Nghiên cứu biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc

Luận văn thạc sĩ phân tích vnua nghiên cứu biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi

• Tác giả: Dương Khôi Khoa
• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Thị Minh
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. THESIS ABSTRACT
• 7. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 8. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
• 9. PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
• 10. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 11. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 11.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT DỐC, ĐẤT TRỐNG ĐỒI TRỌC TẠI VIỆT NAM

Tóm tắt

I. Tổng quan về biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học

Biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học đang trở thành một trong những giải pháp hiệu quả để bảo vệ đất dốc. Đất dốc là một trong những loại đất dễ bị xói mòn và thoái hóa, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Việc sử dụng vật liệu sinh học không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn tạo ra một hệ sinh thái bền vững. Nghiên cứu cho thấy rằng nấm rễ cộng sinh Mycorrhizae có khả năng tăng cường sự phát triển của cây trồng, từ đó tạo ra thảm thực vật dày đặc và bền vững.

1.1. Khái niệm về vật liệu sinh học và thảm thực vật sinh học

Vật liệu sinh học là các chất liệu được sản xuất từ các nguồn gốc tự nhiên, có khả năng cải thiện chất lượng đất và hỗ trợ sự phát triển của cây trồng. Thảm thực vật sinh học là lớp thực vật được hình thành từ việc sử dụng vật liệu sinh học, giúp bảo vệ đất khỏi xói mòn và cải thiện độ phì nhiêu của đất.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng vật liệu sinh học trong bảo vệ đất dốc

Việc sử dụng vật liệu sinh học giúp tăng cường khả năng giữ ẩm cho đất, cải thiện cấu trúc đất và tăng cường sự phát triển của hệ vi sinh vật có lợi. Điều này không chỉ giúp bảo vệ đất dốc mà còn tạo ra môi trường sống lý tưởng cho cây trồng.

II. Vấn đề và thách thức trong việc bảo vệ đất dốc

Đất dốc ở Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức như xói mòn, thoái hóa và mất đa dạng sinh học. Những nguyên nhân chính bao gồm hoạt động nông nghiệp không bền vững, khai thác rừng và biến đổi khí hậu. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng đất mà còn đến sinh kế của người dân địa phương.

2.1. Nguyên nhân gây ra sự thoái hóa đất dốc

Sự thoái hóa đất dốc chủ yếu do các hoạt động nông nghiệp không bền vững, như canh tác một cách thiếu khoa học, dẫn đến mất độ phì nhiêu và xói mòn đất. Ngoài ra, việc khai thác rừng cũng làm giảm khả năng giữ nước và bảo vệ đất.

2.2. Hệ quả của việc thoái hóa đất dốc

Thoái hóa đất dốc dẫn đến giảm năng suất cây trồng, tăng nguy cơ lũ lụt và xói mòn, đồng thời làm mất đi nơi cư trú của nhiều loài sinh vật. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến đời sống của người dân.

III. Phương pháp tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học

Phương pháp tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học bao gồm việc sử dụng nấm rễ cộng sinh để cải thiện chất lượng đất và hỗ trợ sự phát triển của cây trồng. Quy trình này bao gồm các bước như lựa chọn cây chủ, sản xuất vật liệu sinh học và áp dụng trên thực địa.

3.1. Quy trình sản xuất vật liệu sinh học

Quy trình sản xuất vật liệu sinh học bao gồm việc phân lập và tuyển chọn các chủng nấm rễ có khả năng cộng sinh tốt với cây trồng. Các chủng nấm này sẽ được nuôi cấy và phát triển trong điều kiện kiểm soát để đảm bảo chất lượng.

3.2. Lựa chọn cây chủ cho việc tái tạo thảm thực vật

Lựa chọn cây chủ là một bước quan trọng trong quy trình tái tạo thảm thực vật. Cây chủ cần có khả năng phát triển tốt trong điều kiện đất dốc và có khả năng tương tác tốt với nấm rễ cộng sinh.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng vật liệu sinh học có thể cải thiện đáng kể chất lượng đất và sự phát triển của cây trồng trên đất dốc. Kết quả cho thấy cây trồng phát triển mạnh mẽ hơn khi được áp dụng vật liệu sinh học, từ đó tạo ra thảm thực vật bền vững.

4.1. Kết quả thực nghiệm trên đất dốc

Các thí nghiệm cho thấy rằng cây đậu mèo (Mucuna Pruriens) phát triển tốt hơn gấp 2,07 lần so với đối chứng khi sử dụng vật liệu sinh học. Điều này chứng tỏ hiệu quả của việc áp dụng vật liệu sinh học trong tái tạo thảm thực vật.

4.2. Ảnh hưởng của vật liệu sinh học đến tính chất đất

Sử dụng vật liệu sinh học không chỉ cải thiện sự phát triển của cây trồng mà còn làm tăng số lượng bào tử nấm rễ trong đất, từ đó cải thiện chất lượng đất và khả năng giữ ẩm.

V. Kết luận và tương lai của biện pháp tạo thảm thực vật

Biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học là một giải pháp tiềm năng để bảo vệ đất dốc. Nghiên cứu cần tiếp tục được mở rộng để đánh giá hiệu quả lâu dài và khả năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp này trong thực tiễn.

5.1. Tương lai của nghiên cứu về vật liệu sinh học

Nghiên cứu về vật liệu sinh học cần được tiếp tục để phát triển các chủng nấm rễ mới và cải thiện quy trình sản xuất. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả của việc tái tạo thảm thực vật và bảo vệ đất dốc.

5.2. Khuyến nghị cho các chính sách bảo vệ đất

Cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng vật liệu sinh học trong bảo vệ đất dốc. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn góp phần vào phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu địa hình đồi núi chiếm tới 3/4 diện tích tự nhiên của cả nước, đóng vai trò xung yếu trong cân bằng sinh thái và phát triển kinh tế nông lâm nghiệp. Tuy nhiên, theo các số liệu thống kê từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, diện tích đất trống đồi núi trọc trên toàn quốc đã lên tới khoảng 13 triệu hecta, trong đó khu vực đồi núi chiếm hơn 11 triệu hecta với hơn 500.000 hecta đất bị xói mòn trơ sỏi đá và kết von đá ong hóa hoàn toàn mất khả năng sản xuất nông nghiệp. Đặc biệt tại khu vực Tây Bắc, độ che phủ rừng có nơi suy giảm nghiêm trọng chỉ còn khoảng 9%, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng an toàn sinh thái quốc tế là 40%. Hoạt động canh tác nương rẫy du canh của khoảng 3 triệu đồng bào dân tộc thiểu số cùng tập quán dọn sạch thực bì đã làm rửa trôi tầng đất mặt, phá hủy cấu trúc đất và suy kiệt hệ vi sinh vật bản địa.

Trước thực trạng thoái hóa nghiêm trọng đó, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường của tác giả Dương Khôi Khoa tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã đi sâu giải quyết bài toán: "Nghiên cứu biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc". Nghiên cứu hướng đến hai mục tiêu cốt lõi: xây dựng quy trình công nghệ tạo thảm thực vật sử dụng vật liệu sinh học tích hợp nấm rễ nội cộng sinh và bước đầu đánh giá định lượng hiệu quả bảo vệ đất dốc trong điều kiện thực địa. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 4/2017 đến tháng 5/2018 tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và xã Xuân Cẩm, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang trên lập địa đất Feralit có độ dốc 5 độ. Kết quả đã chứng minh tính ưu việt vượt trội của giải pháp sinh học khi giúp chiều cao cây chỉ thị tăng 2,07 lần, chỉ số diện tích lá (LAI) tăng 3,38 lần và mật độ bào tử nấm rễ trong đất tăng tới 14,89 lần so với công thức đối chứng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cộng sinh vi sinh vật - thực vật kinh điển do Frank khởi xướng từ năm 1885 và được hoàn thiện bởi các công trình sinh thái đất hiện đại của Smith (1997) và Brundrett (2012). Cốt lõi của khung lý thuyết là cơ chế tương hỗ giữa nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM/AMF) thuộc ngành Glomeromycota và rễ cây chủ. Trong mối quan hệ này, nấm rễ nhận nguồn cacbon hữu cơ (glucoza, saccaroza) từ quá trình quang hợp của thực vật, đồng thời hệ thống sợi nấm (hyphae) phát triển mở rộng vào đất với mật độ ước tính 1 mét sợi nấm trên 1 cm rễ, làm gia tăng diện tích tiếp xúc và hấp thu dinh dưỡng của bộ rễ lên từ 10 đến 100 lần.

Đặc biệt, hệ sợi nấm tiết ra glycoprotein Glomalin có tính kết dính cao kết hợp axit mùn, giúp kết tụ các hạt đất mịn thành cấu trúc đoàn lạp bền vững, đồng thời sản sinh enzyme phosphatase hòa tan nguồn photpho khó tiêu bị cố định bởi ion sắt và nhôm trong đất Feralit chua, giải phóng 90-95% lượng photpho bị giữ chặt cho cây hấp thụ. Bên cạnh đó, luận văn ứng dụng lý thuyết vật liệu sinh học (VLSH) của Trần Lê Bảo Hà (2012) và Nguyễn Như Hà (2011), định hình cấu trúc vật liệu gồm ba thành phần phối trộn cân đối: giống nấm rễ cộng sinh tuyển chọn, chất nền giá thể đất phù sa cũ Gia Lâm sàng qua rây 2-5 mm, và chất phụ gia dinh dưỡng NPK 15-0-15 tỷ lệ 15-20 g/kg vật liệu nhằm tạo môi trường bảo tồn hoạt tính vi sinh tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm nghiêm ngặt kết hợp giữa phòng thí nghiệm và hiện trường đồng ruộng theo dòng thời gian 13 tháng (từ tháng 4/2017 đến tháng 5/2018):

• Quy mô và phương pháp bố trí thí nghiệm: Tại thực địa Bắc Giang, thí nghiệm đánh giá hiệu quả phục hồi thảm thực vật được bố trí ngẫu nhiên trên diện tích 100 m2 cho mỗi công thức (gồm CT1: Đối chứng không dùng VLSH, bón dinh dưỡng tương đương; CT2: Xử lý VLSH liều lượng 50 g/m2) trên nền đất Feralit dốc 5 độ. Thí nghiệm đánh giá màng che phủ đất được thiết kế song song trên các ô tiêu chuẩn 10 m2.
• Phương pháp chọn mẫu và thu thập số liệu: Chọn mẫu ngẫu nhiên hệ thống tại 5 điểm chuẩn cố định (4 góc và 1 tâm ô thí nghiệm) với 5 cây đo đếm lặp lại hàng tuần để tính giá trị trung bình về chiều cao cây, số lá kép, diện tích lá và chỉ số diện tích lá (LAI). Tỷ lệ che phủ bề mặt được quan trắc trực tiếp định kỳ từ tuần 3 đến tuần 8.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Mật độ bào tử nấm AM được xác định bằng phương pháp sàng ướt của Linderman (1963) và phương pháp đo đếm trực tiếp theo Brundrett (1991); tỷ lệ xâm nhiễm rễ được định lượng bằng phương pháp phóng đại ô giao nhau của McGonigle (1991). Các chỉ tiêu nông hóa đất được phân tích chuẩn hóa theo hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia: Nitơ tổng số theo TCVN 6498:1999 (phương pháp Kjeldahl), Phốt pho tổng số theo TCVN 4052:1985 (phương pháp so màu), Kali tổng số theo TCVN 4053:1985 (quang kế ngọn lửa), Cacbon hữu cơ tổng số (OC) theo TCVN 6644:2000 (Walkley & Black), pH đất theo TCVN 4402:1987 và độ ẩm đất theo TCVN 1867:2001. Dữ liệu thô được xử lý thống kê sinh học trên phần mềm Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình sàng lọc, thử nghiệm và đánh giá thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện khoa học quan trọng:

1. Xác định được 2 chủng nấm rễ nội cộng sinh ưu việt và cây chủ nhân giống lý tưởng: Hai chủng nấm rễ nội sinh kế thừa từ nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2016) gồm Gigaspora sp6 (kích thước bào tử 300-425 µm, tỷ lệ nảy mầm 90%) và Dentiscutata nigra (kích thước bào tử 240-320 µm, tỷ lệ nảy mầm 80%) có phổ thích nghi sinh thái rất cao trên đất phù sa cũ và đất bạc màu. Cây đậu xanh (Vigna radiata) được chứng minh là cây chủ nhân giống nấm rễ tốt nhất sau 30 ngày thử nghiệm: mức độ xâm chiếm rễ của Gigaspora sp6 đạt 21,32% (gấp 13,16 lần đối chứng) và Dentiscutata nigra đạt 18,37% (gấp 11,34 lần đối chứng); mật độ bào tử sinh ra trong đất lần lượt đạt 27,44 và 25,09 bào tử/100g đất (gấp 7,71 và 7,05 lần đối chứng). Chiều dài rễ cây đậu xanh xử lý nấm tăng vượt bậc 1,52 đến 1,59 lần.
2. Tuyển chọn cây đậu mèo (Mucuna pruriens) làm cây chỉ thị phục hồi đất dốc: Trong phép thử nảy mầm 7 ngày so sánh với cỏ Stylo, Paspalum và Ruziensis, hạt đậu mèo thể hiện ưu thế tuyệt đối với tỷ lệ nảy mầm đạt 99% chỉ sau 3 ngày, chiều dài rễ đạt 3,0 cm, tán lá rộng tạo tầng thảm tươi dày 40-50 cm có khả năng sinh khối nhanh và chống chịu khô hạn hoàn hảo.
3. Độ ổn định lý hóa sinh của vật liệu sinh học trong bảo quản: Vật liệu sinh học sau phối trộn duy trì ổn định độ ẩm 20-24%, pH dao động từ 5,30 đến 5,46, hàm lượng đạm tổng số đạt 0,20-0,24%, kali tổng số đạt 0,97-1,02% và mật độ bào tử AM đạt ngưỡng ổn định 1003-1016 bào tử/100g vật liệu sau 6 tháng bảo quản ở điều kiện nhiệt độ 4-8 độ C.
4. Hiệu lực tạo thảm thực vật vượt trội ngoài thực địa: Trên đất dốc 5 độ tại Bắc Giang, sau 8 tuần thử nghiệm, công thức sử dụng VLSH kết hợp cây đậu mèo cho chiều cao cây vượt trội gấp 2,07 lần và chỉ số diện tích lá (LAI) gấp 3,38 lần so với đối chứng. Màng che phủ đất kết hợp đạt độ phủ xanh bề mặt 56,18% tại tuần 8, trong khi đối chứng không màng che phủ chỉ đạt dưới 5,00%.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả tăng trưởng sinh khối vượt trội của cây đậu mèo tại công thức xử lý VLSH bắt nguồn từ sự hình thành nhanh chóng mạng lưới sợi nấm nội cộng sinh trong tầng rễ. Các giác mút nhánh (Arbuscules) và túi chứa lipid (Vesicles) phân nhánh dày đặc bên trong mô vỏ rễ đã tối ưu hóa quá trình trao đổi ion khoáng và nước. Các phát hiện này hoàn toàn tương đồng với các công bố quốc tế của Marumoto (1997) trong việc phục hồi thảm thực vật sườn dốc núi lửa tại Nagasaki (Nhật Bản) và Mike Amaranthus (2001) trong việc củng cố thảm cỏ đồi dốc tại California (Mỹ).

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu khi được biểu diễn qua biểu đồ đường động thái tăng trưởng chiều cao và chỉ số LAI theo thời gian 8 tuần cho thấy độ dốc đường sinh trưởng của công thức VLSH phân kỳ mạnh mẽ kể từ tuần thứ 4 trở đi. Điều này chứng minh giai đoạn sau 30 ngày là thời điểm hệ nấm rễ đã thiết lập cộng sinh hoàn chỉnh, bắt đầu cung cấp dưỡng chất liên tục cho cây chủ. Về mặt nông hóa học đất thể hiện qua bảng so sánh đa chỉ tiêu, hàm lượng mùn và N, P, K tổng số trong đất sau 8 tuần chưa có sự biến động lớn do thời gian thí nghiệm ngắn, tuy nhiên số lượng bào tử nấm rễ hữu hiệu trong đất thí nghiệm đã tăng vọt lên gấp 56,6 lần so với trước thí nghiệm và gấp 14,89 lần so với công thức đối chứng không sử dụng VLSH. Đây là chỉ số sinh học then chốt bảo đảm đất đã phục hồi khả năng tự dưỡng và chống chịu xói mòn lâu dài.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp công nghệ và quản lý cụ thể nhằm nhân rộng mô hình:

1. Chuẩn hóa và thương mại hóa quy trình sản xuất vật liệu sinh học nấm rễ: Đơn vị nghiên cứu và các doanh nghiệp công nghệ sinh học nông nghiệp cần phối hợp hoàn thiện dây chuyền sản xuất VLSH với định mức tiêu chuẩn: sử dụng giá thể đất phù sa cũ Gia Lâm sàng rây 2-5 mm, phối trộn 2000 bào tử AM (Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra)/kg vật liệu cùng 15-20g phân NPK 15-0-15. Đảm bảo sản phẩm xuất xưởng có độ ẩm 20-25%, mật độ vi sinh trên 1000 bào tử/100g, thời hạn bảo quản đạt tối thiểu 6 tháng tại nhiệt độ 4-8 độ C; lộ trình triển khai hoàn thiện trong giai đoạn 2019-2020.
2. Áp dụng đồng bộ quy trình 3 bước phục hồi thảm thực vật trên đất dốc: Các Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ Thực vật cùng chính quyền địa phương cần hướng dẫn người dân triển khai đúng quy trình kỹ thuật gồm: Bước 1 - Kiểm tra chất lượng và kích hoạt VLSH; Bước 2 - Phối trộn hạt giống đậu mèo tỷ lệ nảy mầm trên 90% với liều lượng vật liệu 50 g/m2; Bước 3 - Trải màng che phủ sinh học giữ ẩm chống xói trôi. Mục tiêu đạt độ che phủ xanh trên 60% bề mặt sườn dốc 5-15 độ sau 6-8 tuần thi công; thực hiện hàng năm vào đầu mùa mưa (tháng 3 đến tháng 5).
3. Tích hợp giải pháp sinh học vào các dự án giao thông và thủy lợi: Các Ban quản lý dự án công trình giao thông và thủy lợi cần áp dụng công nghệ phun phủ VLSH nấm rễ kết hợp hạt đậu mèo và màng xơ dừa để gia cố mái taluy đường đèo, bờ kênh đập dốc nhằm giảm xói lở đất trên 80% so với biện pháp để cỏ mọc tự nhiên; áp dụng từ quý II/2019.
4. Bổ sung giải pháp thảm phủ sinh học vào khung chính sách lâm nghiệp quốc gia: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cần nghiên cứu đưa quy trình tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học vào các quy phạm kỹ thuật phục hồi rừng (sửa đổi, bổ sung QPN 14-92 và QPN 21-98) nhằm hỗ trợ các chương trình phủ xanh 11 triệu hecta đất trống đồi núi trọc thích ứng với biến đổi khí hậu; lộ trình thực hiện giai đoạn 2020-2022.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nông học, Thổ nhưỡng học: Cung cấp nguồn tài liệu tham khảo chuẩn xác về phương pháp phân lập, nhân sinh khối nấm rễ nội sinh AM (Gigaspora sp6, Dentiscutata nigra), kỹ thuật sàng ướt xác định bào tử và quy trình bố trí thí nghiệm sinh thái đồng ruộng trên đất dốc Feralit.
• Cán bộ kỹ thuật tại các Chi cục Kiểm lâm, Trung tâm Khuyến nông và Sở Nông nghiệp & PTNT các tỉnh miền núi: Nắm vững giải pháp kỹ thuật chi phí thấp, dễ triển khai để chuyển giao cho người dân địa phương áp dụng phủ xanh đất nương rẫy thoái hóa, đất đồi trọc trơ sỏi đá và phòng chống sạt lở đất cục bộ.
• Các kỹ sư công nghệ môi trường và doanh nghiệp sản xuất phân bón vi sinh, vật liệu sinh thái: Khai thác chi tiết công thức phối trộn giá thể chất nền vô cơ - hữu cơ, tỷ lệ hoạt chất NPK và thông số kiểm soát chất lượng vật liệu sinh học giữ được hoạt tính trên 6 tháng phục vụ phát triển sản phẩm thương mại.
• Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan quản lý dự án phát triển nông thôn bền vững: Sử dụng số liệu định lượng (LAI tăng 3,38 lần, chiều cao tăng 2,07 lần) làm cơ sở khoa học xây dựng đề án thích ứng biến đổi khí hậu, phục hồi sinh thái lưu vực đầu nguồn và tạo sinh kế nông lâm kết hợp cho đồng bào vùng cao.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao nấm rễ Arbuscular Mycorrhizae lại giúp cây trồng sinh trưởng vượt trội trên đất dốc nghèo dinh dưỡng?

Nấm rễ AM thiết lập mạng lưới sợi nấm ngoại bào mở rộng ra hàng ngàn centimet, giúp gia tăng bề mặt hấp thu nước và dinh dưỡng của rễ cây từ 10 đến 100 lần. Đặc biệt, nấm tiết ra enzyme phosphatase chuyển hóa lượng photpho khó tiêu chiếm 90-95% trong đất thành dạng hòa tan, đồng thời cung cấp các hormone sinh trưởng tự nhiên (Auxin, Cytokinin, Gibberellin) giúp cây chống chịu khô hạn hiệu quả.

Tại sao cây đậu xanh được chọn để nhân giống nấm rễ nhưng cây đậu mèo lại được chọn để tạo thảm thực vật ngoài thực địa?

Cây đậu xanh (Vigna radiata) có chu kỳ sinh trưởng ngắn (65-70 ngày), rễ phát triển nhanh, tạo mức độ xâm chiếm rễ đạt 21,32% và sản sinh mật độ bào tử cao nhất (27,44 bào tử/100g đất) nên tối ưu cho việc nhân giống nấm rễ trong phòng thí nghiệm. Trong khi đó, cây đậu mèo (Mucuna pruriens) có sức sống hoang dại dẻo dai, nảy mầm 99% sau 3 ngày, thân leo bò tạo thảm tươi dày 40-50 cm, chịu hạn và chịu đất chua Feralit cực tốt, thích hợp nhất để phủ kín và giữ đất dốc ngoài tự nhiên.

Màng che phủ đất đóng vai trò gì trong công nghệ tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học?

Màng che phủ đất có cấu trúc lớp giữ ẩm ở giữa và lưới bảo vệ bên ngoài, giúp ngăn chặn hiện tượng mưa xói mòn trôi hạt giống và rửa trôi lớp vật liệu sinh học trên sườn dốc 5 độ. Thực nghiệm chứng minh màng che phủ giúp duy trì độ ẩm ổn định, đưa tỷ lệ che phủ bề mặt đạt 56,18% ở tuần thứ 8, trong khi đất để trống không màng che phủ chỉ đạt dưới 5,00%.

Vật liệu sinh học nấm rễ sau khi sản xuất có thể bảo quản và giữ được hiệu lực trong bao lâu?

Theo kết quả phân tích theo dõi tại các mốc thời gian 0, 3 và 6 tháng, vật liệu sinh học bảo quản ở nhiệt độ 4-8 độ C duy trì độ ẩm rất ổn định ở mức 20-24%, pH đạt 5,30-5,46 và mật độ bào tử nấm AM luôn đạt ngưỡng trên 1000 bào tử/100g vật liệu. Do đó, vật liệu sinh học đạt chuẩn có thời hạn sử dụng tối ưu trong vòng 6 tháng và tối đa lên đến 1 năm.

Biện pháp xử lý vật liệu sinh học có làm thay đổi ngay lập tức các chỉ tiêu hóa học của đất dốc không?

Sau 8 tuần thử nghiệm ngắn hạn, các chỉ tiêu hóa học tổng số của đất như N, P, K và cacbon hữu cơ (OC) chưa thể hiện sự biến đổi rõ rệt. Tuy nhiên, chỉ tiêu sinh học đất đã có bước nhảy vọt mang tính quyết định: số lượng bào tử nấm rễ có ích trong đất ở công thức sử dụng VLSH tăng gấp 56,6 lần so với ban đầu và cao gấp 14,89 lần so với đối chứng, tạo nền tảng sinh học vững chắc để cải tạo độ phì nhiêu đất lâu dài.

Kết luận

• Luận văn đã phân lập, tuyển chọn thành công 2 chủng nấm rễ nội cộng sinh ưu việt (Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra) có tỷ lệ nảy mầm đạt 80-90% và hoàn thiện công thức sản xuất vật liệu sinh học chất lượng cao với mật độ trên 1000 bào tử/100g, ổn định suốt 6 tháng bảo quản.
• Xác lập cây đậu xanh (Vigna radiata) là cây chủ nhân sinh khối nấm rễ tối ưu (mức độ xâm chiếm rễ đạt 21,32%) và cây đậu mèo (Mucuna pruriens) là loài cây chỉ thị lý tưởng ngoài thực địa (tỷ lệ nảy mầm 99%, tạo thảm tươi dày 40-50 cm).
• Xây dựng thành công quy trình công nghệ 3 bước phục hồi thảm thực vật bằng vật liệu sinh học (liều lượng 50 g/m2) tích hợp màng che phủ đất chuyên dụng trên lập địa đất dốc 5 độ.
• Chứng minh hiệu quả sinh học vượt bậc sau 8 tuần thực nghiệm tại Bắc Giang: chiều cao cây tăng gấp 2,07 lần, chỉ số LAI tăng gấp 3,38 lần, độ che phủ đạt 56,18% và mật độ bào tử nấm rễ trong đất tăng gấp 14,89 lần so với đối chứng.
• Đề tài mở ra hướng tiếp cận sinh học đột phá, bền vững và chi phí thấp để bảo vệ, cải tạo hơn 11 triệu hecta đất dốc thoái hóa tại Việt Nam; các đơn vị quản lý tài nguyên và nghiên cứu sinh học nông nghiệp hãy chủ động kết nối và ứng dụng ngay quy trình công nghệ này vào các dự án phủ xanh đất trống đồi núi trọc trong giai đoạn tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG KHÔI KHOA NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TẠO THẢM THỰC VẬT BẰNG VẬT LIỆU SINH HỌC NHẰM BẢO VỆ ĐẤT DỐC Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 8440301 Người hướng dẫn khoa học: PGS. Nguyễn Thị Minh NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày…tháng …năm 2018 Tác giả luận văn Dương Khôi Khoa i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS. Nguyễn Thị Minh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian giúp đỡ tôi thực hiện đề tài. Ngoài ra, tôi vô cùng cảm ơn PGS. Nguyễn Thị Minh đã tạo điều kiện cho tôi được kế thừa các số liệu về phân lập, tuyển chọn các chủng nấm rễ trong đề tài nghiên cứu “Tuyển chọn giống Arbuscular mycorrhizae và Rhizobium dùng để sản xuất vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm thực vật làm tiểu cảnh trong khuôn viên”.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Vi sinh vật, Khoa Môi trường – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày…tháng …năm 2018 Tác giả luận văn Dương Khôi Khoa ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục.

iii Danh mục chữ viết tắt. vi Danh mục bảng. vii Danh mục hình. viii Trích yếu luận văn.

ix Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu của đề tài. Phạm vi của đề tài.

Đối tượng nghiên cứu. Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.

Khái niệm về đất dốc, đất trống đồi trọc tại Việt Nam. Nguyên nhân gây tăng diện tích đất trống đồi trọc và ảnh hưởng của nó đến môi trường. Các biện pháp tái tạo thảm thực vật. Các biện pháp tái tạo thảm thực vật trên thế giới.

Các biện pháp tái tạo thảm thực vật ở Việt Nam. Khái niệm và thành phần của vật liệu sinh học. Khái niệm vật liệu sinh học. Thành phần của vật liệu sinh học.

Nấm rễ cộng sinh Mycorrhizae. Khái niệm, phân loại. Nấm rễ nội cộng sinh Arbuscular Mycorrhizae (AM). 17 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Cơ sở khoa học của việc sử dụng nấm rễ cộng sinh để sản xuất vật liệu sinh học và tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học. Mối quan hệ cộng sinh giữa nấm rễ và cây chủ. Sự phản hồi của cây trồng với nấm rễ nội cộng sinh. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng. Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm.

Phương pháp lựa chọn cây chủ. Phương pháp xử lý số liệu. Phương pháp sản xuất vật liệu sinh học. Phương pháp kế thừa.

Kết quả và thảo luận. Đặc điểm của nấm rễ dùng để sản xuất vật liệu sinh học. Lựa chọn cây chủ dùng để tái tạo thảm thực vật. Lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ.

Lựa chọn cây chủ để tái tạo thảm thực vật ngoài thực địa. Chất lượng của vật liệu sinh học. Điều kiện sử dụng vật liệu sinh học và quá trình tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học trên đất dốc. Điều kiện sử dụng vật liệu sinh học trên đất dốc.

Quy trình công nghệ sử dụng vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm thực vật nhằm bảo vệ đất dốc. Hiệu quả tái tạo thảm thực vật trên đất dốc bằng vật liệu sinh học. Hiệu quả của xử lý vật liệu sinh học đến sinh trưởng, phát triển của đậu mèo. Ảnh hưởng của vật liệu sinh học đến tính chất đất thí nghiệm.

47 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Kết luận và kiến nghị. 49 Tài liệu tham khảo. 51 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt AM (Arbuscular Mycorrhizae) Nấm rễ cộng sinh Arbuscular AMF (Arbuscular Mycorrhizal Fungi) Loại hình nấm nội cộng sinh thể A CT Công thức ĐC Đối chứng ICRAF (International Centre for Trung tâm nghiên cứu Quốc tế về Research in Agroforestry) nông lâm nghiệp TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TTV Thảm thực vật VLSH Vật liệu sinh học VSV Vi sinh vật vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 4.

Đặc điểm của nấm rễ AM. Sự phát triển của nấm rễ trên các cây chủ sau 30 ngày xử lý nấm rễ. Ảnh hưởng của nấm rễ đến sinh trưởng và phát triển của cây chủ. Theo dõi sự nảy mầm của hạt giống.

Tính chất của vật liệu sinh học. Hiệu quả của màng che phủ. Ảnh hưởng của xử lý vật liệu sinh học đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây đậu mèo. Ảnh hưởng của xử lý vật liệu sinh học đến một số chỉ tiêu nông hóa của đất sau 8 tuần thí nghiệm.

47 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 2. Sự phát triển của Glomus mosseae. Vesicles (túi) trong VAM. Sự xâm nhập vào rễ thực vật của nấm cộng sinh rễ trong.

Mô hình một số mycorrhizal từ các loài nấm khác nhau. Hartig net của Populus. Sự xâm nhập rễ thông của Pisolithus tinctorius. Quy trình sản xuất vật liệu sinh học.

Bào tử nấm AM. Quá trình sinh trưởng của bào tử nấm rễ Gigaspora sp6. Tỷ lệ mức độ xâm chiếm rễ và số lượng bào tử so với đối chứng khi xâm nhiễm 2 chủng nấm rễ lên hệ rễ cây Đậu xanh. Tỷ lệ chiều dài rễ so với đối chứng khi xâm nhiễm 2 chủng nấm rễ lên hệ rễ cây Đậu xanh.

Nhân giống nấm rễ trên cây Đậu xanh. Quy trình sử dụng vật liệu sinh học nhằm tái tạo thảm thực vật. Thí nghiệm về màng che phủ đát. Chiều cao cây đậu mèo trong 8 tuần khảo sát.

Tỷ lệ chiều cao các cây chủ so với các đối chứng. Sự biến động của diện tích lá theo thời gian thử nghiệm. Tỷ lệ giá trị LAI so với các đối chứng của Đậu mèo, Ngô và Vừng. Tái tạo thảm thực vật ở Bắc Giang.

46 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Dương Khôi Khoa Tên Luận văn: Nghiên cứu biện pháp tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc Ngành: Khoa Học Môi Trường Mã số: 8440301 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Arbuscular Mycorhizae (AM) là loài nấm rễ nội cộng sinh ở rễ cây mang lại nhiều lợi ích cho cây chủ như làm tăng sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng do tăng cường hấp thụ các chất dinh dưỡng và nâng cao khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường. Trên cơ sở các đặc tính nêu trên, nấm rễ nội cộng sinh được tích hợp vào vật liệu sinh học trong việc tái tạo thảm thực vật trên đất dốc. Mục đích của đề tài là xây dựng quy trình tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học nhằm bảo vệ đất dốc và bước đầu đánh giá hiệu quả của biện pháp tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học trên đất dốc. Phương pháp nghiên cứu Đề tài với các nội dung nghiên cứu bao gồm: (i) nghiên cứu đặc điểm của nấm rễ AM dùng để sản xuất vật liệu sinh học; (ii) lựa chọn cây chủ dùng tái tạo thảm thực vật; (iii) chất lượng của vật liệu sinh học; (iv) điều kiện sử dụng vật liệu sinh học trên đất dốc và quá trình tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học trên đất dốc; (v) hiệu quả tái tạo thảm thực vật trên đất dốc bằng vật liệu sinh học.

Tương ứng với các nội dung nghiên cứu trên, phương pháp nghiên cứu quan trọng trong đề tài bao gồm: (i) phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng nhằm đánh giá hiệu quả của màng che phủ đất và đánh giá hiệu quả tái tạo thảm thực vật; (ii) phương pháp lựa chọn cây chủ để nhân giống nấm rễ và lựa chọn cây chủ để tái tạo thảm thực vật. Kết quả chính và kết luận Các chủng AM sử dụng trong vật liệu sinh học kế thừa từ nghiên cứu của Nguyễn Thị Minh (2016) là Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra có tỷ lệ nảy mầm lớn trên 80% và có khả năng cộng sinh tốt với hệ rễ cây chủ. Cây đậu xanh (Vigna radiata) được lựa chọn làm cây chủ để nhân giống nấm rễ do có thời gian sinh trưởng ngắn, bộ rễ phát triển nhanh và khỏe mạnh, có khả năng tạo sinh khối lớn trong thời gian ngắn và ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phù hợp để cho nấm rễ phát triển và nhân sinh khối nhanh chóng. Xét về mức độ xâm chiếm rễ, xử lý nấm rễ bằng Gigaspora sp6 và Dentiscutata nigra lần lượt gấp 13,16 và 11,34 lần so với đối chứng.

Đối với số lượng bào tử, kết quả này cũng cao gấp 7,71 lần (đối với Gigaspora sp6) và 7,05 lần (đối với Dentiscutata nigra) so với đối chứng. Quy trình tái tạo thảm thực vật bằng vật liệu sinh học trên đất dốc gồm 3 bước chính: (i) Kiểm tra chất lượng vật liệu sinh học, (ii) bổ sung hạt giống (nếu có), (iii) tích hợp màng che phủ.