2.4.1. Giới thiệu về vi sinh vật hữu hiệu EM
Vi sinh vật hữu hiệu EM (Effective Microoganisms) là tập hợp các loài vi sinh vật có ích, gồm các nhóm (vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn Bacillus, vi khuẩn
Lactic, nấm men, xạ khuẩn) sống cộng sinh trong cùng môi trường, khi được bổ sung vào môi trường sẽ góp phần cải thiện môi trường sống.
Ví dụ: Đối với môi trường đất có thể áp dụng chúng như là một chất nhằm tăng cường tính đa dạng của hệ vi sinh vật đất, bổ sung các vi sinh vật có ích vào môi trường tự nhiên, giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do các vi sinh vật có hại gây ra. Kết quả là nó có thể cải thiện chất lượng và làm tốt đất, tăng cường hiệu quả sử dụng các chất hữu cơ của cây trồng.
Công nghệ EM (Effective microorgannic) đã được bắt đầu nghiên cứu bởi Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa vào những năm 1970. Ông đã phân lập, nuôi cấy trộn lẫn các vi sinh vật có ích được tìm thấy trong môi trường và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và thực phẩm…Ông đã kiên trì đấu tranh cho quan điểm mở rộng các chế phẩm sinh học, giảm thiểu tiến tới đẩy lùi việc sử dụng phân bón hoá học, thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh bằng hoá học. Ông và các cộng sự sau khi nghiên cứu thành công đã đảm nhiệm phân lập, nhân giống và cung cấp công nghệ, kỹ thuật, xây dựng các Trung tâm nghiên cứu công nghệ EM và tham gia xây dựng nhà máy sản xuất chế phẩm EM tại nhiều nước trên thế giới. Hiện nay có trên 80 nước ứng dụng chế phẩm sinh học EM trong sản xuất nông nghiệp và xử lý môi trường. Chế phẩm EM được chính thức đưa vào Việt Nam từ tháng 4
Chế phẩm EM được tạo ra không phải bằng kỹ thuật di truyền và cũng không chứa các loài vi sinh vật được tạo ra bởi kỹ thuật di truyền. EM rất an toàn, rẻ tiền, và ứng dụng có hiệu quả, cải thiện tốt môi trường. Các vi sinh vật tạo ra một môi trường sinh thái đồng nhất, sản sinh ra nhiều sản phẩm khác nhau cùng sinh trưởng, phát triển. Mỗi loại vi sinh vật trong chế phẩm EM có chức năng họat động riêng của chúng. Các vi sinh vật này đều là những vi sinh vật có lợi chung sống trong cùng một môi trường, chúng sống cộng sinh với nhau, cùng hỗ trợ nhau do vậy hiệu quả của hoạt động tổng hợp của chế phẩm tăng lên rất nhiều. Trong đó loài vi khuẩn quang hợp đóng vai trò chủ chốt, sản phẩm của quá trình quang hợp là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho các loài khác trong chế phẩm EM. Việc sản xuất vi sinh vật từ phế phụ phẩm khá đơn giản và dễ thực hiện: xử lý thô nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp và các nhà máy chế biến, phối trộn với chế phẩm EM gốc và một vài phụ liệu khác như đạm, kali, rỉ mật…, độ ẩm cuối cùng của hỗn hợp cần đạt từ 45 - 50%. Nguyên liệu dùng để sản xuất chế phẩm là tận dụng các loại phế phẩm nông nghiệp như: bột ngô, bột cám, vỏ trấu, lõi ngô, vỏ điều, mùn cưa,… với giá thành thấp, nhưng hiệu quả của sản phẩm mang lại giải quyết được nhiều vấn đề bức xúc của xã hội hiện nay (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.2. Thành phần và quá trình hoạt động của các vi sinh vật trong chế phẩm EM phẩm EM
Theo báo cáo của APNAN, trong chế phẩm EM có khoảng hơn 80 loài vi sinh vật cả kị khí và hiếu khí thuộc 10 chi khác nhau, chúng bao gồm: vi khuẩn quang hợp có chức năng tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và H2O, vi khuẩn cố định N2 sử dụng các chất hữu cơ của vi khuẩn quang hợp để chuyển hóa N2 trong không khí thành các hợp chất N2; Xạ khuẩn (sản sinh các chất kháng sinh ức chế vi sinh vật gây bệnh và phân giải chất hữu cơ), vi khuẩn Lactic (chuyển hóa thức ăn khó tiêu thành thức ăn dễ tiêu), nấm men (sản sinh các vitamin và các axitamin). Các vi sinh vật trong chế phẩm EM tạo ra một hệ thống vi sinh thái với nhau, tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau, chúng hỗ trợ lẫn nhau cùng sinh trưởng và phát triển (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.2.1. Vi khuẩn quang hợp
Là nhóm vi khuẩn tự dưỡng quang năng, có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển thành các năng lượng hóa học. Năng lượng này dùng để đồng hóa CO2 trong không khí tạo nên các chất hữu cơ, giúp vi sinh vật có thể tự
dưỡng hoàn toàn, không phụ thuộc vào sự cung cấp các chất hữu cơ từ bên ngoài làm nguồn dinh dưỡng. Vi khuẩn quang hợp có sắc tố trong tế bào, nhưng sắc tố quang hợp ở vi khuẩn không phải Clorofil như ở cây xanh mà bao gồm nhiều loại khác nhau như Bacteriochlorofil a, b, c, e, g…. mỗi loại có một phổ hấp thụ ánh sáng riêng.
Vi khuẩn quang hợp chiếm một tỷ lệ lớn nhất trong EM và nó cũng giữ vai trò chủ đạo trong quá trình hoạt động. Vi khuẩn quang hợp tổng hợp nên các hợp chất có lợi như axit amin, hoocmon sinh trưởng, một số vi khuẩn trong nhóm này có khả năng cố định Nito, phân giải Lân khó tiêu thành Lân dễ tiêu. Mặt khác trong quá trình tự dưỡng của mình, vikhuẩn quang hợp còn sử dụng các chất như H2S, NO3-… kết quả làm giảm mùi khó chịu gây ra bởi các sản phẩm chứa S cũng như sản phẩm biến đổi của quá trình khử NH3 (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
Hình 2.3. Sơ đồ chức năng của các vi sinh vật
Nguồn: Terua Higa (2002)
2.4.2.2. Vi khuẩn lactic
Vi khuẩn Lactic thuộc nhóm vi khuẩn gram (+), không tạo bào tử, hầu hết không di động, có hình thái khác nhau. Vi khuẩn lactic lên men kỵ khí bắt buộc, tuy nhiên chúng cũng có thể sinh trưởng được cả khi có mặt oxy đó là bọn sống từ kỵ khí tới hiếu khí. Vi khuẩn lactic thu nhận năng lượng nhờ quá trình phân giải kỵ khí đường, hyddrat cacbon với sự tích lũy axit lactic trong môi trường. Người ta đã ứng dụng quá trình lên men lactic rất rộng rãi để chế biến thức ăn chua, ủ thức ăn cho gia súc, sản xuất axit lactic. Chính vì vậy, vi khuẩn lactic
Axit hữu cơ Chất h/đ sinh Axit lắctic
NẤM VI KHUẨN LẮCTIC
Axit Amin Đường Axit hữu cơ
thành thức ăn dễ tiêu. Sau đây là những hoạt động của vi khuẩn lactic trong chế phẩm EM:
- Chuyển hoá các thức ăn khó tiêu thành thức ăn dễ tiêu.
- Vi khuẩn lactic sinh axit lactic, là chất khử trùng mạnh, nó tiêu diệt các vi sinh vật có hại và làm tăng sự phân huỷ các chất hữu cơ.
- Vi khuẩn Lactic làm tăng sự phân cắt các hợp chất chất hữu cơ như xenlluloza sau đó lên men chúng mà không gây ảnh hưởng có hại nào từ các chấthữu cơ không bị phân huỷ.
- Vi khuẩn Lactic có khả năng tiêu diệt sự hoạt động và truyền giống của
Fusarium, là loài gây bệnh cho mùa màng (làm yếu cây trồng, gia tăng mầm bệnh) (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.2.3. Xạ khuẩn
Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn trung gian giữa vi khuẩn và nấm thuộc nhóm
Prokaryot. Đa số vi khuẩn có cấu tạo dạng sợi, sợi liên kết với nhau thành khuẩn lạc phân nhánh phức tạp nhưng toàn bộ hệ sợi chỉ là một tế bào có nhiều nhánh, không có vách ngăn ngang.
Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất và chế phẩm EM (sau vi khuẩn và nấm). Chúng tham gia vào quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như xenlluloza, tinh bột có phầnkhépkín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.Do đặc tính này nên chế phẩm EM còn được ứng dụng trong quá trình chế biến phân huỷ rác. Xạ khuẩn còn sản sinh ra chất kháng sinh từ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn quang hợp và chất hữu cơ trong môi trường. Chất hữu cơ này có tác dụng diệt nấm và vi khuẩn gây hại. Xạ khuẩn có khả năng cùng tồn tại với vi khuẩn quang hợp trong chế phẩm EM. Do đó cả hai loại này đều làm tăng tính chất của môi trường đất bằng cách làm tăng hoạt tính sinh học của đất (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.2.4. Nấm men
Nấm men thuộc vi nấm, có cấu trúc đơn bào. Nấm men tham gia vào quá trình chuyển hóa vật chất, phân hủy các chất hữu cơ trong đất. Ngoài ra, nấm men còn tổng hợp các chất kháng sinh có ích cho sự sinh trưởng của cây trồng như axitamin và đường. Các chất có hoạt tính sinh học do nấm men tạo ra thúc đẩy tế bào hoạt động. Ngoài hoạt tính sinh lý, bản thân nấm men còn có rất nhiều
loại vitamin và các axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế. Do đặc tính này nên chế phẩm EM còn được dùng để bổ sung thức ăn cho gia súc tạo năng suất (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.2.5. Nhóm vi khuẩn Bacillus
Từ Bacillus nhằm miêu tả hình dáng của một nhóm vi khuẩn khi được quan sát dưới kính hiển vi. Nó xuất phát từ tiếng Latinh có nghĩa là hình que. Do đó, một số nơi gọi là khuẩn que. Trong chế phẩm EM nhóm vi khuẩn Bacillus có những vai trò như sau:
- Sản sinh ra các enzyme protease và amylase có vai trò tích cực trong việc phân giải các sản phẩm protein, tinh bột dư thừa trong môi trường chăn nuôi, giúp cải thiện chất lượng môi trường. Mặt khác các sản phẩm của sự phân giải như đường, axit amin lại có vai trò dinh dưỡng đối với cây trồng vật nuôi cũng như hệ vi sinh vật có lợi có mặt trong chế phẩm.
- Có khả năng cạnh tranh sinh học, giảm sự phát triển của Vibrio, vi khuẩn có hại và nguyên sinh động vật.
Ví dụ: Một loài trong chế phẩm EM đó là Lactobacillus acidophilus (có nghĩa vi khuẩn sữa yêu axít) là một loài trong chi Lactobacillus. L. acidophilus
phân hóa đường thành axít lactic. L. acidophilus là một trực khuẩn thường cư trú ở đường tiêu hóa của con người, có khả năng sinh ra acid lactic, do đó tạo ra một môi trường không thuận lợi cho sự phát triển của các vi khuẩn và nấm gây bệnh kể cả các vi khuẩn gây thối rữa. L. acidophilus đã được dùng trong nhiều năm để điều trị ỉa chảy chưa có biến chứng, đặc biệt do vi khuẩn chí ở ruột bị biến đổi do dùng kháng sinh. L. acidophilus sinh sản bằng cách chia đôi hay trực phân. Mặc dù không có hình thức sinh sản hữu tính (chỉ là sinh sản cận hữu tính) (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
2.4.3. Các dạng EM và công dụng của chúng * Dung dịch EM gốc (gọi là EM1) * Dung dịch EM gốc (gọi là EM1)
- Khái niệm: là chất lỏng có mầu nâu vàng với mùi dễ chịu, nếm có vị chua ngọt. Độ pH của dung dịch này < 3,5.
- Công dụng:
+ Dùng để sản xuất ra các loại EM thứ cấp
* Dung dịch EM thứ cấp (gọi là EM2)
- Khái niệm: là dung dịch được lên men từ EM1, rỉ đường và nước. - Công dụng:
+ Dùng trong trồng trọt và chăn nuôi, xử lý môi trường + Thời gian sử dụng: 3 - 6 tháng
Ví dụ: Để tiêu diệt các vi sinh vật gây mùi thối (sinh ra các loại khí H2S, SO2, NH3…) trong rác thải, chúng ta sử dụng chế phẩm EM thứ cấp phun trực tiếp vào rác thải, cống rãnh, toa lét, chuồng trại chăn nuôi... sẽ khử được mùi hôi một cách nhanh chóng. Đồng thời số lượng ruồi muỗi, ve các loại côn trùng bay khác cũng giảm hẳn. Chức năng phân hủy rác thải hữu cơ, tốc độ hóa mùn diễn ra nhanh hơn chỉ sau một ngày.
Chế phẩm EM có thể giúp cho hệ vi sinh vật tiết ra các emzyme phân hủy như lignin peroxidase, có khả năng phân hủy các hóa chất nông nghiệp tồn dư, môi trường được cải thiện. Đây là sản phẩm thân thiện môi trường phù hợp với xu hướng của xã hội hướng đến thay thế thuốc hóa học bằng chế phẩm sinh học.
* Chiết xuất cây trồng lên men bằng EM (gọi là EM - F.P.E)
- Khái niệm: là dung dịch chiết suất cây trồng được lên men từ EM1, rỉ đường, nước, và cỏ tươi.
- Công dụng:
+ Dùng trong trồng trọt, nhằm bổ sung chất dinh dưỡng cho cây trồng đồng thời ngăn ngừa bệnh và sâu hại;
+ Thời gian sử dụng: 7 ngày.
* Dung dịch E.M5
- Khái niệm: là dung dịch lên men từ EM1, rỉ đường, nước, rượu dấm và chiết suất từ một số loại thảo dược khác.
- Công dụng:
+ Dùng xua đuổi côn trùng, sâu hại, ngăn chặn bệnh tật, sâu hại cho cây trồng;
+ Thời gian sử dụng: 7 ngày.
* Các loại EM Bokashi
- Khái niệm: là hỗn hợp các chất hữu cơ lên men với EM, rỉ đường, nước. - Các dạng EM - Bokashi:
+ EM - Bokashi dùng trong chăn nuôi: hỗn hợp chất hữu cơ là cám gạo, cám ngô, bột tôm cá…
Ví dụ: trong chăn nuôi lợn, gà, trâu, bò.
Sử dụng EM - Bokashi cho lợn ăn đã làm tăng năng suất, chất lượng thịt có chiều hướng tốt hơn ở một số chỉ tiêu protein thô, khoáng tổng hợp.
Chế phẩm EM có tác dụng phòng chống và trị bệnh tiêu chảy ở lợn con trong giai đoạn bú sữa, sau cai sữa và 60 ngày tuổi. Sử dụng EM trong điều trị bệnh tiêu chảy ở lợn có hiệu quả kinh tế cao hơn và không có tác dụng xấu sau điều trị như các thuốc kháng sinh (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
Dùng EM để phòng trị bệnh tiêu chảy ở bò, trâu không ảnh hưởng đến sức khỏe, các trạng thái sinh lý, hệ thống vi sinh vật dạ cỏ và sữa bò. EM có tác dụng kháng khuẩn mạnh đối với các vi khuẩn Salmonellsa và E.coli. Điều trị bệnh ỉa chảy với liều lượng 3ml EM gốc/kg trọng lượng cơ thể trâu bò cho kết quả khỏi bệnh sau 2 - 3 ngày (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
+ EM - Bokashi dùng trong xử lý môi trường: hỗn hợp chất hữu cơ cám gạo, mùn cưa, cám bồi, bã mía nghiền nhỏ…
+ EM - Bokashi dùng trong trồng trọt: hỗn hợp chất hữu cơ là phân động vật cám, than, bùn, phân chuồng, rơm rác… hoặc các chất hữu cơ khác
Một số ứng dụng của chế phẩm EM Bokasi trong trồng trọt như sau:
Đối với cây lúa: sử dụng EM ở dạng Bokashi hoặc EM thứ cấp đều có tác dụng xúc tiến tăng trưởng và phát triển, rút ngắn thời gian sinh trưởng trong vụ xuân từ 7 - 9 ngày, vụ mùa từ 4 - 5 ngày (giống lúa CR203), tăng năng suất từ 5 - 10%, chống chịu với sâu bệnh tốt hơn. Kết quả thí nghiệm cho thấy có thể giảm 30% lượng phân bón vô cơ nếu sử dụng EM -Bokashi kết hợp với phun E.M thứ cấp (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
Đối với cây ngô: bón EM - Bokashi kết hợp phun EM thứ cấp đều có ảnh hưởng tốt đến sinh trưởng và phát triển của cây ngô: rút ngắn thời gian trổ cờ 2 - 3 ngày, ngô trỗ tập trung làm cho quá trình thụ phấn thuận lợi, năng suất tăng từ 12 - 28% (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
Cây đậu tương: EM có ảnh hưởng tốt đến các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển, tăng độ sâu rễ, tăng số lượng, trọng lượng nốt sần, tăng năng suất từ 15 - 19%; chất lượng hạt đậu tương cũng tăng, có thể giảm 30% lượng phân bón hóa học (NPK) (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
Cây rau: sử dụng EM làm tăng các chỉ tiêu cấu thành năng suất rau ăn lá, dẫn tới tăng năng suất trong thâm canh rau, tăng hiệu quả kinh tế. Chi tiêu NO3
rõ rệt. Công nghệ EM là khâu quan trọng trong sản xuất rau sạch (Nguyễn Quang Thạch, 2001).
+ Thời gian sử dụng tùy theo từng loại song tốt nhất là trong vòng 30 ngày sau khi kết thúc công đoạn sản xuất.
Từ những kết quả ứng dụng của công nghệ EM, nhiều quốc gia đã triển khai dưới sự trợ giúp của Nhà nước như: Pakistan, Myanma, Indonesia, Thai Lan, Ai cập, Cộng hòa dân chủ nhân dân Triều Tiên. Ở một số nước do các tổ chức phi chính phủ chủ trì như: Brazil, Nepal, Scrilanca, Bỉ, Hà Lan…Những nước khác do các công ty hoặc các trường Đại học đứng ra tổ chức các công việc đào tạo, huấn luyện, nghiên cứu, ứng dụng, chuyển giao công nghệ hoặc bán sản phẩm của EM (Việt Nam).
Nguyên tắc ứng dụng công nghệ EM ở các nước đều trải qua các giai đoạn như:
- Giai đoạn 1: huấn luyện, chuyển giao công nghệ, chế tạo thử EM và thử