyachi, 1985) [theo 1] De và Sulaiman [theo 15]đã tiến hànhthí nghiệm thổi không khí chứa 2% CO2 vào đất không trồng cây, kết quả chothấy sự cố định nitơ của VKL được kích thích VKL có khả năng thu nhận

cacbon từ các nguồn hữu cơ và vô cơ và thực hiện cơ chế dị dưỡng hoặc tựdưỡng (Abe và cs., 1987) [theo 1] Nồng độ CO2 tối thích cho sự phát triểncủa VKL trong điều kiện chiếu sáng thích hợp trung bình là 0,1% ở 15oC và0,25 % ở 20oC Sự đồng hoá sẽ dừng lại ở nồng độ CO2 là 0,5 % [24].

Magiê cần thiết cho sự hoạt hoá các enzim Nitrogenaza và Glutaminsynteaza.Thiếu magiê VKL bị chuyển thành màu vàng nhạt rồi trắng bệch [25], [16]

Molipden là nguyên tố vi lượng cần thiết đối với VKL trong quá trìnhphát triển Đặc biệt nó rất cần cho sinh trưởng của VKL trong điều kiện sửdụng nitơ là nguồn dinh dưỡng duy nhất Nếu bón molipdatnatri với liềulượng 0,25kg/ha vào đất ruộng đã thúc đẩy sinh trưởng của VKL [31]

Các nguyên tố khác (Na, K, Mg, Bo,Zn,Cu,…) có vai trò trong quátrình sinh trưởng của VKL đã được nhiều tác giả khẳng định [18], [20]

- Các yếu tố sinh học:

Trước hết là các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, nấm, virut VKL, tảo

và vi khuẩn cùng sống trong ruộng lúa có thể tiết ra những chất độc kìm hãm

sự phát triển lẫn nhau Trong quá trình hoạt động vi khuẩn khử sunphat chúngtiết ra H2S gây độc cho VKL [15]

Cỏ dại là yếu tố làm hạn chế sự hình thành các tập đoàn VKL sau khi

cấy trên các đồng lúa Nhiều động vật không xương sống như Gastropoda, Macrura, Brachya, Copepoda, Ostracoda, ấu trùng muỗi v.v… rất thích ăn

tảo và VKL Sự xuất hiện hay tiêu giảm động vật không xương sống trongruộng lúa liên quan đến khả năng cố định nitơ của VKL, chúng tạo điều kiệnthuận lợi cho việc hình thành các VKL có các lớp nhầy kém hiệu quả cho cáchoạt động nông học

Hoạt động canh tác canh tác của con người cũng ảnh hưởng tới sinh

trưởng của VKL Bón phân Urê, vùi rơm rạ tạo điều kiện sinh trưởng và cốđịnh nitơ của VKL Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật gây độc hại choVKL Vì vậy việc lựa chọn phương thức canh tác và sử dụng phân bón hợp lýrất quan trọng

1.4 Đặc điểm tự nhiên và khí hậu của huyện Hưng Nguyên (Nghệ An).

- Phía nam giáp sông Lam và Huyện Đức Thọ Tĩnh Hà Tĩnh

- Phía đông giáp Thành Phố Vinh

- Phía tây giáp Huyện Nam Đàn

- Phía bắc giáp Huyện Nghi Lộc

* Về đất đai: Diện tích tự nhiên 16.412 ha, trong đó diện tích đất nôngnghiệp là 8.103 ha Trong quỹ đất nông nghiệp gồm:

+ Đất trồng cây hàng năm: 6.929 ha

+ Đất lúa màu: 6.289 ha

+ Đất mặt nước nuôi trồng thuỷ sản: 272 ha

* Về dân số: Tổng số dân là 120.809 người cơ cấu phân bố trên 23 đơn vịhành chính xã, thị trấn; mật độ dân số trung bình là 737 người/km2 Dân cưphân bố không đồng đều [22]

1.4.2 Điều kiện khí hậu.

Hưng Nguyên nằm trong khu vực khí hậu miền trung có đầy đủ đặctrưng vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, đồng thời chịu ảnh hưởng trực tiếpnặng nề của gió tây nam khô nóng nên về mùa hạ thời tiết rất khắc nghiệt.Thời tiết chia làm bốn mùa rõ rệt Xuân – Hạ - Thu – Đông

Nhiệt độ bình quân hàng năm là 25- 260C, số giờ nắng trong năm nhiều,đặc biệt mùa hè có sự chênh lệch lớn về biên độ, nhiệt độ ngày đêm tạo nênnhững điều kiện thích hợp cho sự phát triển của cây trồng

Lượng mưa bình quân hàng năm từ 1800 – 2000mm, tập trung chủ yếu từtháng 5 đến tháng 9 Độ ẩm trung bình 85%, cao nhất đạt 98%, thấp nhất là72%

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu.

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là VKL (Cyanobacteria) trong đất trồng

lúa ở huyện Hưng Nguyên, Nghệ An

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu.

Chúng tôi tiến hành thu mẫu trên loại hình đất trồng lúa ở 6 xã thuộc

huyện Hưng Nguyên, Nghệ An (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu ( xem hình 2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ thu mẫu tại 6 xã của huyện Hưng Nguyên (Nghệ An)

2.1.3 Thời gian thu và xử lý mẫu

Đã tiến hành thu và xử lý 3 đợt mẫu trong năm 2012:

Đợt 1 (Đ1): tháng 03/2012 đến tháng 4/2012

Đợt 2 (Đ2): tháng 05/2012 đến tháng 6/2012

Đợt 3 (Đ3): tháng 07/2012 đến tháng 8/2012

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích các chỉ tiêu nông hoá

Tại mỗi địa điểm, mẫu đất được lấy ở độ sâu 0 -20 cm theo phương phápđường chéo Các vị trí của mẫu thành phần cách nhau 50 m sau đó trộn đều rồi

lấy khoảng 500 gam cho vào túi nilon, ghi ký hiệu, thời gian Mẫu được chuyển

về phòng phân tích Các chỉ tiêu nông hoá phân tích theo các tài liệu [11,19]

- Xác định đạm dễ tiêu (mgNH4+/100g đất) theo phương pháp Chuirin– Cononova Chỉ tiêu đánh giá đạm dễ tiêu: dưới 4mg/100g đất là đất rấtthiếu, 4 – 8mg/100g đất là đất thiếu vừa, trên 8mg/100g đất là đất thiếu íthoặc không thiếu [19]

- Xác định kali tổng số (%) theo phương pháp Matlova bằng quang kếngọn lửa Chỉ tiêu đánh giá: Đất feralit có 0.5-2 % K2O; đất cát 0,2 –0,3%; đấtphù sa Sông Hồng 1,2-1,8%; đất than bùn 0,1-0,15% [19]

- Xác định lân dễ tiêu (mg P205/100g đất) theo phương pháp Oniani.Chỉ tiêu đánh giá: 5-10 mg P205/100g đất là đất nghèo lân, 10 -15mg/ 100g đất

là đất trung bình, trên 15 mg/ 100g đất giàu lân [19]

- Độ pH được đo trực tiếp bằng giấy quỳ

- Độ ẩm của đất đo tai chổ bằng máy water test (model 94)

Số mẫu đất được phân tích là 18 mẫu (mỗi đợt 6 mẫu) Phân tíchcác chỉ tiêu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Sinh lý- Hoá sinh trườngĐại học Vinh

2.2.2 Phương pháp thu và xử lý mẫu VKL trong đất

Tại mỗi điễm nghiên cứu, đất được lấy ở 3 vị trí khác nhau theophương pháp của Gollerbakh và Shtina (1969) [theo 1] Mẫu đất được lấy

ở các độ sâu 0-5cm và 5 – 20 cm bằng các dụng cụ đã tiệt trùng Tại các

độ sâu khác nhau, các mẫu được trộn đều rồi lấy mẫu đại diện, cho vào túi

ni long đã tiệt trùng Các mẫu đất được chuyển về phòng thí nghiệm Tạiphòng thí nghiệm, mỗi mẫu đất cho vào 2 đĩa Petri có lót giấy lọc đã tiệttrùng Mỗi đĩa bỗ sung môi trường BG-11 Tất cả mẫu đặt dưới ánh sángđèn neon có cường độ 1000 – 1200 lux tạo điều kiện cho VKL phát triển,sau 2 tuần tiến hành phân tích mẫu

Môi trường BG-11 thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triển củahầu hết các chủng VKL mà không gây biến thái

Sau đây là thành phần môi trường BG-11(g/l) [theo 4].

NaNO3 1,50g

K2HPO4 0,04gMgSO4 7H2O 0,075gCaCl2.2H2O 0.036gAcitcitric 0,006g Sắt – amonium citrat 0,006gEDTA 0,001g

Na2CO3 0,02gDung dịch A5(*) 1mlNước cất 1lít Thành phần dung dịch A5 (g/l)

H3BO3 2,86g

MnCl2.4 H2O 1,81gZnSO4.7 H2O 0.22gNaMoO4 2H2O 0,39gCuSO4..5 H2O 0,079g Co(NO3)2.6H2O 49,4gNước Cất 1 lítKhử trùng môi trường dưới áp suất 1,5 at trong 30 phút Sau khi đểnguội, điều chỉnh pH của môi trường ở 7,1

Môi trường thạch cứng: Cho 10g agar trong 1 lít nước khuấy đều sau đó đuntrên bếp chưng cách thuỷ

2.2.3 Phương pháp định loại loài VKL

Việc xác định các taxon trước hết tiến hành theo khoá định loại củaDesikachary (1959) Đây là khoá định loại đã phản ánh phong phú các taxonVKL thường gặp trong khu vực khí hậu nóng ẩm có nhiều mưa của vùngnhiệt đới và hiện vẫn đang được sử dụng rộng rãi Cho đến nay các tiêu chuẩn

về hình thái luôn được coi trọng trong phân loại, tuy nhiên trong khuynh

hướng hiện nay việc xây dựng các đơn vị phân loại dựa trên kết quả thựcnghiệm về hình thái trong nuôi trồng và sinh lý, hoá sinh [24].

Dựa vào hệ thống của Desikachary (1959), sau đây là một số nét chính củakhoá phân loại này:

(1) Nhóm đơn bào: Bao gồm các chủng đơn bào sinh trưởng trên môitrường BG-11 Trong tự nhiên chúng tạo thành những tập đoàn dạng nhầy

trôi nổi, hoặc bám trên bề mặt đất Gồm các chi Gloeocapsa, Synechocystis, Microcystis, Chroococcus

(2) Nhóm Nostoc: Các chủng có tế bào dị hình (heterocyst); sợi không

phân nhánh, tạo thành tập đoàn dạng nhầy có giới hạn rõ ràng Trong tựnhiên, nó tạo thành tập đoàn lớn, dạng nhầy trôi nổi, hoặc bám trên mặt đất,

trong đất Thuộc nhóm này có chi Nostoc.

(3) Nhóm Anabaena: Các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bao

mỏng, không phân nhánh, tạo thành dạng nhầy có hình dạng xác định Nhóm

này có các chi Anabaena, Nodularia, Cylindrospermum, Anabaenopsis (4) Nhóm Aulosira: Các chủng đều có tế bào dị hình Sợi có bao dày,

không phân nhánh, không hình thành tập đoàn lan toả trên môi trường thạch.Trong tự nhiên tạo thành màng dai trên bề mặt đất hay nổi trên nước

(5) Nhóm Scytonema: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,

không phân cực Trên môi trường thạch hình thành tập đoàn giống như màngnhung nhỏ Trong tự nhiên, sinh trưởng trong đất hay bề mặt đất

(6) Nhóm Calothrix: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh giả,

phân cực, hình thành tập đoàn như những mãnh vải nhung nhỏ Trong tự

nhiên chúng sinh trưởng trên mặt đất, trong đất, trong nhóm này có Calothrix, Tolypothrix.

(7) Nhóm Gloeothrichia: Các chủng có dị bào nang; sợi phân cực, hình

thành tập đoàn nhầy có hình dạng xác định Thuộc nhóm này có các chi

Gloeothrichia, Rivularia.

(8) Nhóm Fischerella: Các chủng có tế bào dị hình; sợi phân nhánh thực.

Trong tự nhiên chúng sinh trưởng trong đất, trên bề mặt đất rất khó quan sát

bằng mắt thường Nhóm này gồm các chi: Fischerella, Westiellopsis, Stigonema (9) Nhóm Oscillatoria: Các chủng này không có tế bào dị hình; sợi

không phân cực, không phân nhánh Chúng hình thành tập đoàn lan toả trên

đĩa thạch Trong nhóm này có các chi: Lyngbya, Phormidium, Oscillatoria

Từ các nhóm trên tiến hành quan sát dưới kính hiển vi quang học với độphóng đại 100 -1000 lần đo kích thước, vẽ hình, mô tả:

Định loại loài bằng các khoá định loại của:

- Desikachary T.V (1959) [29],

- Dương Đức Tiến [25]

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nông hóa của đất trồng lúa huyện Hưng Nguyên (Nghệ An)

3.1.1 Độ pH

Bảng 3.1 Độ pH đất ở các đ t thu m uợt thu mẫu ẫuĐịa điểm thu mẫu

pHĐợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Trung bình (TB)

Độ pH của đất qua các đợt thu mẫu

Địa điểm thu mẫu Đợt 1 Đợt 2Độ ẩm (%)Đợt 3 TB

Độ ẩm của đất qua các đợt thu mẫu

Biểu đồ 3.2 Độ ẩm giữa các xã nghiên cứu

3.1.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu.

Bảng 3 3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu trong đất ở các đ t thu m uợt thu mẫu ẫu

Địa điểm thu mẫu Đợt 1 Nitơ dễ tiêu (mg NH Đợt 2 4Đợt 3+/100g đất) TB

Hàm lượng Nitơ dễ tiêu qua các đợt thu mẫu

01234567

Xã

mg

Đ1 Đ2 Đ3

Biểu đồ 3.3 Hàm lượng nitơ dễ tiêu giữa các xã nghiên cứu

3.1.4 Hàm lượng lân dễ tiêu.

Bảng 3 4 Hàm lượng lân dễ tiêu ở các đợt thu mẫu trong đ tất qua các đợt thu mẫu

Địa điểm thu mẫu Đợt 1 Lân dễ tiêu (mg P Đợt 2 2OĐợt 35/100g đất) TB