Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.3. Vai trò của vi sinh vật trong cải tạo môi trường đất và sản xuất nông nghiệp
2.3.4. Vi sinh vật phân giải lân (phân giải photphat canxi)
Cùng với chất hữu cơ, vi sinh vật sống trong đất, nước và vùng rễ cây có ý nghĩa quan trọng trong các mối quan hệ giữa cây trồng, đất và phân bón. Hầu như 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, giải phóng chất dinh dưỡng vô cơ từ hợp chất khó tan hoặc tổng hợp chất dinh dưỡng từ môi trường...) (Nguyễn Xuân Thành và cs., 2007).
Lân trong đất gồm 2 dạng chính: Lân hữu cơ có trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật thường gặp ở các hợp chất chủ yếu như phytin (phytin và các chất họ hàng: inositol, inositolmonophosphate, inositoltriphosphate), phospholipit, axit nucleic. Dạng thứ 2 là Lân vô cơ, thường ở trong các dạng khoáng như apatit, phosphoric, phosphate sắt, phosphate nhôm, cây trồng muốn sử dụng được phải qua chế biến để trở thành dạng dễ tan dưới tác dụng của vi sinh vật (Phạm Văn Toản và Phạm Bích Hiên, 2015). Hiện nay, trên thị trường
có hai loại là lân tự nhiên (như Apatit, Phosphorit) và lân chế tạo (như Super lân, Lân nung chảy).
Lân thường được bón vào đất dưới dạng các loại phân khoáng. Tuy nhiên, một lượng lớn phân lân khi đưa vào đất bị cố định lại ngay lập tức và cây trồng không thể hấp thụ được. Điều đó dẫn đến dư thừa lượng lớn phân lân trong đất canh tác, làm giảm hiệu quả kinh tế của hoạt động sản xuất và là nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường đất làm mất cân bằng sinh thái hệ vi sinh vật đất. Các nhà khoa học dự báo rằng, đá phốt phát nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân sẽ bị cạn kiệt trong tương lai. Rất ít nước trên thế giới sở hữu nguồn đá này, tập trung chủ yếu ở Mỹ và Trung Quốc, hai quốc gia xuất khẩu đá phốt phát lớn nhất thế giới. Giá thành của nguồn nguyên liệu này chịu ảnh hưởng rất lớn từ chính sách xuất khẩu của các quốc gia. Như chúng ta từng thấy giá của nó tăng lên gấp 8 lần vào năm 2008 do Trung Quốc ngừng việc xuất khẩu lại. Trữ lượng nguồn đá này tại Việt nam ít, nhưng việc khai thác ngày càng tăng mạnh trong những năm gần đây dẫn tới suy kiệt nguồn tài nguyên. Do đó, chỉ có cách quản lý và sử dụng hợp lý phân bón phốt phát mới đảm bảo an toàn và an ninh lương thực trong điều kiện dân số Việt Nam ngày càng tăng.
Trong đất thường tồn tại các vi sinh vật có khả năng hoà tan lân với tên tiếng anh PSM (phosphate solubilizing microorganisms). Phạm Văn Toản và Phạm Bích Hiên (2015) đã phân lập, tuyển chọn được một số chủng nấm mốc, nấm men và vi khuẩn có khả năng phân giải lân và sản xuất phân bón vi sinh. Các VSV phân giải hợp chất photpho khó tan được biết đến nay là các loài: Pseudomonas, Micrococus, Bacillus, Flavobacterium, Penicillium, Sclerotium, Aspergillus. Các VSV này không chỉ phân giải photphat canxi mà cả photphat nhôm, sắt, mangan và các dạng khác kể cả quặng. Nhiều VSV phân giải lân có khả năng tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật, một số khác có khả năng đối kháng VSV gây bệnh vùng rễ cây trồng. Đại đa số các nghiên cứu đều cho rằng, sự phân giải photphat canxi (Ca3(PO4)2) có liên quan mật thiết với sự sản sinh axit trong quá trình sống của vi sinh vật. Trong đó, axit cacbonic (H2CO3) giữ vai trò rất quan trọng trong phân giải Ca3(PO4)2. Ngoài ra,vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2 (Võ Thị Lài, 2006).
Kết quả nghiên cứu ở nhiều nơi cho thấy phân vi sinh vật phân giải photphate khó tan có thể nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân khoáng lên 20 % –
30 % so với đối chứng đồng thời có tác dụng nâng cao năng suất cây trồng 5 %– 10 % tùy loại đất trồng và cây trồng. Việc sử dụng vi sinh vật phân giải lân có thể thay thế 30 % – 50 % lượng lân cần bón bằng quặng phosphorit với hàm lượng lân tổng số tương đương mà năng suất cây trồng không bị giảm sút. Ngoài tác dụng phân giải lân ,vi sinh vật phân giải lân còn có khả năng sản sinh ra các chất kích thích sinh trưởng thực vật hoặc các chất kháng sinh giúp cây trồng phát triển tốt hơn, chống chịu tốt hơn đối với điều kiện bất lợi từ bên ngoài (Nguyễn Thị Phương Chi, Phạm Thanh Hà, 1999).
Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ
Sự chuyển hóa các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4 (Stoklaza , 1991) theo sơ đồ sau :
- Nucleoprotein -> Nuclein -> acid nucleic -> Nucleotic -> H3PO4 - Lơxitin -> Glixerphosphate -> H3PO4
Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ chủ yếu gồm các chủng
Bacillus và Pseudomonas. Ngoài ra còn có một số xạ khuẩn và nấm khác.
Đáng chú ý là B. megaterium var phosphatsum có khả năng phân giải lân hữu cơ cao (Võ Thị Lài, 2006). Đồng thời B. megaterium còn có khả năng hình thành bào tử nên sức sống rất mạnh (Nguyễn Hữu Hiệp, 2009)
Vi sinh vật phân giải lân vô cơ
Nhiều vi khuẩn như Bacillus megaterium, Bacillus mycoides, Bacillus
butyricus, Pseudomonas fluorescens, vi khuẩn nitrat hóa, một số vi khuẩn hệ rễ,
xạ khuẩn có khả năng phân giải Ca3(PO4)2 và bột apatit. Khả năng phân giải lân vô cơ liên quan mật thiết tới sự sản sinh axit của vi sinh vật. Quá trình lên men tạo ra axit cacbonic, là axit chủ yếu thúc đẩy quá trình hòa tan lân vô cơ (Minh.D, Anh V.T, 2003).
Ca3(PO4)2 + H2CO3 + H2O → Ca(PO 4)2H2O + Ca(HCO3)2
Trong đất, vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2 . Vì trong quá trình sống, các vi khuẩn này tích lũy trong đất HNO3 và H2SO4. Quá trình hòa tan có thể biểu thị theo phương trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4 HNO3 = Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(NO3)2 Ca (PO ) + 2 H SO =Ca(H PO ) + 2CaSO
Đối với nấm thì Aspergillus niger cho khả năng phân giải lân mạnh nhất. Ngoài ra còn có một số chủng khác như Penicillin, Rhizopus… (Minh D., Anh V. T., 2003).