của vi sinh vật đất trong hệ sinh thái nông nghiệp bền vững
2.4.1.1. Khái niệm về phân bón vi sinh vật, phân hữu cơ vi sinh
Phân bón vi sinh vật: là sản phẩm chứa 1 hay nhiều loài vi sinh vật sống đã đƣợc tuyển chọn có mật độ đảm bảo các tiêu chuẩn đã ban hành, có tác dụng tạo ra các chất dinh dƣỡng hoặc các hoạt chất sinh học có tác dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nâng cao năng suất, chất lƣợng nông sản hoặc cải tạo đất. Các loại phân bón vi sinh vật có thể kể đến là phân vi sinh vật cố định nitơ - đạm sinh học (Nitragin; Azotobacterin, Azospirillum), phân vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan - phân lân vi sinh (Photphobacterin), chế phẩm nấm rễ, chế phẩm tảo lam.... (Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2003) [29].
Phân hữu cơ vi sinh: là một loại sản phẩm đƣợc tạo thành thông qua quá trình lên men vi sinh vật các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau (phế thải nông, lâm nghiệp, phế thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đô thị, phế thải sinh hoạt...), trong đó các hợp chất hữu cơ phức tạp dƣới tác động của vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học của chúng đƣợc chuyển hoá thành mùn.
2.4.1.2. Vai trò vi sinh vật đất trong hệ sinh thái nông nghiệp bền vững
Vi sinh vật đất đóng vai trò rất quan trong trong quá 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 dinh 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 hoá các hợp chất vô cơ trong đất.
Hàng loạt các công trình nghiên cứu đã khẳng định: đất là môi trƣờng thuận lợi nhất cho sinh trƣởng và phát triển của các loài vi sinh vật. Trong thành phần sinh vật đất, vi khuẩn chiếm tới 90%, trong thành phần các bon hữu cơ của đất vi sinh vật chiếm khoảng 2%. Số lƣợng vi sinh vật trong mỗi gam đất có tới hàng triệu, hàng tỷ và thậm chí lên tới vài chục tỷ tế bào. Vi khuẩn là nhóm chiếm số lƣợng lớn nhất trong đất (106 - 1010 tế bào/g đất) nhƣng vì kích thƣớc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
quá nhỏ (vào khoảng 1µ) nên chúng chỉ chiếm không quá 20% trọng lƣợng của vi sinh vật trong đất. Sau đó đến xạ khuẩn với số lƣợng khoảng 107, vi nấm 104 -106 tế bào/g đất và hàng loạt các nhóm khác với số lƣợng ít hơn (Dilly.O and Blume. H.P,1998; Powlson D.S, 1975) [44], [57].
Vi sinh vật đất tham gia trực tiếp vào quá trình phân giải xác động vật.... Các nhà nghiên cứu mùn theo quan điểm sinh học đều khẳng định vai trò không thể thiếu đƣợc của vi sinh vật trong quá trình tạo thành mùn. Tát cả các phản ứng sinh hoá đƣợc thực hiện nhờ các enzim do vi sinh vật sinh ra (Kononova M.M,and Alexandrova I.V,1984) [52].
Các niêm dịch chất nhầy của vi khuẩn Pseudomonas có tác dụng rất lớn trong việc kết gắn tạo ra cấu trúc bền của đất (Katoh K và Itoh K, 1983) [50]. Sự kết gắn của các chất nhầy trong vi khuẩn liên quan đến sự có mặt của các chất polisacarit, aminosaccarit.
Khu hệ vi sinh vật trong đất lúa nƣớc, đặc biệt là vi sinh vật vùng rễ lúa có khả năng hoà tan phốt phát vô cơ khó tan để làm giầu lân dễ tiêu cho đất (Gerrtsen F.C, 1948; Guyer G E,1970; Pareek R.P A.C,1973) [46], [47], [56].
* Vi sinh vật cố định đạm
Khí nitơ chiếm khoảng 78,16% thể tích không khí bao quanh chúng ta. Con ngƣời, động vật, thực vật đều cần đạm. Song sống giữa bầu không khí mênh mông đạm nhƣ vậy tuyệt đại đa số sinh vật đều không sử dụng trực tiếp khí nitơ, chỉ có nhóm vi sinh vật cố định nitơ là có khả năng này.
Theo Lê Văn Khoa và cộng sự (1998), hàng năm, nhu cầu về nitơ đối với cây trông trên toàn thế giới là hàng trăm triệu tấn. Tuy nhiên, phân bón hoá học chỉ mới đáp ứng đƣợc khoảng 30%, lƣợng còn lại là do quá trình cố định đạm nitơ phân tử cung cấp [16].
Theo Lê Văn Tri (2002), khả năng cố định đạm của vi khuẩn cố định đạm hội sinh Azospirillum đƣợc Beijerinck phát hiện từ năm 1922, nhƣng vai trò của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nó trong hoạt động cố định đạm vùng rễ của cây hoà thảo chỉ đƣợc biết đến vào những năm của thập kỷ 70 nhờ việc tìm ra nơi trú ngụ của chúng. Năm 1976 đã phát hiện thấy Azospirillum bên trong bề mặt của mô rễ, tạo ra mối quan hệ hội 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. 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% [35].
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 phầm Nitroculture, ở Anh sản xuất loại phân Nitrobacterin (Nguyễn Đƣờng và cộng sự, 1999) [11]. 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 (Lê Văn Tri, 2002) [35].
- Đậu đũa, đậu răng ngựa (Vicia faba) cố định đƣợc 45 - 55kgN/ha/năm. - Đậu Hà lan (Pirum rativum) cố định đƣợc 52 - 77kgN/ha/năm. - Đậu xanh (Phaseolas aureus) cố định đƣợc 63 - 342kgN/ha/năm. - Đậu tƣơng (Glycine max) cố định đƣợc 179kgN/ha/năm.
Vi sinh vật cố định đạm tự do trong không 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 hoặc 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% (Lê Văn Tri, 2004) [36].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
* 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 huỷ 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 loài vi sinh vật phân giải lân có thể kể đến: Preudomonas, Flavo.Bacterinin, Pennicilium.... [11].
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. 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, tuỳ từng loại đất mà phản ứng của 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%, ngoài ra còn làm tăng chất lƣợng nông sản [11].
Bón phân vi sinh vật phân giải lân nhằm góp phần đẩy nhanh quá 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 quá trình bay hơi rửa trôi 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 hoá học.
* Vi sinh vật phân giải xenlulo
Xenluloza là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật. Ở cây bông,
xenluloza chiếm tới 90%, ở các cây gỗ nói chung xenlulozs chiếm 40 - 50%. Hàng ngày, hàng giờ một lƣợng lớn xenluloza đƣợc tích luỹ 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 [11]. Số lƣợng xác thực vật đƣa vào đất hàng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
năm trên mỗi ha đối với rừng là 5 - 9 tấn, đối với cánh đồng nhiệt đới là 10 - 15 tấn, đồng cỏ ổn đới là 6 - 10 tấn, thảo nguyên là 1,5 tấn. Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenlulo nhờ có hệ enzim xenluloza ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh nhất vì nó tiết ra môi trƣờng một lƣợng lớn enzim đầy đủ các thành phần. Các nấm mốc cũng có hoạt tính phân giải xenluloza đáng chú ý là Tricoderma
[31]. 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 [18], chế phẩm vi sinh vật xử lý tàn dƣ thực vật trên đồng ruộng với thời gian 21 - 30 ngày [28]. Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza.
- Nhóm vi khuẩn hiếu khí bao gồm: Psendomonas, Xellulomon, Achromobacter.
- Nhóm vi khuẩn kỵ khí bao gồm Clostridium [11].
Ngoài vi nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm cũng có khả năng phân huỷ
xenluloza. Ngƣời ta thƣờng dùng xạ khuẩn Treptamyees trong việc phân huỷ rác thải sinh hoạt, những xạ khuẩn này thƣờng thuộc nhóm ƣa nóng, sinh trƣởng, phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45 – 500
C rất thích hợp với quá trình ủ rác thải [31].
Trong sản xuất phân bón vi sinh, ngoài các chủng vi sinh vật cố định đạm, phân giải lân thì việc phối trộn thêm các loại vi sinh vật phân giải
xenluloza sẽ làm tăng thêm hiệu quả sử dụng phân phức hợp hữu cơ vi sinh. Sử dụng vi sinh vật phân giải xenluloza sẽ làm tăng khả năng phân giải xenluloza để tạo ra chất mùn, tăng độ phì nhiêu của đất, duy trì sự cân bằng và ổn định trong chu kỳ chuyển hoá cacbon của tự nhiên góp phần cải tạo môi trƣờng sinh thái.
* Vai trò của xạ khuẩn
Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá 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 đât.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hóa và phân giải nhiều hợp chất hữu cơ phức tập và bền vững nhƣ xenluloza, chất mùn kitin,
kerati, lignin….
Hầu hết xạ khuẩn thuộc giống Actinomyces, có khả năng hình thành chất kháng sinh nhƣ streptomixin, oreomỹin, 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 còn 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 glutamic, metionin, tryptophan, lyzin.
* Vai trò của nấm
Chúng thƣờng sống hỗ sinh với vi khuẩn phân giải tinh bột và xellulo
trong đất, sử dụng sản phẩm của quá trình phân giả xellulo của vi khuẩn, tạo thành các mắt xích phân giải hữu cơ trong đất. Chúng tồn tại trong đất quan hệ với thực vật và sinh vật khác tạo thành hệ sinh thải đất, góp phần quan trọng cho các quá trình chuyển hóa trong đất, tạo nên kết cấu và độ phì nhiêu của đất, nhất là nhiều loài thuộc các chi Trichoderma, Mucor… có tác dụng cải thiện kết cấu đất. Tuy nhiên cũng có một số loại nấm gây bệnh cho cây trồng (Hoàng Lƣơng Việt, 1978; Kjoller A and Struwe S, 1982) [40], [51].
Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mặt xích trọng yếu trong sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất. Nếu không có vi sinh vật hay một lý do nào đó mà hoạt động vi sinh vật trong tự nhiên ngừng lại thì dù chỉ một thời gian ngắn cũng có thể làm ngừng mọi hoạt động sống khác trên trái đất. Thật vậy, ngƣời ta đã tính toán nếu không có hoạt động sống của vi sinh vật để cung cấp CO2 cho khí quyển thì lƣợng CO2 đến một lúc nào đó sẽ cạn hết. Lúc bấy giờ cây xanh không thể quang hợp đƣợc, sự sống của các loài sinh vật khác không tiến hàng bình thƣờng đƣợc, bề mặt trái đất sẽ biến thành lạnh lẽo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đồi với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất lớn. Thực tiễn đồng ruộng, đồi núi, sông ngòi là những hệ sinh thái thƣờng xuyên chịu tác động của con ngƣời và vi sinh vật. Vi sinh vật tham gia tích cực vào sự phân giải các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa các chất khoáng, cố định nitơ phân tử để làm giàu thêm dự trữ nitơ của đất. Trong hoạt động sống, vi sinh vật còn sinh ra nhiều chất hoạt động sinh học có tác dụng trực tiếp đối với quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng. Các chất hoạt động sinh học này (axit amin, vitamin, enzym, chất kháng sinh, độc tố… ) tích lũy trong vùng rễ cây trồng, làm tăng cƣờng sự phát triển của loài cây phù hợp với khu hệ sinh vật này và làm hạn chế sự phát triển của các loài cây khác. Ngƣời ta còn nhận thấy nếu không có vi sinh vật giúp cây trồng tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra quanh bộ rễ thì một số các sản phẩm này sẽ đầu độc trở lại cây trồng (Jones P.T.C and Mollison J.L, 1984; Mishustin E.N and Naumova A.N, 1956) [49], [55].
Trong quá trình thực hiện các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, ở mỗi khâu vai trò của vi sinh vật đều nổi lên khá rõ rệt. Vì vậy, để có thể đạt hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất nông lâm nghiệp không thể không chú ý đến hoạt động của vi sinh vật.
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 nông lâm nghiệp, bố trí cây trồng cần chú ý đến vấn đề này để có thể đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao (Nguyễn Nhƣ Thanh, Nguyễn Xuân Thành, 2000) [30].
Vi sinh vật vùng rễ làm tăng khả năng hút ion khoáng của cây, nhất là sự hút và vận chuyển P trong cây. Vi khuẩn Rhizobium tập trung nhiều ở vùng rễ cây họ đậu, vi nấm và xạ khuẩn phát triển mạnh ở vùng rễ cây rừng. Vi khuẩn cố định nitơ tự do Azotobacter gặp nhiều ở vùng rễ lúa, bèo hoa dâu. Những vi sinh vật hoại sinh phân bố ít trong vùng rễ nhƣng lại tập trung nhiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trong lông hút mô rễ (Mishra P.C, 1989; Pareek R.P, and Gaur A.C, 1973) [54], [56].
Trong đất lúa nƣớc có mặt tất cả các nhóm vi khuẩn cố định nitơ: hiếu khí, kỵ khi không 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