III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀ
2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phân bón vi sinh vật ngoài nƣớc
Đến nay nhiều nƣớc trên thế giới đã sản xuất chế phẩm vi sinh vật theo nhiều hƣớng khác nhau, nhiều dạng khác nhau. Phụ thuộc vào điều kiện kinh tế xã hội, khoa học công nghệ, trình độ dân trí và điều kiện tự nhiên của mỗi nƣớc khác nhau mà khác nhau. Nhƣng tất cả đều sản xuất theo hƣớng đó là: tiện cho ngƣời sử dụng và cho hiệu quả kinh tế cao nhất.
Các kết quả nghiên cứu từ các nƣớc Mỹ, Canada, Nga, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc, Nhật Bản. Cho thấy sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh vật có thể cung cấp cho đất và cây trồng từ 30 đến 60kg N/ha/năm hoặc thay thế 1/2 đến 1/3 lƣợng lân vô cơ bằng quặng phốt phát. Ngoài ra, thông qua các hoạt động sống của vi sinh vật, cây trồng đƣợc nâng cao khả năng trao đổi chất, khả năng chống chịu bệnh tật và qua đó góp phần nâng cao năng suất và chất lƣợng nông sản.
Ở Ấn Độ do sử dụng phân bón vi sinh vật cho các cây bộ đậu (lạc đậu tƣơng), lúa, cao lƣơng đã mang lại lợi nhuận tƣơng ứng là: 1204, 1015, 1149, và 343 rupi/ha tƣơng đƣơngvới sự tăng năng suất lạc, đậu tƣơng là 13,9%, lúa 11,4%, cao lƣơng: 18,2% và bông 6,8% (Juwarka 1994).
Biểu 2.13: Hiệu quả sử dụng phân vi sinh vật ở Ấn Độ
Cây trồng/phân bón VSV Tỷ lệ tăng năng suất% Lợi nhuận (R/ha) Đậu, lạc/Rhizobium Lúa/tảo lam Cao lƣơng/Azospirllum Bông/Azotobacter 13,9 11,4 18,2 6,8 1240 1015 1149 343
(Nguồn : A.S Jwarkar và cộng sự 1994)
Tại Thái Lan lợi nhuận đem lại do nhiễm vi khuẩn cho đậu tƣơng 126,7 - 144 USD/ha, lạc 36,2 - 91,5 USD/ha, hay một gói chế phẩm/200g có thể thay thế cho 28,6 kg ure.
Tại Trung Quốc phân bón vi sinh vật cố định đạm làm tăng năng suất cây trồng từ 7-15% tiết kiệm 20% phân khoáng, phân vi sinh vật phân giải lân tăng năng suất cây trồng 5 - 30%, phân hỗn hợp vi sinh tăng năng suất cây lƣơng thực 10 - 30% cây ăn quả trên 40% (Limin P.J.2001- Bảng 2.4).
Biểu 2.14: Hiệu quả sản xuất phân vi sinh vật ở Trung Quốc
Chung loại phân Vi sinh vật Hiệu quả sử dụng
% tăng năng suất % tiết kiệm phân vô cơ
Cố định Nitơ 7-15 20
Phân giải lân 5-30 10-15
Hỗn hợp 10-30 30-50
(Nguồn: Pan jiarong Lin Min, 2001)
Hiện nay phân bón vi sinh vật đã trở thành hàng hóa đƣợc sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới. Riêng vi khuẩn nốt sần hàng năm đem lại 25 triệu USD, trong đó tại Mỹ sản phẩm này đƣợc bán ra với doanh số 19 triệu USD. Tại Thái Lan tỷ lệ tăng trƣởng của phân vi khuẩn nốt sần từ năm 1980 đến 1993 cho đậu tƣơng là 199%, lạc 280%. Tổng giá trị sản phẩm này năm 1995 đạt 406.571 USD (Cong ngoen 1997).
Biểu 2.15: Sản xuất phân bón vi sinh vật ở Thái Lan
Năm Số lƣợng sản xuất (tấn) Số lƣợng sử dụng (tấn) Thành tiền (USD) 1997 5,00 3,36 6.726 1981 7,48 7,36 14.725 1986 78,00 74,78 149.564 1991 73,78 72,30 144.602 1995 211,41 203,28 406.571
(Nguồn: Cong ngoen và cộng sự, 1997)
Ngoài phân vi khuẩn nốt sần các loại, phân vi sinh vật khác nhƣ cố định nitơ tự do từ Azotobacter, Clostridium, Tảo lam, cố định nitơ hội sinh từ Azopirillum, phân giải phốt phát chậm từ Bacillus, Pseudomonas.. Phòng trừ vi sinh vật gây bệnh vùng rễ từ Steptomuces, Bacillus… cũng đƣợc sản xuất với số lƣợng lớn. Với tính hiệu quả cao của phân vi sinh vật đã thúc đẩy các
nƣớ phát triển sản xuất không ngừng cả về số lƣợng và chủng loại. Theo số liệu thống kê tại Ấn Độ (năm 1993). Từ năm 1992-1993 tổng hợp các dạng phân vi sinh vật bón trực tiếp cho cây trồng là 2.584 tấn và năm 2000 là 818.000 tấn (tăng trên 3 lần) tƣơng đƣơng gần 2,0 tỷ USD (Juwarkar 1994)
Biểu 2.16: Các loại phân vi sinh vật ở Ấn Độ
Loại phân bón Số lƣợng
Rhizobium Arotobacter Azospirillum Tảo lam Phân giải lân
Tổng cộng 35,0 162,61 77,16 267,72 275,51 818,00
(Nguồn: T. Sing và Subodh K. Dyrin, 1994)
Trung Quốc dự kiến trong vòng 5-10 năm tới tổng giá trị phân vi sinh đạt 2,4 tỷ Nhân Dân Tệ tới năm 2015 đạt 7,2 tỷ NDT (Pan Jiarong Lin Min 2001- Bảng 2.17…..)
Biểu 2.17: Tình hình sản xuất phân bón vi sinh vật của Trung Quốc
Năm Diện tích sử dụng phân vi sinh (ha) Giá trị (NDT)
2001 5.000.000 -
2010 7.000.000 2.400.000.000
2015 21.000.000 7.200.000.000
(Nguồn: Pan Jiarong Lin Min, 2001)
Chế phẩm phân vi sinh vật có thể sử dụng nhƣ một loại phân bón hoặc phối trộn với nền hữu cơ tạo thành phân bón hữu cơ vi sinh vật.
Hiệu quả phân bón hữu cơ vi sinh đã đƣợc tổng kết tại một số quốc gia châu Á. Kỹ thuật chế biến phân ủ từ phế thải hữu cơ đƣợc trình bày kỹ hơn trong phần công nghệ vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trƣờng.
Biểu 2.18: Hiệu quả của phân hữu cơ vi sinh đối với lúa ở một số quốc gia châu Á
Tên quốc gia Tỷ lệ % tăng năng suất
Trung Quốc Triều Tiên Thái Lan Ấn Độ 25,2-32,6 8,0-12,0 2,5-29,5 9,9
Xu thế hiện nay phát triển CNVSV là tạo ra một loại chế phẩm có nhiếu công dụng, thuận lợi cho ngƣời sử dụng. Ở Việt Nam nói riêng và nhiều nƣớc trên thế giới nói chung đã sản xuất chế phẩm VSV vừa có tác dụng đồng hoá nitơ không khí vừa có tác dụng phân huỷ chuyển hoá lân khó tan trong môi trƣờng để cung cấp dinh dƣỡng cho cây trồng, hoặc là sản xuất ra một loại chế phẩm VSV vừa có cả hai tác dụng trên, ngoài ra còn có khả năng tiêu diệt sâu bệnh và côn trùng có hại. Những loại chế phẩm nhƣ vậy đƣợc gọi là chế phẩm VSV hay phân VSV đa chức năng.
Hiện nay bên cạnh các chế phẩm phân bón vi sinh vật ở dạng bột, thì dạng phân bón vi sinh vật ở dạng lỏng đang đƣợc quan tâm phát triển vì tính tiện lợi của nó. Phân bón vi sinh vật dạng lỏng trên thế giới hiện nay đã biết đến là E2001, Nitragin, EM. Do tính đa dạng của thiên nhiên mà các sản phẩm phân bón vi sinh vật thế hệ hiện nay chứa đựng đa chủng nghĩa là cả mọi tập hợp các vi sinh vật có ích( chế phẩm EM, E2001, phân vi sinh tổng hợp).
3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phân bón vi sinh trong nƣớc.
Chiến lƣợc an toàn dinh dƣỡng cho cây và đất trồng là sử dụng cân đối phân bón hoá học và phân bón sinh học cho cây trồng phù hợp với nhu cầu dinh dƣỡng và điều kiện đất đai, khí hậu, trong đó phân bón sinh học có vai trò vô cùng quan trọng. Cùng với chất hữu cơ, vi sinh vật sống tồn tại trong đất, nƣớc và vùng rễ cây có ý nghĩa quan trọng trong các mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón. Hầu nhƣ mọi quá trình xảy ra trong đất đều có sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của vi sinh vật (mùn hoá, khoáng hoá chất hữu cơ, phân giải, cố định chất vô cơ. v.v.). Vì vậy từ lâu vi sinh vật đã đƣợc coi là một bộ phận của hệ dinh dƣỡng cây trồng tổng hợp.
Nhận thức đƣợc vai trò của phân bón vi sinh vật, từ những năm đầu của thập kỷ 80, nhà nƣớc đã triển khai hàng loạt các đề tài nghiên cứu thuộc chƣơng trình công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp giai đoạn 1986- 1990 và chƣơng trình công nghệ sinh học 1991-2005. Dƣới đây là số liệu tổng hợp một số kết quả chính trong công tác nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật làm phân bón phục vụ phát triển nông, lâm bền vững tại Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật làm phân bón
* Thu thập, phân lập, tuyển chọn chủng giống vi sinh vật.
Các chủng giống vi sinh vật đƣợc thu thập, phân lập tuyển chọn và lƣu giữ tại Quỹ gien vi sinh vật nông nghiệp. Đây là bộ sƣu tập giống của 30 họ vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, nấm men, với số lƣợng gần 700 chủng, bao gồm các sinh vật cố định nitơ sống cộng sinh với cây bộ đậu (Rhizobium, Bradyrhizobium),cố định nitơ sống tự do (Azotobacter, Clotridium, Arthrobacter, Klebsiella, Serratia, Pseudomonas, Bacillus, vi khuẩn lam... hay cố định nitơ sống hội sinh trong vùng rễ cây trồng (Azospirillum), vi sinh vật phân giải lân (Bacillus, Pseudomonas, Penicillium, Aspergillus, Fussarium, Candida), vi sinh vật phân giải xenlluloza (Trichoderma, Chetomium,
Aspergillus, Gliogladium....) và vi sinh vật kích thích sinh trƣởng thực vật (Agrobacterium, Flavobacterium, Bacillus, Enterobacter, Azotobacter, Gibberella...). Hàng năm quỹ gen vi sinh vật bổ sung 30-50 chủng giống vi sinh vật mới từ các nguồn phân lập khác nhau. Ngoài ra thông qua các hoạt động hợp tác quốc tế với các Viện vi sinh vật nông nghiệp liên bang Nga, Viện nghiên cứu cây trồng bán khô hạn (ICRISAT - Ấn Độ), trung tâm cố định đạm sinh học (NIFTAL - Mỹ, Thái Lan), Trung tâm lƣu giữ gen vi sinh vật Đài Loan (CCRC), Cộng hoà liên bang Đức (DSM)...quỹ gen vi sinh vật nông nghiệp đƣợc mở rộng thêm với nhiều chủng giống đa dạng khác.
* Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất phân bón vi sinh vật.
Phân bón vi sinh vật đƣợc sản xuất bằng cách nhân sinh khối vi sinh vật trong môi trƣờng và điều kiện thích hợp để đạt đƣợc mật độ nhất định sau đó xử lý bảo quản và đƣa đi sử dụng.
Hình2.2: Qui trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh vật Nguyên liệu ủ sẵn
Xử lý sơ bộ Phối trộn, ủ Cơ chất hữu cơ
Phối trộn Phân bón hữu cơ
VSV Men ủ VS Dinh dƣỡng Chế phẩm VSV Kiểm tra c.lƣợng
Qui trình chung của quá trình sản xuất phân bón vi sinh vật đƣợc tóm tắt trong sơ đồ 2.1. Trong khuân khổ các đề tài nghiên cứu thuộc chƣơng trình công nghệ sinh học các đơn vị nghiên cứu, triển khai trong cả nƣớc đã nghiên cứu và triển khai thành công các qui trình sản xuất phân vi sinh vật cố định nitơ, phân vi sinh vật hỗn hợp và vi sinh vật chức năng trên nền đất mang khử trùng và không khử trùng. Nhiều sản phẩm đƣợc tạo ra từ các qui trình nêu trên đã đƣợc thử khảo nghiệm trên diện rộng và đƣợc Bộ Nông nghiệp & PTNT công nhận và cho đăng ký trong danh mục các loại phân bón đƣợc phép sử dụng tại Việt Nam ( Phân VSV cố định nitơ cho cây họ đậu, Phân lân hữu cơ vi sinh KOMIX, Phân bón sinh tổng hợp BIOMIX, Phân lân vi sinh HUMIX, Phân vi sinh Phytohoocmon, HUDAVIL, Phân vi sinh vật chức năng...). Tuỳ theo công nghệ sản phẩm phân bón vi sinh vật có thể chứa sinh khối từ 1 chủng hay nhiều chủng vi sinh vật đã tuyển chọn và sản phẩm có thể đƣợc sản xuất ở dạng bột hoặc lỏng [36]
* Đánh giá hiệu lực của phân bón vi sinh vật đối với cây trồng.
Trong gần 20 năm qua các công trình nghiên cứu và thử nghiệm phân vi khuẩn nốt sần tại Việt Nam cho thấy phân vi khuẩn nốt sần có tác dụng nâng cao năng suất lạc vỏ 13,8 - 17,5% ở các tỉnh phía Bắc và miền Trung và 22% ở các tỉnh miền Nam, (Ngô Thế Dân và CTV 2001).
Các kết quả cũng cho thấy sử dụng phân vi khuẩn nốt sần kết hợp với lƣợng đạm khoáng tƣơng đƣơng 30 - 40 kgN/ha mang lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất lạc đạt trong trƣờng hợp này có thể tƣơng đƣơng nhƣ bón 60 và 90 kgN/ha. Hiệu lực của phân vi khuẩn nốt sần thể hiện rõ nét trên vùng đất nghèo dinh dƣỡng và vùng đất mới trồng lạc. Lợi nhuận do vi khuẩn nốt sần đƣợc Võ Minh Kha và CTV (1995) xác định đạt 442.000 VNĐ/ ha với tỷ
lệ lãi suất/1 đồng chi phí đạt 9,8 lần. Lợi nhuận tƣơng tự cũng đƣợc Nguyễn Thị Liên Hoa và CTV (1997) tại các vùng trồng lạc ở các tỉnh phía Nam.
Biểu 2.19: Hiệu quả sử dụng phân vi sinh vật cố định ni tơ hội sinh đối với một số cây trồng
Đất và cây trồng Công thức bón phân Năng suất (tạ/ha) % tăng so với ĐC Lúa trên đất phù sa sông Hồng Nền (NPK: 90.90.60 + 8t PC) 80% nền + phânVKCĐN Nền + Phân VKCĐN 51,60 53,73 57,86 - 4,0 12,0 Lúa trên đất bạc màu Hà Bắc (cũ) Nền (NPK: 90.90.60 + 8t PC) 80% nền + phânVKCĐN Nền + Phân VKCĐN 37,76 39,86 44,59 - 6,0 18,0 Ngô trên đất phù sa sông Hồng Nền (NPK: 180.120.90 + 8t PC) 80% nền + phânVKCĐN Nền + Phân VKCĐN 41,45 41,73 46,85 - 1,0 13,0 Ngô trên đất bạc màu Hà Bắc cũ Nền (NPK: 90.90.60 + 8t PC) 80% nền + phânVKCĐN Nền + Phân VKCĐN 36,98 37,42 39,88 - 1,0 8,0 Chè trên đất đỏ Thái Nguyên Nền (NPK: 120.90.60) 80% nền + phânVKCĐN Nền + Phân VKCĐN 142,90 155,34 178,21 - 9,0 25,0 (Nguồn: Đề tài KHCN.02.06)
Phân vi khuẩn nốt sần không chỉ có tác dụng làm tăng năng suất lạc, tiết kiệm phân đạm khoáng mà còn tăng cƣờng sức đề kháng cho lạc đối với một số bệnh vùng rễ. Ngoài ra dƣới tác dụng của vi khuẩn nốt sần, lạc có sinh khối chất xanh cao hơn. Tàn dƣ thực vật sau thu hoạch nếu đƣợc vùi trả lại cho đất trở thành nguồn dinh dƣỡng đạm và chất hữu cơ quan trọng cho các cây trồng vụ sau [36]
Kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nƣớc KC.08.01 (1991-1995) và KHCN.02.06 (1996-2000) cho biết vi sinh vật cố định ni tơ có thể tiết kiệm đƣợc lƣợng phân khoámg nhất định, từ 10,08 đến 22,4 kgN/ha/vụ tuỳ theo từng loại đất và thời vụ gieo trồng.
Biểu 2.20: Khả năng tiết kiệm đạm khoáng của phân vi sinh vật cố định nitơ
Đất trồng
Khả năng tiết kiệm đạm khoáng theo thời vụ gieo trồng (kgN/ha) Vụ xuân Vụ mùa Phù sa sông Hồng 14,28 10,80 Phù sa sông Mã 15,28 12,12 Đất bạc màu 22,40 16,6 Cát ven biển 17,46 17,8 Trung bình 13,76 14,51 (Nguồn đề tài KC.08.01) * Kết quả:
Đánh giá hiệu lực phân bón vi sinh vật đối với cây trồng đã xác định phân bón vi sinh không chỉ cung cấp một phần chất dinh dƣỡng cần thiết cho cây mà còn có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng phân khoáng đồng thời có khả năng hạn chế một số bệnh vùng rễ cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cho ngƣời sử dụng và tác động tích cực đến môi trƣờng sinh thái đất...
Tuy nhiên kết quả nghiên cứu đã chỉ ra phân vi sinh vật chỉ phát huy hiệu lực tốt đối với cây trồng trên nền dinh dƣỡng cân đối. Điều đó cho thấy môi trƣờng có vai trò vô cùng quan trọng đến quá trình sinh trƣởng, phát triển và khả năng tổng hợp các hoạt chất sinh học của VSV. Nếu điều kiện không thuận lợi hiệu lực của phân VSV bị hạn chế, và trong một số trƣờng hợp nhất định hiệu lực sẽ bị mất.