Luận án tiến sĩ nghiên cứu màng bao kết hợp vi khuẩn phân giải lân tạo phân bón vô cơ tan chậm sử dụng cho cây trồng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu màng bao kết hợp vi khuẩn phân giải lân tạo phân bón vô cơ tan chậm sử dụng cho cây trồng, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết,

• Tác giả: Bùi Đoàn Phương Linh
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Thanh Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Màng Bao Vi Khuẩn Phân Giải Lân Cho Phân Bón Vô Cơ Tan Chậm
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LàI CÀM ¡N
• LàI CAM ĐOAN
• TÓM TÂT
• SUMMARY
• Mục lục
• Danh sách chữ viết tắt
• Danh sách các bÁng
• Danh sách các hình
• 1. Mở Đầu
• 1.1. Tính cấp thiết cÿa đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cāu cÿa đề tài
• 1.3. Thßi gian và địa điểm nghiên cāu
• 1.4. Đối t°ợng nghiên cāu cÿa đề tài
• 1.5. Giới h¿n ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài
• 1.6. Nội dung nghiên cāu cÿa đề tài
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cÿa đề tài
• 1.8. Tính mới cÿa luận án
• 2. TäNG QUAN TÀI LIàU
• 2.1. Khái niệm và đặc điểm cÿa phân bón vô c¡
• 2.2. Tính tan và yêu cầu cÿa phân bón vô c¡
• 2.3. Phân lo¿i phân bón vô c¡
• 2.4. Tác động cÿa việc sử dụng phân bón vô c¡ đến môi tr°ßng và sāc khỏe
• 2.5. Polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân bón
• 2.5.1. Phân hÿy sinh học và polymer phân hÿy sinh học
• 2.5.2. Phân lo¿i polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân tan chậm
• 2.5.3. Polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°ợc cÁi biến
• 2.5.4. Phāc hợp các polymer tự nhiên
• 2.5.5. Polymer táng hợp có ngußn gốc sinh học hoặc tự nhiên
• 2.5.6. Phāc hợp cÿa polymer táng hợp và polymer tự nhiên
• 2.5.7. Hỗn hợp các hydrocarbon tự nhiên
• 2.5.8. Polymer táng hợp từ phāc hợp các hydrocarbon tự nhiên
• 2.6. Lân trong đất và vi sinh vật phân giÁi lân
• 2.6.1. Các d¿ng lân trong đất và vai trò cÿa lân đối với cây trßng
• 2.6.2. Vai trò cÿa vi sinh vật phân giÁi lân
• 2.6.3. Sự chuyển hóa lân hữu c¡ nhß vi sinh vật
• 2.6.4. Sự chuyển hóa lân vô c¡ nhß vi sinh vật
• 2.7. Táng quan về cố định tế bào vi sinh vật
• 2.7.1. Các ph°¡ng pháp cố định tế bào
• 2.7.2. Ph°¡ng pháp cố định tế bào trên bề mặt chất mang rắn
• 2.7.3. Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách nhốt tế bào trong gel
• 2.7.4. Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách keo tụ tế bào
• 2.7.5. Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách nhốt tế bào trong hệ sợi
• 2.7.6. Ph°¡ng pháp cố định tế bào bằng cách t¿o vi nang
• 2.7.7. ¯u, nh°ợc điểm cÿa tế bào cố định
• 2.8. Phân bón tan chậm
• 2.8.1. ¯u điểm và nh°ợc điểm cÿa phân bón tan chậm
• 2.8.2. Phân biệt một số lo¿i phân bón tan chậm
• 2.8.3. Phân bọc tan chậm (CRFs)
• 2.8.4. Cấu t¿o phân bọc tan chậm và c¡ chế phóng thích chất dinh d°ỡng cÿa phân bọc tan chậm
• 2.8.5. Tiêu chí đánh giá phân bọc tan chậm
• 2.9. Táng quan về các nguyên liệu chính dùng táng hợp màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân phân
• 2.10. Tình hình nghiên cāu phân bón tan chậm và phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật
• 2.10.1. Tình hình nghiên cāu phân bón tan chậm và phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật á trên thế giới
• 2.10.2. Tình hình nghiên cāu phân bón tan chậm và phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật á Việt Nam
• 3. VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU
• 3.1. Ph°¡ng pháp nghiên cāu
• 3.2. Nội dung 1: Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và khÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.2.1. Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân từ đất trên môi tr°ßng th¿ch đĩa
• 3.2.2. Định danh chÿng vi khuẩn
• 3.2.3. KhÁo sát Ánh h°áng cÿa nßng độ sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.2.4. KhÁo sát Ánh h°áng cÿa nßng độ calcium chloride đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.2.5. KhÁo sát Ánh h°áng cÿa khối l°ợng phân tử sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.3. Nội dung 2: Táng hợp màng polymer phân hÿy sinh học
• 3.3.1. T¿o màng PVA và màng CMC
• 3.3.2. T¿o màng polymer bái sự kết hợp giữa CMC với PVA, urea và glycerol
• 3.3.3. KhÁo sát khÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng t¿o bái CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol
• 3.3.4. KhÁo sát māc độ hấp thụ n°ớc cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol chāa và không chāa vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.4. Nội dung 3: Cố định vi khuẩn phân giÁi lân trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.4.1. KhÁo sát Ánh h°áng cÿa thßi gian nuôi cấy đến nhân sinh khối vi khuẩn
• 3.4.2. Cố định tế bào vi khuẩn phân giÁi lân và và xác định mật số vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.4.3. Xác định ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn đ°ợc cố định trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.4.4. KhÁo sát khÁ năng t¿o màng cÿa chitosan và khÁ năng bÁo vệ vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 3.5. Nội dung 4: T¿o chế phẩm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và b°ớc đầu thử nghiệm phân bón cho cây trßng
• 3.5.1. T¿o màng bao bái các lo¿i polymer và khÁo sát quá trình tan theo thßi gian cÿa phân trong n°ớc
• 3.5.2. Đánh giá khÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn phân giÁi lân trên màng bao phân vô c¡ tan chậm theo thßi gian
• 3.5.3. Chọn lọc chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao
• 3.5.4. So sánh ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn tự do, vi khuẩn cố định trên màng t¿o bái PVA, CMC, urea và glycerol
• 3.5.5. Phân tích hình thái bề mặt viên phân tan chậm bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.5.6. KhÁo sát khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên
• 3.5.7. Đánh giá māc độ phân hÿy sinh học cÿa màng bao phân tan chậm
• 3.5.8. Āng dụng thử nghiệm phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân cho cây trßng trong nhà l°ới
• 3.6. Ph°¡ng pháp xử lý số liệu
• 4. CH¯¡NG 3. K¾T QUÀ VÀ THÀO LUÀN
• 4.1. Nội dung 1: Phân lập, tuyển chọn chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và khÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t calcium sodium alginate
• 4.1.1. Kết quÁ phân lập vi khuẩn chuyển hóa lân vô c¡ khó tan
• 4.1.2. Kết quÁ đánh giá ho¿t tính phân giÁi lân vô c¡ khó tan cÿa vi khuẩn dựa trên đ°ßng kính vòng phân giÁi
• 4.1.3. Định danh chÿng vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan
• 4.1.4. KhÁo sát điều kiện tối °u t¿o vi h¿t cố định calcium sodium alginate
• 4.1.4.1. Ành h°áng cÿa nßng độ sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t cố định
• 4.1.4.2. Ành h°áng cÿa nßng độ calcium chloride đến kích th°ớc vi h¿t cố định
• 4.1.4.3. Ành h°áng cÿa khối l°ợng phân tử sodium alginate đến kích th°ớc vi h¿t cố định
• 4.2. Nội dung 2: Táng hợp màng polymer phân hÿy sinh học
• 4.2.1. Độ bền c¡ lý cÿa màng PVA và màng CMC
• 4.2.2. Tỷ lệ CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol để t¿o màng
• 4.2.3. KhÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol
• 4.2.4. Māc độ hấp thụ n°ớc cÿa màng CMC kết hợp với PVA, urea và glycerol chāa và không chāa h¿t calcium sodium alginate
• 4.3. Nội dung 3: Cố định vi khuẩn phân giÁi lân trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 4.3.1. Ành h°áng cÿa thßi gian nuôi cấy đến quá trình nhân sinh khối vi khuẩn
• 4.3.2. Mật số vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 4.3.3. KhÁ năng t¿o màng cÿa chitosan và khÁ năng bÁo vệ vi khuẩn trong vi h¿t calcium sodium alginate
• 4.4. Nội dung 4: T¿o chế phẩm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân và b°ớc đầu thử nghiệm phân bón cho cây trßng
• 4.4.1. Māc độ tan trong n°ớc theo thßi gian cÿa phân tan chậm t¿o bái các lớp màng bao
• 4.4.2. KhÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn PSM57 trên màng bao phân tan chậm theo thßi gian
• 4.4.3. Chọn lọc chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao
• 4.4.4. Định danh chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao
• 4.4.5. Thßi gian nhân sinh khối tối °u cÿa chÿng vi khuẩn phân giÁi lân có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao
• 4.4.6. So sánh ho¿t tính phân giÁi lân cÿa vi khuẩn tự do, vi khuẩn cố định trên màng t¿o bái PVA, CMC, urea và glycerol
• 4.4.7. KhÁ năng tßn t¿i cÿa vi khuẩn PSM 54 trên màng bao phân tan chậm theo thßi gian
• 4.4.8. KhÁ năng phóng thích dinh d°ỡng cÿa phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên
• 4.4.9. KhÁ năng phân hÿy sinh học cÿa màng bao phân vô c¡ tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân theo thßi gian
• 4.4.10. Āng dụng thử nghiệm phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân cho cây trßng trong điều kiện nhà l°ới
• 4.4.10.1. Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến chiều cao thân chính cÿa cây đậu phộng
• 4.4.10.2. Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến số cành trên cây đậu phộng
• 4.4.10.3. Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến khÁ năng hình thành nốt sần cÿa đậu phộng
• 4.4.10.4. Ành h°áng cÿa phân vô c¡ tan chậm đến các yếu tố cấu thành năng suất cÿa đậu phộng
• K¾T LUÀN VÀ KI¾N NGHà
• TÀI LIàU THAM KHÀO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển màng bao vi khuẩn nhằm tạo ra phân bón vô cơ tan chậm có khả năng giải phóng dinh dưỡng từ từ. Mục tiêu chính là kết hợp vi khuẩn phân giải lân với các polymer phân hủy sinh học để tạo ra sản phẩm phân bón hiệu quả hơn. Việc sử dụng phân bón tan chậm không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sử dụng phân bón mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Tính năng và ứng dụng của màng bao vi khuẩn

Màng bao vi khuẩn được thiết kế để bảo vệ vi khuẩn phân giải lân khỏi các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Việc cố định vi khuẩn trong màng bao giúp duy trì hoạt tính sinh học của chúng trong thời gian dài. Các polymer như polyurethane, bentonite, và sodium alginate được sử dụng để tạo ra màng bao, đảm bảo rằng phân bón sinh học có thể giải phóng dinh dưỡng một cách từ từ. Kết quả cho thấy sau 60 ngày, mật độ vi khuẩn vẫn duy trì ở mức 88,3% so với ban đầu, chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp này.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân lập và định danh vi khuẩn phân giải lân từ đất. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định điều kiện tối ưu cho việc tạo vi hạt cố định vi khuẩn bằng sodium alginate và calcium chloride. Kết quả cho thấy thời gian nuôi cấy tối ưu để đạt được mật độ vi khuẩn cao nhất là 48 giờ. Các thí nghiệm cũng xác định được khả năng phân giải lân của các chủng vi khuẩn, từ đó lựa chọn được những chủng vi khuẩn có khả năng chịu nồng độ muối cao.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy phân bón tan chậm kết hợp với vi khuẩn phân giải lân có tác động tích cực đến sự phát triển của cây trồng. Thí nghiệm trên cây đậu phộng cho thấy việc sử dụng phân bón này chỉ cần 60% - 80% lượng phân bón thông thường mà vẫn đạt hiệu quả tương đương. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các yếu tố như chiều cao cây, số cành và khả năng hình thành nốt sần đều được cải thiện đáng kể.

V. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc kết hợp màng bao vi khuẩn với phân bón vô cơ tan chậm là một giải pháp hiệu quả cho nông nghiệp bền vững. Sản phẩm này không chỉ nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón mà còn bảo vệ môi trường. Các kết quả đạt được mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm phân bón sinh học trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phân bón vô cơ đóng vai trò thiết yếu trong nông nghiệp hiện đại, góp phần tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng phân vô cơ truyền thống còn thấp, chỉ khoảng 20-30%, do hiện tượng hòa tan nhanh, bay hơi và rửa trôi, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, lân – nguyên tố đa lượng quan trọng cho sự sinh trưởng của cây trồng – thường tồn tại dưới dạng khó tan trong đất, khiến cây không hấp thu hiệu quả. Việc sử dụng vi sinh vật phân giải lân vô cơ khó tan đã được chứng minh là giải pháp thân thiện môi trường, giúp tăng hiệu quả sử dụng phân bón.

Nghiên cứu này nhằm phát triển phân bón vô cơ tan chậm với màng bao polymer phân hủy sinh học kết hợp vi khuẩn phân giải lân vô cơ khó tan, đồng thời thử nghiệm hiệu quả trên cây đậu phộng trong điều kiện nhà lưới. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2017 đến 2022 tại các viện nghiên cứu và trường đại học tại Thành phố Hồ Chí Minh và Đồng Nai. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời bổ sung vi sinh vật có ích cho đất, hướng tới phát triển nông nghiệp bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết phân bón tan chậm (Controlled Release Fertilizers - CRFs): Phân bón được bao phủ bởi lớp màng polymer kiểm soát tốc độ phóng thích chất dinh dưỡng, giúp cung cấp dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu sinh trưởng của cây trong suốt mùa vụ.

• Lý thuyết vi sinh vật phân giải lân: Vi khuẩn có khả năng chuyển hóa lân vô cơ khó tan thành dạng dễ hấp thu nhờ sản sinh acid hữu cơ và enzyme phosphatase, góp phần cải thiện hiệu quả sử dụng lân trong đất.

• Khái niệm polymer phân hủy sinh học: Các polymer có khả năng phân hủy dưới tác động của vi sinh vật, thân thiện với môi trường, được sử dụng làm màng bao phân bón tan chậm.

• Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật: Kỹ thuật nhốt vi khuẩn trong vi hạt calcium sodium alginate giúp bảo vệ vi khuẩn khỏi điều kiện bất lợi, kéo dài thời gian tồn tại trên màng bao phân.

Các khái niệm chính bao gồm: phân bón vô cơ tan chậm, vi khuẩn phân giải lân vô cơ khó tan, polymer phân hủy sinh học, cố định tế bào vi sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Vi khuẩn phân giải lân được phân lập từ đất tại các vùng Đồng Nai, Thành phố Hồ Chí Minh và Long An. Vật liệu polymer gồm polyurethane, bentonite, carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate, paraffin, urea và glycerol.

• Phương pháp phân tích: Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn dựa trên khả năng tạo vòng phân giải lân trên môi trường Pikovskaya (PVK) bổ sung NaCl. Định danh vi khuẩn bằng phương pháp giải trình tự 16S rRNA. Khảo sát điều kiện tối ưu tạo vi hạt cố định vi khuẩn bằng sodium alginate 1% và calcium chloride 1%. Tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học và đánh giá đặc tính vật lý, hóa học, khả năng phân hủy sinh học. Tạo phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn và thử nghiệm phóng thích dinh dưỡng trong mô hình mô phỏng điều kiện tự nhiên. Thử nghiệm hiệu quả phân bón trên cây đậu phộng trong nhà lưới.

• Cỡ mẫu và timeline: Phân lập 60 chủng vi khuẩn, trong đó 3 chủng có khả năng chịu mặn cao. Thời gian nhân sinh khối tối ưu là 48 giờ. Nghiên cứu thực hiện từ tháng 5/2017 đến tháng 8/2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phân giải lân: 60 chủng vi khuẩn phân lập được, trong đó 3 chủng có khả năng chịu được nồng độ muối cao (2-4% NaCl). Chủng PSM54 (Bacillus velezensis) và PSM57 (Burkholderia silvatlantica) được chọn làm đối tượng nghiên cứu chính. Trên môi trường PVK bổ sung 3-4% NaCl, chỉ có PSM54 tạo vòng phân giải lân rõ rệt.

2. Tối ưu điều kiện cố định vi khuẩn: Vi hạt calcium sodium alginate được tạo thành với nồng độ sodium alginate 1% và calcium chloride 1% có kích thước phù hợp để cố định vi khuẩn. Vi khuẩn cố định trong vi hạt có khả năng sống sót cao hơn so với vi khuẩn tự do, đặc biệt trên môi trường chứa chitosan.

3. Tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học: Các vật liệu polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin và sodium alginate được sử dụng để tạo màng bao phân tan chậm. Màng polymer kết hợp vi hạt vi khuẩn PSM54 đáp ứng tiêu chuẩn phân tan chậm theo AAPFCO (1997). Sau 60 ngày, mật số vi khuẩn trên màng bao đạt 88,3% so với ban đầu.

4. Hiệu quả thử nghiệm trên cây đậu phộng: Phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giải lân làm tăng chiều cao cây, số cành, khả năng hình thành nốt sần và các yếu tố cấu thành năng suất. Khi sử dụng lượng phân tan chậm chỉ bằng 60-80% so với phân bón thông thường, hiệu quả sinh trưởng và năng suất cây vẫn tương đương.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc kết hợp vi khuẩn phân giải lân vào màng bao polymer phân bón tan chậm không chỉ giúp kiểm soát tốc độ phóng thích dinh dưỡng mà còn bổ sung vi sinh vật có ích cho đất, góp phần cải thiện khả năng hấp thu lân của cây trồng. Việc cố định vi khuẩn trong vi hạt calcium sodium alginate giúp bảo vệ vi khuẩn khỏi các điều kiện bất lợi như độ mặn cao, kéo dài thời gian tồn tại và hoạt động của vi khuẩn trên màng bao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng polymer phân hủy sinh học như polyurethane, CMC, PVA kết hợp với vi khuẩn phân giải lân là hướng đi mới, thân thiện môi trường và hiệu quả kinh tế. Biểu đồ thể hiện sự giảm dần mật số vi khuẩn trên màng bao theo thời gian và biểu đồ phóng thích dinh dưỡng theo ngày sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả của màng bao polymer.

Thử nghiệm trên cây đậu phộng trong nhà lưới chứng minh phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn có thể giảm lượng phân bón sử dụng mà vẫn duy trì năng suất, góp phần giảm chi phí và ô nhiễm môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển sản phẩm phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giải lân: Tăng cường nghiên cứu và sản xuất quy mô công nghiệp phân bón với màng bao polymer phân hủy sinh học kết hợp vi sinh vật, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và bảo vệ môi trường. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể: các công ty phân bón, viện nghiên cứu.

2. Ứng dụng rộng rãi trong canh tác cây họ đậu: Khuyến khích nông dân sử dụng phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn trên cây đậu phộng và các cây họ đậu khác để tăng năng suất và giảm lượng phân bón hóa học. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: cơ quan khuyến nông, hợp tác xã.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ kỹ thuật và nông dân về công nghệ sản xuất và sử dụng phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật. Thời gian: liên tục. Chủ thể: trường đại học, viện nghiên cứu, sở nông nghiệp.

4. Nghiên cứu mở rộng: Tiếp tục nghiên cứu các chủng vi khuẩn phân giải lân khác có khả năng chịu mặn và điều kiện môi trường khắc nghiệt, đồng thời phát triển các loại polymer mới thân thiện và hiệu quả hơn. Thời gian: 3-5 năm. Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ sinh học, Nông học: Nắm bắt kiến thức về công nghệ phân bón tan chậm, vi sinh vật phân giải lân và polymer phân hủy sinh học, phục vụ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất phân bón: Áp dụng công nghệ màng bao polymer kết hợp vi khuẩn để cải tiến sản phẩm phân bón, nâng cao hiệu quả và thân thiện môi trường.

3. Cán bộ kỹ thuật và khuyến nông: Hướng dẫn nông dân sử dụng phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật, tăng năng suất cây trồng và giảm ô nhiễm môi trường.

4. Chính sách và quản lý nông nghiệp: Xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển phân bón công nghệ cao, thúc đẩy nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giải lân có ưu điểm gì so với phân bón truyền thống?
   Phân bón này kiểm soát tốc độ phóng thích dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu cây trồng, giảm thất thoát phân bón, bổ sung vi sinh vật có ích giúp tăng khả năng hấp thu lân, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm ô nhiễm môi trường.

2. Vi khuẩn phân giải lân được cố định như thế nào trên màng bao phân bón?
   Vi khuẩn được cố định trong vi hạt calcium sodium alginate với nồng độ tối ưu 1% sodium alginate và 1% calcium chloride, giúp bảo vệ vi khuẩn khỏi điều kiện bất lợi và kéo dài thời gian tồn tại trên màng bao.

3. Polymer phân hủy sinh học nào được sử dụng làm màng bao trong nghiên cứu?
   Các polymer chính gồm polyurethane, bentonite, carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), paraffin và sodium alginate, đều có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện môi trường.

4. Hiệu quả phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn trên cây đậu phộng như thế nào?
   Sử dụng phân bón này với lượng chỉ bằng 60-80% phân bón thông thường vẫn đạt hiệu quả tương đương về chiều cao cây, số cành, khả năng hình thành nốt sần và năng suất, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại cây trồng khác không?
   Công nghệ có tiềm năng áp dụng rộng rãi cho nhiều loại cây trồng, đặc biệt là cây họ đậu và cây trồng cần bổ sung lân, tuy nhiên cần nghiên cứu thử nghiệm cụ thể từng loại cây và điều kiện canh tác.

Kết luận

• Đã phân lập và tuyển chọn thành công 2 chủng vi khuẩn phân giải lân vô cơ khó tan có khả năng chịu mặn cao, phù hợp để kết hợp trong phân bón tan chậm.
• Đã xác định và tối ưu hóa điều kiện tạo vi hạt cố định vi khuẩn bằng calcium sodium alginate, giúp bảo vệ vi khuẩn trên màng bao polymer.
• Tổng hợp thành công màng bao polymer phân hủy sinh học kết hợp vi khuẩn phân giải lân, đáp ứng tiêu chuẩn phân tan chậm theo AAPFCO.
• Thử nghiệm trên cây đậu phộng cho thấy phân bón tan chậm kết hợp vi khuẩn giúp tăng trưởng và năng suất cây, đồng thời giảm lượng phân bón sử dụng.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển phân bón thế hệ mới thân thiện môi trường, hiệu quả kinh tế cao, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững.

Next steps: Mở rộng nghiên cứu ứng dụng trên các loại cây trồng khác, phát triển quy trình sản xuất công nghiệp và chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp.

Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cán bộ kỹ thuật nên hợp tác để phát triển và ứng dụng công nghệ phân bón tan chậm kết hợp vi sinh vật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH ******************* BÙI ĐOÀN PH¯ĀNG LINH NGHIÊN CĀU MÀNG BAO K¾T HĀP VI KHUÀN PHÂN GIÀI LÂN T¾O PHÂN BÓN VÔ C¡ TAN CHÀM SĄ DĂNG CHO CÂY TRâNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã sá: 9.01 LUÀN ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHà SINH HâC Thành phá Hã Chí Minh, năm 2023 Bà GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH ******************* BÙI ĐOÀN PH¯ĀNG LINH NGHIÊN CĀU MÀNG BAO K¾T HĀP VI KHUÀN PHÂN GIÀI LÂN T¾O PHÂN BÓN VÔ C¡ TAN CHÀM SĄ DĂNG CHO CÂY TRâNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã sá: 9.01 LUÀN ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHà SINH HâC H°ßng d¿n khoa h漃⌀c: PGS. Huỳnh Thanh Hùng TS. Nguyễn Ngọc Hà Thành phá Hã Chí Minh, năm 2023 i LàI CÀM ¡N Bằng sự nỗ lực, cố gắng hết mình cÿa bÁn thân cùng với sự h°ớng dẫn, góp ý, chia sẻ, động viên, khích lệ cÿa ng°ßi thân, b¿n bè, đßng nghiệp và đặc biệt là Quý Thầy Cô, luận án cÿa tôi đã đ°ợc hoàn thành. Tôi xin chân thành cÁm ¡n: - PGS.

Huỳnh Thanh Hùng và TS. Nguyßn Ng漃⌀c Hà đã tận tình h°ớng dẫn, định h°ớng, truyền đ¿t kinh nghiệm và kiến thāc, giúp đỡ cho tôi từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận án; - PGS. Lê Đình Đôn và TS. Nguyßn Vũ Phong đã động viên, hỗ trợ nhiệt tình về chuyên môn; - Ban Giám hiệu Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh, Tập thể Quý Thầy Cô Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Khoa Khoa học Sinh học, Phòng Đào t¿o Sau đ¿i học đã t¿o điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập; - PGS.

Lê Quang Luân đã quan tâm, góp ý xây dựng và t¿o điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện một số nội dung luận án t¿i Phòng Công nghệ Sinh học Vật liệu và Nano – Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành Phố Hß Chí Minh; - Ban Lãnh đ¿o Công ty cá phần Phân bón Dầu khí Cà Mau đã giúp đỡ và t¿o điều kiện về c¡ sá vật chất cho tôi để thực hiện một số nội dung cÿa luận án; - Ban Giám hiệu và các đßng nghiệp Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai đã t¿o mọi điều kiện, thßi gian cho tôi đi học; - Quý Thầy Cô các hội đßng khoa học trong suốt quá trình học tập cÿa tôi đã nhiệt tình phân tích, góp ý, định h°ớng để giúp tôi hoàn thành luận án; - Một số sinh viên cÿa Tr°ßng đ¿i học Nông Lâm Thành Phố Hß Chí Minh và Tr°ßng đ¿i học Đßng Nai kết hợp cùng thực hiện với tôi một số nội dung cÿa luận án; ii - Các anh chị, các b¿n và các em làm việc t¿i phòng thí nghiệm cÿa Viện Nghiên cāu Công nghệ Sinh học và Môi tr°ßng, Công ty cá phần Phân bón Dầu Khí Cà Mau đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận án; - Ba mẹ, ông xã và anh chị em trong gia đình đã luôn ÿng hộ, hỗ trợ, nâng đỡ cÁ về vật chất và tinh thần trong suốt thßi gian tôi đi học và thực hiện luận án. Nghiên cāu sinh Bùi Đoàn Ph°ợng Linh iii LàI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa tôi đ°ợc thực hiện d°ới sự h°ớng dẫn cÿa PGS. Huỳnh Thanh Hùng và TS. Nguyễn Ngọc Hà.

Kết quÁ báo cáo trong luận án này là trung thực và ch°a từng đ°ợc công bố trong thßi gian tr°ớc đây bái tác giÁ khác. Nghiên cāu sinh Bùi Đoàn Ph°ợng Linh iv TÓM TÂT Sự kết hợp giữa khÁ năng phóng thích chất dinh d°ỡng chậm với ho¿t động cÿa vi sinh vật trong một sÁn phẩm phân bón là một giÁi pháp góp phần tăng hiệu suất sử dụng phân bón và h¿n chế tác động cÿa phân bón tới môi tr°ßng. Mục tiêu cÿa nghiên cāu là chế t¿o đ°ợc phân vô c¡ tan chậm với vỏ bọc t¿o bái polymer phân hÿy sinh học có kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan và b°ớc đầu thử nghiệm hiệu quÁ trên cây trßng c¿n á điều kiện nhà l°ới. Để giÁi quyết mục tiêu trên, qua tìm hiểu về lý thuyết, các kết quÁ nghiên cāu thực nghiệm cÿa các công trình nghiên cāu tr°ớc liên quan tới vi sinh vật, phân bón, polymer phân hÿy sinh học, thử nghiệm phân bón trên cây trßng đã đ°ợc thực hiện.

Kết quÁ nghiên cāu đã phân lập đ°ợc 60 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chuyển hóa lân vô c¡ khó tan, trong đó có 3 chÿng vi khuẩn có khÁ năng chịu đ°ợc nßng độ muối cao. Trên môi tr°ßng PVK bá sung 3% và 4% NaCl chỉ có chÿng vi khuẩn PSM54 xuất hiện vòng phân giÁi lân. Kết quÁ định danh hai chÿng vi khuẩn đ°ợc lựa chọn để thực hiện các khÁo sát trong nghiên cāu là chÿng vi khuẩn PSM57 là Burkholderia silvatlantica và chÿng PSM54 là Bacillus velezensis. Thßi gian nhân sinh khối tối °u để thu đ°ợc mật số vi khuẩn cao nhất đối với cÁ 2 chÿng vi khuẩn PSM54 và chÿng vi khuẩn PSM57 là 48 giß.

Mặt khác, đề tài cũng đã xác định đ°ợc ph°¡ng pháp t¿o vi h¿t cố định vi khuẩn bằng ph°¡ng pháp nhốt với sodium alginate 1% và calcium chloride 1% là nßng độ tối °u t¿o vi h¿t có kích th°ớc thích hợp nhằm cố định vi khuẩn vào màng bao polymer dùng để t¿o màng cho phân tan chậm kết hợp vi khuẩn. KhÁ năng bÁo vệ vi khuẩn cÿa các vi h¿t cố định trên màng polymer giúp bÁo vệ vi khuẩn tr°ớc điều kiện bất lợi cÿa môi tr°ßng bên ngoài dựa trên kết quÁ nuôi cấy vi khuẩn tự do và vi khuẩn cố định trong vi h¿t trên môi tr°ßng chāa chitosan cũng đã đ°ợc chāng minh. Đề tài cũng đã xác định đ°ợc vật liệu phân hÿy sinh học chính để làm màng bao phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân là polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin và sodium alginate. Phân tan chậm đ°ợc t¿o ra nhß lớp vỏ bọc là các polymer phân hÿy sinh học có bá sung chÿng vi khuẩn PSM54 thỏa mãn tiêu chuẩn về phân tan chậm theo quy định cÿa AAPFCO (Association of American Plant Food Control v Officials) (1997).

Kết quÁ khÁo sát cho thấy sau 60 ngày đ°ợc cố định trong màng bao, chÿng vi khuẩn PSM54 vẫn sống và mật số vi khuẩn trên màng bao đ¿t 88,3% so với mật số ban đầu. Đßng thßi, đề tài cũng đã thử nghiệm phân tan chậm kết hợp vi khuẩn phân giÁi lân t¿o đ°ợc trên cây trßng c¿n là cây đậu phộng trong điều kiện nhà l°ới. Kết quÁ b°ớc đầu cho thấy phân có Ánh h°áng tốt tới sự phát triển chiều cao cây, số cành trên cây, khÁ năng hình thành nốt sần và các yếu tố cấu thành năng suất cÿa cây đậu phộng. Khi sử dụng công thāc phân bón với l°ợng phân tan chậm chỉ bằng 60% - 80% so với l°ợng phân bón thông th°ßng thử nghiệm trên cây đậu phộng vẫn cho hiệu quÁ t°¡ng đ°¡ng.

Từ khóa: cố định vi khuẩn, phân vô c¡ tan chậm, polymer phân hÿy sinh học, vi khuẩn phân giÁi lân vô c¡ khó tan. vi SUMMARY The combination of slow nutrient release with microbial activity in a fertilizer product could increase the fertilizer’s efficiency and limit the impact of chemical hazar of fertilizer on the environment. The research aims are to create controlled release inorganic fertilizer with a membrane made of biodegradable polymers combined with insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria and test its effectiveness on upland plants under greenhouse conditions. To solve the above goal, through learning about theory, experimental research results of previous studies related to microorganisms, fertilizers, biodegradable polymers, testing fertilizers on plants was done.

Of sixty insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria strains were isolated from soil samples, there are three strains of bacteria that have both phosphate solubilizing activity and salt tolerance. The analysis results on PVK meidum supplemented with 3% and 4% NaCl showed that only PSM54 strain had phosphorus-degrading ring. The results identified two bacterial strains selected for the analysis, the PSM57 strain Burkholderia silvatlantica and the PSM54 strain Bacillus velezensis. The best time for both PSM54 and PSM57 strains to yield the most biomass multiplication and obtain the highest concentration of bacteria was 48 hours.

On the other hand, the results showed that the method to create immobilized microparticles by confinement method using soldium alginate 1% and calcium chloride 1% are the optimal concentrations for the process of creating microparticles with suitable sizes for the purpose of immobilization bacteria into polymeric membranes used to create membranes for controlled realese fertilizers incorporated microorganisms. The thesis identified the ability to protect bacteria from microparticles immobilized on polymer membranes to help protect bacteria against adverse environmental conditions on the results of the culture of free bacteria and immobilized bacteria in bacteria on medium containing chitosan. The polyurethane, bentonite, CMC, PVA, paraffin and sodium alginate were the biodegradable vii materials that selected for preparing controlled release fertilizers coating membranes combined with microorganisms. The controlled release fertilizer was made by coating of biodegradable polymers incorporated PSM54 bacteria that meets standards for slow dissolution according to AAPFCO (Association of American Plant Food Control Officials) (1997).

After 60 days incorporated on the membrane of controlled release, the PSM54 bacteria remained at 88,3 % compared to the initial density. In addition, the results of the experimental application of controlled release fertilizer combined with microorganisms on potted peanuts showed that when using controlled release fertilizer in combination with microorganisms, affected the growth of plant height, number of branches per tree, nodulation, and yield components of peanut. Using controlled release fertilizer with the amount of fertilizer only 60% - 80% compared to the amount of normal fertilizer, it also had the same effect on the peanuts. Keywords: bacterial immobilization, biodegradable polymers, controlled release inorganic fertiliezer, insoluble inorganic phosphate solubilizing bacteria.

vi Mục lục .viii Danh sách chữ viết tắt. xiv Danh sách các bÁng. xv Danh sách các hình. Tính cấp thiết cÿa đề tài.

Mục tiêu nghiên cāu cÿa đề tài. Thßi gian và địa điểm nghiên cāu. Đối t°ợng nghiên cāu cÿa đề tài. Giới h¿n ph¿m vi nghiên cāu cÿa đề tài.

Nội dung nghiên cāu cÿa đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cÿa đề tài. Tính mới cÿa luận án. TäNG QUAN TÀI LIàU.

Khái niệm và đặc điểm cÿa phân bón vô c¡ .Tính tan và yêu cầu cÿa phân bón vô c¡. Phân lo¿i phân bón vô c¡. Tác động cÿa việc sử dụng phân bón vô c¡ đến môi tr°ßng và sāc khỏe. Polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân bón.

Phân hÿy sinh học và polymer phân hÿy sinh học. Phân lo¿i polymer phân hÿy sinh học sử dụng làm màng bao phân tan chậm. Polymer tự nhiên hoặc polymer tự nhiên đã đ°ợc cÁi biến. Phāc hợp các polymer tự nhiên.

Polymer táng hợp có ngußn gốc sinh học hoặc tự nhiên. Phāc hợp cÿa polymer táng hợp và polymer tự nhiên. Hỗn hợp các hydrocarbon tự nhiên .