III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀ
1. Vai trò vi sinh vật đất trong hệ sinh thái nông nghiệp bền vững và khái niệm về phân bón vi sinh vật.
1.1. Vai trò vi sinh vật đất trong hệ sinh thái nông nghiệp bền vững
Nói đến mơi trƣờng đất ta phải nói đến vai trị của hệ vi sinh vật đất. Trong đó, vi sinh vật đất đóng vai trị rất quan trọng trong q trình hình thành đất do các tác dụng:
+ Tổng hợp các chất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng và tăng nguồn dinh dƣỡng cho đất nhƣ tổng hợp các chất đạm hữu cơ từ nitơ của khí quyển nhờ vi khuẩn nốt sần, sống cộng sinh với cây họ đậu góp phần cung cấp chất dinh dƣỡng có N hữu cơ cho cây và vi khuẩn cố định đạm azotobacterium giúp tăng hợp chất N hữu cơ, vô cơ trong đất.
+ Tăng cƣờng sự phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất góp phần hình thành chất mùn trong đất để tăng độ phì trong đất.
+ Tăng cƣờng sự chuyển hố các hợp chất vơ cơ trong đất.
Có sự đóng góp tích cực đó là nhờ các chủng vi sinh vật đặc hiệu nhƣ:
* Vi sinh vật Cố định đạm
Trong khí quyển của trái đát khí nitơ chiếm khoảng 76%, con ngƣời, động vật, thực vật đều cần đạm. Song đại đa số sinh vật đều khơng sử dụng trực tiếp khí nitơ, chỉ có nhóm vi sinh vật cố định nitơ là có khả năng này.
Hàng năm, nhu cầu về Nitơ đối với cây trồng trên toàn thế giới là hàng trăm triệu tấn. Tuy nhiên, phân bón hố học chỉ mới đáp ứng đƣợc khoảng 30%, lƣợng cịn lại là do q trình cố định nitơ phân tử cung cấp [15].
Khả năng cố định đạm của vi khuẩn cố định đạm hội sinh Azospirillum đƣợc Beijerinck phát hiện từ năm 1922, nhƣng vai trị của nó trong hoạt động cố định đạm vùng rễ của cây hòa thảo chỉ đƣợc biết đến vào những năm của thập kỷ 70 nhờ vịêc tìm ra nơi trú ngụ của chúng. Năm 1976 đã phát hiện thấy Azospirillum bên trong và bên trong bề mặt của mô rễ, tạo ra mối quan hệ cộng sinh với cây, chúng có thể tồn tại trong đất vùng rễ, trên bề mặt rễ. Đây là loài vi khuẩn có khả năng cố định đạm khá lớn, chúng nhận các chất hữu cơ nhƣ Pectin, Axit hữu cơ làm nguồn dinh dƣỡng để phát triển và cố định đạm, đồng thời cung cấp các hợp chất chứa nitơ cho cây chủ [21]. Hiện nay, ngƣời ta đã sản xuất ra các phân vi sinh vật cố định đạm cho cây hoà thảo, đặc biệt là cây lúa mang tên là Azogin và đã đƣợc triển khai cho các cây trồng khác nhau ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, có thể tăng năng suất cây trồng từ 5 - 15% [42].
Chế phẩm vi khuẩn nốt sần đã đƣợc sản xuất từ rất lâu trên thế giới. Năm 1896 ở Đức lần đầu tiên chế ra loại chế phẩm gọi là Nitrazin, ở Mỹ sản xuất chế phẩm Nitroculture, ở Anh sản xuất loại phân Nitrbacterin [10]. Tới nay hầu hết các nƣớc đều sử dụng chế phẩm vi khuẩn nốt sần cho cây bộ đậu đặc biệt là cây đậu tƣơng.
Tuy nhiên khả năng làm giàu đạm cho đất tuỳ thuộc vào các loại cây trồng [16].
- Đậu đũa, đậu răng ngựa (Vicia faba) cố định đƣợc 45– 552 kg
N/ha/năm.
- Đậu Hà Lan (Pirum rativum) cố định đƣợc 52 – 77 kgN/ha/năm. - Đậu xanh (Phaseolas aureus) cố định đƣợc 63 – 342 kgN/ha/năm. - Đậu tƣơng (Glycine max) cố định đƣợc 179kgN/ha/năm.
- Đậu triều (Cajanus Cajian) cố định đƣợc 168 – 280 kg N/ha/năm. - Cỏ ba chẽ, cỏ 3 lá (Trifolium spp): có khả năng cố định đƣợc 291
kgN/năm.
Vi sinh vật cố định đạm tự do trong khơng khí đã đƣợc biết đến từ lâu. Ngƣời ta đã sử dụng chúng để làm phân vi sinh vật Azotobactrin, dùng để xử lý cho hạt giống, chế khô nuôi cấy trong đất hoặc trộn với than bùn để bón vào đất. Tuy nhiên hiệu lực của chúng không ổn định, năng suất chỉ tăng từ 5 - 10% [27].
Ngoài ra, vi khuẩn Lam (Cyanobacteria) cộng sinh với Bèo hoa dâu (Azolia) có khả năng cố định đƣợc 20 - 30 kg N/ha/vụ trên luống ngập nƣớc.
Có tất cả 1400 lồi vi khuẩn Lam, trong đó có rất nhiều lồi có khả năng cố định đạm. Ở các nƣớc nhƣ Nhật Bản, Ấn Độ, Senegan, Trung Quốc, Ý, Ai Cập, chúng đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn đạm sinh học [42].
* Vi sinh vật phân giải lân
Vi sinh vật phân giải lân là nhóm các vi sinh vật (vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm sợi), có khả năng phân hủy các hợp chất Phospho khó tan đã có sẵn trong
đất hoặc bón vào đất thành dạng dễ tan mà cây trồng có thể hấp thụ đƣợc. Các lồi vi sinh vật phân giải lân có thể kể đến: Preudomonas, Flavo.Bacterinin, Pennicilium..... [10].
Vai trò của vi sinh vật phân giải lân đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới biết đến từ những năm 50 - 60, với các cây ngũ cốc nhƣ kiều mạch, đại mạch và ngô [27]. Vi sinh vật phân giải lân không chỉ làm tăng năng suất mà còn làm tăng hiệu quả của phân lân vô cơ từ 15 - 30%. Tuy nhiên, tùy từng loại đất mà phản ứng của cây trồng đối với vi sinh vật phân giải lân có khác nhau. Năng suất cây trồng tăng hơn đối chứng ở vùng đất chua khoảng 9 - 27%. Một số thử nghiệm khi bón quặng phot phat cho thấy sử dụng vi sinh vật phân giải lân có thể tiết kiệm đƣợc 50kg P2O5/ha/vụ. Chúng có thể làm tăng năng suất rau quả từ 5 - 30%, ngồi ra cịn làm tăng chất lƣợng nơng sản [10] .
Bón phân vi sinh vật phân giải lân nhằm góp phần đẩy nhanh q trình phân giải hợp chất Phospho khó tiêu thành dễ tiêu đối với cây trồng, qua đó làm giảm các tổn thất to lớn cho q trình bay hơi rửa trơi gây ra. Nó là một biện pháp cải tạo đất và nâng cao độ phì nhiêu của đất, nâng cao năng suất cây trồng, bảo vệ môi trƣờng sinh thái và giảm đƣợc rất nhiều chi phí so với sử dụng phân hóa học.
* Vi sinh vật phân giải xenlulo
Xenluloza là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật. Ở cây bông, xeluloza chiếm tới 90%, ở các cây gỗ nói chung xeluloza chiếm 40 – 50%. Hàng ngày, hàng giờ, một lƣợng lớn xeluloza đƣợc tích lũy trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết đi, cành lá rụng xuống, rễ cây đã thu hoạch ở trong đất [10]. Số lƣợng xác thực vật đƣa vào đất hàng năm trên mỗi ha đối với rừng là 5 - 9 tấn, đối với cánh đồng nhiệt đới là 10 - 15 tấn, đồng cỏ ôn đới là 6 - 10 tấn, thảo nguyên là 1,5 tấn [27].Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy xelulozo nhờ có hệ
enzim xelulozo ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh nhất vì nó tiết ra mơi trƣờng một lƣợng lớn enzim đầy đủ các thành phần. Các nấm mốc cũng có hoạt tính phân giải xelulozo đáng chú ý là Tricoderma [42], Để nâng cao hiệu quả xử lý chất xơ có thể dùng hỗn hợp của các giống nấm hoặc hỗn hợp nấm- vi khuẩn- xạ khuẩn [24], chế phẩm vi sinh vật xử lý tàn dƣ thực vật trên đồng ruộng với thời gian 21- 30 ngày [45]. Nhiều lồi vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xelulozo.
- Nhóm vi khuẩn hiếu khí bao gồm : Psendomonas, Xellulomon, Achromobacter.
- Nhóm vi khuẩn kỵ khí bao gồm Clostridium [10].
Ngoài vi nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm cũng có khả năng phân hủy xelulozo. Ngƣời ta thƣờng dùng xạ khuẩn Treptamyees trong việc phân hủy rác thải sinh hoạt, những xạ khuẩn này thƣờng thuộc nhóm ƣa nóng, sinh trƣởng, phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45 - 500C rất thích hợp với quá trình ủ rác thải [42].
Trong sản xuất phân bón vi sinh, ngồi các chủng vi sinh vật cố định đạm, phân giải lân thì việc phối trộn thêm các loại vi sinh vật phân giải Xelluloza sẽ làm tăng thêm hiệu quả sử dụng phân phức hợp hữu cơ vi sinh. Sử dụng vi sinh vật phân giải Xelluloza sẽ làm tăng khả năng phân giải Xelluloza để tạo ra chất mùn, tăng độ phì nhiêu của đất, duy trì sự cân bằng và ổn định trong chu kỳ chuyển hóa cacbon của tự nhiên góp phần cải tạo mơi trƣờng sinh thái.
* Vai trò của xạ khuẩn
- Xạ khuẩn có vai trị quan trọng trong q trình hình thành đất và tạo ra độ phì nhiêu của đất, chúng đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau trong việc làm màu mỡ thêm cho đất.
- Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các q trình chuyển hố và phân giảI nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp và bền vững nhƣ xenlulo, chất mùn kitin, kerati, lignin…
- Hầu hết xạ khuẩn thuộc giống Acinomyces, có khả năng hình thành
chất kháng sinh nhƣ streptomixin, oreomyxin, tetraxyclin, teramyxin… đây là một đặc điểm quan trọng nhất của xạ khuẩn, nên đƣợc sử dụng rộng rãi trong y học, thú y và bảo vệ thực vật.
- Trong quá trình trao đổi chất, xạ khuẩn cịn có thể sinh ra các chất hữu cơ nhƣ các loại vitamin nhóm B (B1, B2, B6, B12) một số axit hữu cơ nhƣ axit lactic, axit acetic và nhiều axit amin nhƣ axit glutamic, axit metionin, trytofan, lizin.
- Một số khác cịn có khả năng tạo thành chất kích thích sinh trƣởng của thực vật.
Vai trò của nấm
Nấm thƣờng sống hỗ sinh với vi khuẩn phân giải tinh bột và xellulo trong đất, sử dụng sản phẩm của quá trình phân giải xellulo của vi khuẩn, tạo thành các mắt xích phân giải chất hữu cơ trong đất. Chúng tồn tại trong đất quan hệ với thực vật và sinh vật khác tạo thành hệ sinh thái đất, góp phần quan trọng cho các q trình chuyển hố trong đất, tạo nên kết cấu và độ phì nhiêu của đất. Tuy nhiên cũng có một số loại nấm gây bệnh cho cây trồng.
Trong tất cả các hệ sinh thái: Đất đai là cơ chất đặc biệt, nó là cầu nối cho sự tác động tƣơng hỗ qua lại giữa động vật thực vật và vi sinh vật trên trái đất, là kho chứa vô tận nguồn dinh dƣỡng cho việc phát triển cây trồng, cho mọi hoạt động sống của vi sinh vật và các q trình chuyển hố vật chất, nó đóng góp vào sự thành cơng của nền nông nghiệp bền vững (Pimental etal…
1992, Smith 1974). Chất lƣợng của đất bao gồm thành phần hoá học, vật lý, sinh học cùng với mối quan hệ của chúng. Trong đó vi sinh vật đóng vai trị quan trọng trong việc tạo mùn, tham gia vào chu trình tuần hồn vật chất tạo nên độ phì của đất (Arshad and Coen. 1992).
Mỗi loại cây trồng đều có liên quan trên nhiều mặt với một tập đoàn các loại vi sinh vật nhất định, bao gồm cả những loại có ích và có hại. Vì vậy ngay từ khi quy hoạch sản xuất nơng lâm nghiệp, bố trí cây trồng, tác động các biện pháp kỹ thuật cần chú ý đến vấn đề này để có thể đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao.
Trong đất lúa nƣớc có mặt tất cả các nhóm vi khuẩn cố định nitơ: hiếu khí, kỵ khí khơng bắt buộc, kỵ khí bắt buộc, vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn sống tự do và cộng sinh. Các nhóm vi khuẩn này làm giàu nitơ sinh học cho đất lúa hàng năm khoảng 15-50kg N/ha.
Như vậy vi sinh vật có vai trị vơ cùng quan trọng trong sản xuất nông nghiệp:
Chế phẩm vi sinh vật không gây hại đến sức khỏe của ngƣời, vật nuôi và cây trồng. Không gây ô nhiễm môi trƣờng sinh thái.
Chế phẩm vi sinh vật có tác dụng cân bằng hệ vi sinh vật trong môi trƣờng sinh thái.
Chế phẩm vi sinh vật không làm chai đất, mà làm tăng độ phì nhiêu của đất. Chế phẩm vi sinh vật đồng hóa các chất dinh dƣỡng cho cây trồng, tăng năng suất và chất lƣợng nơng sản phẩm.
Chế phẩm vi sinh vật có tác dụng làm tăng sức đề kháng của cây trồng. Chế phẩm vi sinh vật phân huỷ chuyển hoá các chất hữu cơ bền vững, các phế thải sinh hoạt, phế thải nông công nghiệp làm sạch môi trƣờng.