Nghiên Cứu Sử Dụng Vi Sinh Vật Nội Sinh Để Sản Xuất Chế Phẩm Dinh Dưỡng Từ Phế Thải Chăn Nuôi

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ phế, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề

• Tác giả: Nguyễn Thị Mỹ Duyên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Minh
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Vi Sinh Vật Nội Sinh Để Sản Xuất Chế Phẩm Dinh Dưỡng Từ Phế Thải Chăn Nuôi
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC BẢNG
• 3. DANH MỤC HÌNH
• 4. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. THESIS ABSTRACT
• 7. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 8. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
• 9. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 10. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 11. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vi Sinh Vật Nội Sinh và Phế Thải Chăn Nuôi

Nghiên cứu vi sinh vật nội sinh trong xử lý phế thải chăn nuôi mở ra hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững. Hiện trạng phế thải chăn nuôi đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đòi hỏi các giải pháp xử lý hiệu quả và thân thiện. Việc ứng dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn nâng cao giá trị phế thải, tạo ra nguồn dinh dưỡng vật nuôi hữu ích. Nghiên cứu này tập trung vào việc khai thác tiềm năng của vi sinh vật bản địa trong việc phân hủy sinh học các chất thải, từ đó tạo ra phân bón hữu cơ và thức ăn chăn nuôi giàu dinh dưỡng. Theo thống kê, lượng phế phẩm chăn nuôi thải ra hàng năm rất lớn, gây áp lực lên môi trường và cần được xử lý triệt để.

1.1. Hiện Trạng Phế Thải Chăn Nuôi và Tác Động Môi Trường

Ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, lượng phế thải chăn nuôi thải ra môi trường ngày càng lớn, gây ô nhiễm nguồn nước, đất và không khí. Các chất thải này chứa nhiều chất hữu cơ, nitơ, phốt pho và các vi sinh vật gây bệnh, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật. Theo Mai Thế Hào (2015), phân vật nuôi chứa nhiều kim loại nặng và vi sinh vật gây hại, gây ô nhiễm không khí, đất và nguồn nước. Việc xử lý phế thải chăn nuôi bằng các phương pháp truyền thống như chôn lấp hoặc đốt không hiệu quả và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Do đó, cần có các giải pháp xử lý phế thải chăn nuôi tiên tiến và bền vững hơn.

1.2. Tiềm Năng của Vi Sinh Vật Nội Sinh trong Xử Lý Phế Thải

Vi sinh vật nội sinh có khả năng phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong phế thải chăn nuôi, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra các sản phẩm có giá trị. Các vi sinh vật có lợi này có thể lên men các chất thải, tạo ra phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng và thức ăn chăn nuôi có chất lượng cao. Theo Zinniel et al. (2002), vi khuẩn nội sinh có khả năng xâm nhập vào mô thực vật và thúc đẩy sự sinh trưởng của cây chủ. Việc sử dụng vi sinh vật nội sinh trong xử lý phế thải chăn nuôi là một giải pháp hiệu quả, thân thiện với môi trường và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi.

II. Cách Tuyển Chọn Vi Sinh Vật Nội Sinh Phân Giải Phế Thải Chăn Nuôi

Việc tuyển chọn vi sinh vật nội sinh có khả năng phân giải phế thải hiệu quả là bước quan trọng để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng. Quá trình này bao gồm việc phân lập, đánh giá khả năng phân giải sinh học và chọn lọc các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao. Các tiêu chí đánh giá bao gồm khả năng phân giải xenlulo, phân giải tinh bột, phân giải lân và khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các chủng vi sinh vật được tuyển chọn sẽ được sử dụng để lên men phế thải chăn nuôi, tạo ra chế phẩm sinh học giàu dinh dưỡng và có khả năng cải tạo đất. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Mỹ Duyên đã tuyển chọn được 08 chủng vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao.

2.1. Phương Pháp Đánh Giá Hoạt Tính Sinh Học của Vi Sinh Vật

Để đánh giá hoạt tính sinh học của vi sinh vật nội sinh, cần thực hiện các thí nghiệm phân giải xenlulo, phân giải tinh bột, phân giải lân trên môi trường chuyên biệt. Khả năng tổng hợp IAA (kích thích tố sinh trưởng) cũng là một tiêu chí quan trọng. Các thí nghiệm này giúp xác định khả năng phân hủy sinh học của vi sinh vật và chọn lọc các chủng có hoạt tính cao. Ngoài ra, cần đánh giá khả năng chịu nhiệt, thích ứng pH và tính đối kháng của các chủng vi sinh vật để đảm bảo chúng có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

2.2. Xác Định Điều Kiện Nhân Giống Tối Ưu cho Vi Sinh Vật

Sau khi tuyển chọn được các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao, cần xác định điều kiện nhân giống tối ưu để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng hiệu quả. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhân giống bao gồm pH môi trường, nhiệt độ, tốc độ lắc và thời gian nuôi cấy. Việc tối ưu hóa các yếu tố này giúp tăng sinh khối vi sinh vật và đảm bảo chất lượng của chế phẩm sinh học. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Mỹ Duyên cho thấy các chủng VSV nội sinh nhân sinh khối tối ưu ở điều kiện pH trung tính và kiềm nhẹ, nhiệt độ từ 25 - 30oC, tốc độ lắc từ 200 đến 250 vòng/phút, thời gian nuôi cấy 48 giờ.

III. Quy Trình Sản Xuất Chế Phẩm Dinh Dưỡng Từ Phế Thải Chăn Nuôi

Quy trình sản xuất chế phẩm dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi và vi sinh vật nội sinh bao gồm các bước: xử lý phế thải, nhân giống vi sinh vật, phối trộn và ủ phân bón. Phế thải chăn nuôi cần được xử lý để loại bỏ các chất độc hại và tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Vi sinh vật được nhân giống trong môi trường thích hợp để tăng sinh khối. Sau đó, vi sinh vật và phế thải được phối trộn theo tỷ lệ nhất định và ủ trong điều kiện kiểm soát để tạo ra phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng. Chế phẩm dinh dưỡng này có thể được sử dụng để cải tạo đất, tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.1. Xử Lý Phế Thải Chăn Nuôi Trước Khi Lên Men

Phế thải chăn nuôi cần được xử lý để loại bỏ các chất độc hại và tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Các phương pháp xử lý bao gồm: ủ nóng, ủ nguội, sử dụng enzyme và các chất phụ gia. Mục tiêu của quá trình xử lý là giảm thiểu mùi hôi, tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và tăng khả năng phân hủy sinh học của phế thải. Việc xử lý phế thải đúng cách giúp đảm bảo chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng và an toàn cho người sử dụng.

3.2. Phối Trộn và Ủ Phế Thải với Vi Sinh Vật Nội Sinh

Sau khi vi sinh vật được nhân giống và phế thải được xử lý, chúng được phối trộn theo tỷ lệ nhất định và ủ trong điều kiện kiểm soát. Quá trình ủ giúp vi sinh vật phát triển và phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong phế thải, tạo ra phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng. Các yếu tố cần kiểm soát trong quá trình ủ bao gồm độ ẩm, nhiệt độ, pH và thông khí. Việc ủ đúng cách giúp đảm bảo chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

IV. Ứng Dụng Chế Phẩm Dinh Dưỡng Vi Sinh từ Phế Thải Chăn Nuôi

Chế phẩm dinh dưỡng vi sinh từ phế thải chăn nuôi và vi sinh vật nội sinh có thể được sử dụng để cải tạo đất, tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Chế phẩm này cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, kích thích sự phát triển của rễ và tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng. Ngoài ra, vi sinh vật trong chế phẩm còn có khả năng cải tạo đất, tăng độ phì nhiêu và cải thiện cấu trúc đất. Việc sử dụng chế phẩm dinh dưỡng vi sinh là một giải pháp nông nghiệp bền vững, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào phân bón hóa học và bảo vệ môi trường.

4.1. Hiệu Quả của Chế Phẩm Dinh Dưỡng đối với Cây Trồng

Chế phẩm dinh dưỡng vi sinh có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Các chỉ tiêu theo dõi như chiều cao cây, số lá, diện tích lá và năng suất của cây trồng được bón chế phẩm cao hơn nhiều so với cây trồng không sử dụng chế phẩm. Chế phẩm cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, kích thích sự phát triển của rễ và tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng. Ngoài ra, vi sinh vật trong chế phẩm còn có khả năng cải tạo đất, tăng độ phì nhiêu và cải thiện cấu trúc đất.

4.2. Tác Động của Chế Phẩm Dinh Dưỡng đến Cải Tạo Đất

Chế phẩm dinh dưỡng vi sinh có tác dụng tích cực đối với đất trồng, cung cấp một hàm lượng lớn các vi sinh vật hữu ích cho đất. Các vi sinh vật này có khả năng chuyển hóa lân khó tiêu, các chất hữu cơ tạo thành các chất dinh dưỡng dễ tiêu giúp cây trồng hấp thụ. Ngoài ra, chế phẩm còn giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng độ phì nhiêu và khả năng giữ nước của đất. Việc sử dụng chế phẩm dinh dưỡng vi sinh là một giải pháp hiệu quả để cải tạo đất và tăng năng suất cây trồng.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vi Sinh Vật Nội Sinh

Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật nội sinh trong sản xuất chế phẩm dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi mở ra hướng đi mới cho nông nghiệp bền vững. Việc ứng dụng vi sinh vật không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn dinh dưỡng hữu ích cho cây trồng và vật nuôi. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất chế phẩm và đánh giá hiệu quả của chế phẩm trên nhiều loại cây trồng và điều kiện khác nhau. Hướng phát triển của nghiên cứu là tập trung vào việc tìm kiếm các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao, phát triển các công nghệ lên men tiên tiến và xây dựng các mô hình ứng dụng chế phẩm hiệu quả.

5.1. Thách Thức và Cơ Hội trong Ứng Dụng Vi Sinh Vật Nội Sinh

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc ứng dụng vi sinh vật nội sinh trong sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vẫn còn gặp nhiều thách thức. Các thách thức bao gồm: khó khăn trong việc phân lập và tuyển chọn vi sinh vật có hoạt tính cao, thiếu các quy trình sản xuất chế phẩm chuẩn hóa và khó khăn trong việc đánh giá hiệu quả của chế phẩm trên nhiều loại cây trồng và điều kiện khác nhau. Tuy nhiên, cũng có nhiều cơ hội để phát triển lĩnh vực này, bao gồm: nhu cầu ngày càng tăng về nông nghiệp bền vững, sự phát triển của công nghệ sinh học và sự hỗ trợ của nhà nước đối với các nghiên cứu về vi sinh vật.

5.2. Đề Xuất Giải Pháp Phát Triển Chế Phẩm Vi Sinh Vật Nội Sinh

Để phát triển chế phẩm vi sinh vật nội sinh hiệu quả, cần có các giải pháp đồng bộ từ nghiên cứu đến ứng dụng. Các giải pháp bao gồm: tăng cường nghiên cứu cơ bản về vi sinh vật nội sinh, xây dựng các quy trình sản xuất chế phẩm chuẩn hóa, phát triển các phương pháp đánh giá hiệu quả của chế phẩm và xây dựng các mô hình ứng dụng chế phẩm hiệu quả. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp và người nông dân để đảm bảo chế phẩm được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành nông nghiệp Việt Nam ghi nhận tỷ trọng chăn nuôi chiếm khoảng 24,5% tổng giá trị sản xuất toàn ngành. Tuy nhiên, quy mô đàn gia súc và gia cầm tăng trưởng nhanh chóng với hơn 27,7 triệu con lợn, 7,75 triệu con trâu bò và trên 341,9 triệu con gia cầm đã phát sinh một lượng chất thải khổng lồ. Hàng năm, hoạt động chăn nuôi thải ra môi trường hơn 76 triệu tấn chất thải rắn cùng xấp xỉ 30 triệu mét khối chất thải lỏng. Thực trạng đáng báo động là có tới 23% số hộ chăn nuôi xả thẳng chất thải chưa qua xử lý ra môi trường tự nhiên, trong khi nồng độ các khí độc hại như hydro sunfua ($H_2S$) và amoniac ($NH_3$) đo được trong nguồn thải thường vượt ngưỡng quy chuẩn cho phép từ 30 đến 40 lần.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm được đặt ra là làm thế nào để xử lý triệt để nguồn phế thải chăn nuôi dạng lỏng giàu dinh dưỡng nhưng có nguy cơ ô nhiễm cao, đồng thời hạn chế việc lạm dụng phân bón hóa học trong canh tác nông nghiệp. Mục tiêu cụ thể của luận văn bao gồm: tuyển chọn các chủng vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao; tối ưu hóa điều kiện nhân sinh khối; và sản xuất thành công chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ nguồn dịch thải chăn nuôi lợn qua xử lý sinh học kỵ khí.

Nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn từ tháng 6 năm 2016 đến tháng 9 năm 2017 tại phòng thí nghiệm chuyên sâu thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam, sử dụng mẫu đất phù sa sông Hồng và cây mồng tơi làm đối tượng thử nghiệm. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước, chuyển hóa 100% dịch thải chăn nuôi sau xử lý thành phân bón sinh học hữu ích, và nâng cao hiệu quả sinh trưởng của cây trồng một cách an toàn, bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết sinh thái vi sinh vật nội sinh (Endophytic Microorganisms) kết hợp với các nguyên lý sinh hóa về chuyển hóa dinh dưỡng khoáng và kích thích sinh trưởng thực vật. Các khái niệm nền tảng bao gồm: vi khuẩn vùng rễ thúc đẩy sinh trưởng thực vật (PGPB), khả năng kích kháng hệ thống (ISR), và cơ chế hòa tan khoáng khó tiêu.

Về mặt sinh hóa, quá trình cố định nitơ tự do diễn ra dưới sự xúc tác của phức hệ enzyme nitrogenase với sự tiêu tốn 16 phân tử ATP cho mỗi mol nitơ được cố định. Quá trình sinh tổng hợp Indole-3-acetic acid (IAA) được làm rõ thông qua ba con đường chuyển hóa từ tiền chất L-tryptophan, trong đó lộ trình qua indole-3-pyruvic acid giữ vai trò chủ đạo. Đồng thời, cơ chế hòa tan lân vô cơ được giải thích qua sự tiết các axit hữu cơ và axit vô cơ sinh học làm hòa tan liên kết canxi photphat khó tiêu ($Ca_3(PO_4)_2$). Để chế phẩm vi sinh đạt chuẩn lưu hành, mật độ tế bào hữu ích bắt buộc phải đạt ngưỡng tối thiểu từ $1 \times 10^8 \text{ CFU/ml}$ theo quy định của cơ quan quản lý nông nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực hiện đánh giá trên cỡ mẫu ban đầu gồm 40 chủng vi sinh vật nội sinh đã được phân lập sơ bộ từ 7 đối tượng cây trồng khác nhau tại 4 vùng sinh thái đặc trưng thuộc các tỉnh Hà Tĩnh, Nghệ An, Hưng Yên và thành phố Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm thu thập các vi khuẩn nội sinh từ mô thực vật khỏe mạnh, thích nghi tốt với điều kiện khí hậu nhiệt đới.

Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích chuyên sâu:

• Phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch Pikovaskya và môi trường carboxymethyl cellulose (CMC) giúp sàng lọc định tính và định lượng nhanh khả năng tạo vòng phân giải lân và xenluloza thông qua đo đường kính vòng sáng halo.
• Phương pháp so màu quang phổ Salkowski ở bước sóng 530 nm được chọn vì có độ nhạy cao, cho phép định lượng chính xác nồng độ kích thích tố IAA sinh ra.
• Thí nghiệm đánh giá hiệu quả trên cây mồng tơi được bố trí trong chậu vại theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh của Vincent (1976), gồm 3 công thức và 5 lần nhắc lại (tổng số 15 đơn vị thí nghiệm). Công thức 0 là đối chứng thâm canh cục bộ, Công thức 1 tưới dịch thải sau bể kỵ khí, Công thức 2 tưới chế phẩm vi sinh đa chức năng pha loãng tỷ lệ 20 ml trong 1000 ml nước, định kỳ tưới 40 ml/chậu mỗi 5 ngày. Số liệu được thu thập và xử lý thống kê trên phần mềm IRRISTAT nhằm đảm bảo tính khách quan và kiểm định sai số ở mức ý nghĩa 5% (LSD 5%).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Từ 40 chủng vi sinh vật khảo sát, đề tài đã tuyển chọn thành công 8 chủng vi sinh vật nội sinh sở hữu hoạt tính sinh học vượt trội, bao gồm: 3RMT, 3TMT2, 6TCCH1, 6TCCH2, 6RCC2, 7TCCH, 8TCCH và 8RCCH2. Khả năng sinh tổng hợp kích thích tố sinh trưởng IAA của các chủng dao động từ 2,311 đến 103,241 $\mu\text{g IAA/ml}$, trong đó chủng 8RCCH2 đạt mức cao nhất là 103,241 $\mu\text{g/ml}$, vượt trội hơn hẳn so với nhiều công bố trước đây chỉ đạt từ 5,84 đến 39,64 $\mu\text{g/ml}$.

Cả 8 chủng tuyển chọn đều không có tính đối kháng lẫn nhau khi nuôi cấy đồng thời, đồng thời thể hiện khả năng ức chế mạnh mẽ đối với ít nhất 2 trong 3 loại vi sinh vật gây bệnh phổ biến gồm nấm Fusarium oxysporum, vi khuẩn Salmonella và vi khuẩn Escherichia coli. Điều kiện nuôi cấy tối ưu để nhân sinh khối cho các chủng này được xác định tại môi trường có pH trung tính đến kiềm nhẹ (pH từ 6,0 đến 7,5), nhiệt độ phòng nuôi từ 25 đến 30 độ C, tốc độ lắc duy trì ở mức 200 đến 250 vòng/phút trong thời gian nuôi cấy 48 giờ. Đáng chú ý, các chủng này còn có khả năng chịu mặn tốt ở nồng độ muối NaCl từ 4% đến 5%.

Chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng hoàn chỉnh được sản xuất bằng cách phối trộn sinh khối vi sinh vật với dịch dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi lợn qua bể xử lý kỵ khí UASB theo tỷ lệ thể tích 1:3. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy các chỉ tiêu về mật độ vi sinh vật hữu ích, hàm lượng hữu cơ và khoáng tổng số hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP của Chính phủ về quản lý phân bón.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả ứng dụng chế phẩm trên cây mồng tơi cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê so với công thức đối chứng thâm canh truyền thống. Sự vượt trội về các chỉ tiêu nông học như chiều cao cây, số lượng lá thật trên cây, diện tích bề mặt lá và năng suất sinh khối thực tế đạt mức sai số tin cậy ở ngưỡng $P < 0,05$ ($LSD_{0,05}$). Nguyên nhân chính là do sự phối hợp hiệp đồng giữa nguồn dinh dưỡng khoáng dễ hấp thu từ dịch thải kỵ khí và hàm lượng IAA dồi dào do các chủng vi sinh vật nội sinh tiết ra, giúp bộ rễ phát triển sâu rộng, tăng khả năng hút nước và khoáng chất.

Dữ liệu thực nghiệm có thể được biểu diễn một cách trực quan thông qua bảng đối chiếu các chỉ tiêu lý hóa của đất trước và sau thí nghiệm, cũng như biểu đồ cột so sánh động thái tăng trưởng chiều cao cây giữa các nghiệm thức. Kết quả phân tích tính chất đất sau thu hoạch chỉ ra rằng việc tưới chế phẩm đa chức năng đã làm tăng độ phì nhiêu của đất phù sa sông Hồng, cải thiện hàm lượng chất hữu cơ (OM%), bổ sung lân dễ tiêu và tăng mật độ vi sinh vật có ích trong đất lên đáng kể so với nền đất chỉ bón phân vô cơ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao và ứng dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể được khuyến nghị như sau:

• Hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình sản xuất quy mô bán công nghiệp: Tiến hành mở rộng thể tích nhân sinh khối vi sinh vật từ quy mô phòng thí nghiệm lên các nồi lên men dung tích 100 đến 500 lít. Đơn vị thực hiện là các viện nghiên cứu và trung tâm ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật, với mục tiêu duy trì mật độ tế bào sống luôn đạt trên $1 \times 10^9 \text{ CFU/ml}$ trong vòng 6 đến 12 tháng tới.
• Xây dựng mô hình tuần hoàn chất thải tại các trang trại chăn nuôi quy mô lớn: Hợp tác với các doanh nghiệp và chủ trang trại chăn nuôi lợn để lắp đặt hệ thống thu gom, tiền xử lý qua bể UASB và phối trộn chế phẩm vi sinh với tỷ lệ 1:3 ngay tại chỗ. Kế hoạch đặt mục tiêu tái sử dụng từ 80% đến 90% lượng nước thải chăn nuôi trong vòng 2 năm tới.
• Thử nghiệm mở rộng trên nhiều nhóm cây trồng có giá trị kinh tế cao: Các cơ quan khuyến nông địa phương chủ trì thử nghiệm chế phẩm trên cây ăn quả, cây công nghiệp và các loại rau ăn lá cao cấp, nhằm xác định liều lượng bón tối ưu cho từng loại thổ nhưỡng, phấn đấu giảm thiểu từ 30% đến 40% lượng phân bón vô cơ cần sử dụng.
• Đăng ký chứng nhận hợp quy và thương mại hóa sản phẩm: Doanh nghiệp sản xuất phân bón cần phối hợp với tác giả hoàn thiện hồ sơ đăng ký lưu hành phân bón vi sinh theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP, tiến hành bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ đối với 8 chủng vi sinh vật nội sinh trong thời hạn 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và thực tiễn phong phú cho các nhóm độc giả sau:

• Doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ và chế phẩm vi sinh: Nắm bắt công nghệ tạo chế phẩm dinh dưỡng lỏng đa chức năng, rút ngắn quy trình nghiên cứu và tối ưu hóa chi phí sản xuất chất mang không thanh trùng.
• Chủ trang trại và doanh nghiệp chăn nuôi gia súc quy mô tập trung: Tiếp cận giải pháp kỹ thuật tuần hoàn chất thải lỏng, biến nguồn phế thải gây ô nhiễm thành sản phẩm phân bón sinh học có giá trị thương mại, giải quyết triệt để áp lực xử lý môi trường.
• Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Khoa học Môi trường, Công nghệ Sinh học: Khai thác nguồn tài liệu chuẩn xác về phương pháp phân lập, đánh giá hoạt tính sinh học (phân giải lân, xenluloza, định lượng IAA) và bố trí thí nghiệm nông học theo chuẩn quốc tế.
• Cán bộ quản lý môi trường và khuyến nông tại các địa phương: Có cơ sở khoa học vững chắc để tham mưu, hoạch định chính sách khuyến khích phát triển nông nghiệp hữu cơ tuần hoàn và quản lý kiểm soát ô nhiễm nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi sinh vật nội sinh là gì và có điểm gì khác biệt so với vi sinh vật vùng rễ thông thường?
Vi sinh vật nội sinh là các vi khuẩn hoặc vi nấm sống bên trong các mô, khoảng gian bào hoặc hệ mạch của thực vật mà không gây hại cho cây chủ. Khác với vi sinh vật vùng rễ chỉ cư trú bên ngoài bề mặt đất, vi sinh vật nội sinh thiết lập mối quan hệ cộng sinh bền chặt hơn, bảo vệ cây từ bên trong và thích ứng tốt hơn trước các biến đổi bất lợi của môi trường.

2. Khả năng sinh IAA cao nhất của các chủng vi sinh vật trong nghiên cứu đạt mức bao nhiêu?
Trong số 8 chủng vi sinh vật nội sinh được tuyển chọn, nồng độ IAA tổng hợp được dao động từ 2,311 đến 103,241 $\mu\text{g IAA/ml}$. Trong đó, chủng ký hiệu 8RCCH2 đạt hoạt tính cao nhất với nồng độ 103,241 $\mu\text{g/ml}$, cao hơn đáng kể so với mức trung bình 5,84 đến 39,64 $\mu\text{g/ml}$ của các chủng vi khuẩn nội sinh từng được phân lập trong các công bố trước đó.

3. Tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa sinh khối vi sinh vật và dịch thải chăn nuôi là bao nhiêu?
Qua các bước khảo nghiệm kỹ thuật, tỷ lệ phối trộn tối ưu được xác định là 1 phần dịch sinh khối vi sinh vật nội sinh với 3 phần dịch dinh dưỡng phế thải chăn nuôi lợn đã qua xử lý kỵ khí bằng bể UASB. Phương pháp phối trộn này áp dụng trên chất mang không thanh trùng, giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất ở quy mô lớn.

4. Chế phẩm này có khả năng kháng lại những loại mầm bệnh nào trên cây trồng?
Cả 8 chủng vi sinh vật được tuyển chọn đều có hoạt tính đối kháng và kháng được ít nhất 2 trong 3 loại tác nhân gây bệnh nguy hiểm gồm nấm gây bệnh héo rũ Fusarium oxysporum, cùng hai loại vi khuẩn gây ngộ độc và nhiễm khuẩn đường ruột phổ biến là Salmonella và Escherichia coli.

5. Việc sử dụng chế phẩm vi sinh tác động thế nào đến các chỉ tiêu hóa lý của đất trồng?
Thí nghiệm thực tế trên đất phù sa sông Hồng chứng minh việc bón chế phẩm định kỳ giúp gia tăng đáng kể hàm lượng mùn hữu cơ tổng số, chuyển hóa các dạng lân khó tiêu thành lân dễ tiêu cho cây hấp thụ, đồng thời làm tăng mật độ hệ vi sinh vật có ích trong đất mà không gây chua hóa hay thoái hóa đất.

Kết luận

• Tuyển chọn thành công 8 chủng vi sinh vật nội sinh đa chức năng có hoạt tính sinh học cao (3RMT, 3TMT2, 6TCCH1, 6TCCH2, 6RCC2, 7TCCH, 8TCCH, 8RCCH2) từ nguồn mẫu thực vật tại nhiều vùng sinh thái.
• Xác định chính xác bộ thông số nhân sinh khối tối ưu: nhiệt độ 25 đến 30 độ C, pH từ 6,0 đến 7,5, tốc độ lắc 200 đến 250 vòng/phút trong 48 giờ và khả năng chịu mặn đạt 4% đến 5% NaCl.
• Sản xuất thành công chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ dịch thải chăn nuôi kỵ khí phối trộn tỷ lệ 1:3, đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu chất lượng theo Nghị định 108/2017/NĐ-CP.
• Chứng minh hiệu quả vượt trội của chế phẩm trong việc thúc đẩy chiều cao, diện tích lá, năng suất cây mồng tơi và nâng cao độ phì nhiêu cho đất canh tác.
• Mở ra hướng đi mang tính đột phá cho ngành nông nghiệp tuần hoàn: biến nguồn thải gây ô nhiễm thành tài nguyên phân bón sinh học giá trị cao.

Các đơn vị nghiên cứu, trang trại chăn nuôi và doanh nghiệp nông nghiệp quan tâm đến giải pháp công nghệ tuần hoàn sinh học này có thể liên hệ hợp tác và khai thác chi tiết quy trình công nghệ để tiến hành thử nghiệm, ứng dụng trên diện rộng trong thời gian tới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI SINH VẬT NỘI SINH ĐỂ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM DINH DƯỠNG VI SINH ĐA CHỨC NĂNG TỪ PHẾ THẢI CHĂN NUÔI DẠNG LỎNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 44 03 01 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Minh NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 c 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 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mỹ Duyên i c 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.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Thị Minh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy - cô giáo trong khoa Môi trường, trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý báu. Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới phòng thí nghiệm Jica, khoa Quản lý đất đai, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.

Cuối cùng tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè những người đã luôn bên cạnh và ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Mỹ Duyên ii c MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục bảng.

vi Danh mục hình. vii Danh mục chữ viết tắt. viii Trích yếu luận văn. ix Thesis abstract.

Tính cấp thiết của đề tài. Giả thuyết khoa học. Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tổng quan tài liệu. Tình hình phát triển chăn nuôi, hiện trạng phế thải chăn nuôi trên thế giới và Việt Nam. Tình hình phát triển chăn nuôi trên Thế Giới và Việt Nam.

Hiện trạng chất thải chăn nuôi và tác động của chúng đến môi trường. Các biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi. Cơ sở khoa học của việc sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm sinh học. Khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật.

Khả năng phân giải và chuyển hóa lân của vi sinh vật. Khả năng cố định Nitơ của vi sinh vật. Khả năng tổng hợp IAA của vi sinh vật. Khả năng kháng bệnh hại cây trồng.

Tổng quan về vi sinh vật nội sinh và chế phẩm sinh học. Tổng quan về vi sinh vật nội sinh. Tổng quan về chế phẩm sinh học. Tình hình nghiên cứu và sử dụng vi sinh vật nội sinh và chế phẩm sinh học trên thế giới và Việt Nam.

Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học trên Thế giới .2 Tình hình nghiên cứu sử dụng VSV nội sinh và chế phẩm sinh học Việt Nam. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu.

Đối tượng/vật liệu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Tuyển chọn giống vi sinh vật theo phương pháp đánh giá trực tiếp đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau.

Xác định điều kiện nhân giống thích hợp cho các chủng VSV nội sinh được tuyển chọn. Xác định chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh từ phế thải chăn nuôi, tính chất đất thí nghiệm. Giống vi sinh vật và dịch dinh dưỡng sau xử lý phế thải chăn nuôi được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang không thanh trùng. Thí nghiệm chậu vại.

Phương pháp xử lý số liệu. Kết quả và thảo luận. Tuyển chọn các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao. Đánh giá khả năng tổng hợp IAA, phân giải lân, phân giải xenlulo, phân giải tinh bột của các chủng vi sinh vật nội sinh.

Đánh giá khả năng chịu nhiệt và thích ứng pH của các chủng vi sinh vật. Đánh giá tính đối kháng của các chủng vi sinh vật. Đánh giá khả năng kháng bệnh của các chủng vi sinh vật tuyển chọn. Xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống vsv tuyển chọn.

Ảnh hưởng của pH môi trường. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ảnh hưởng của tốc độ lắc. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy.

Ảnh hưởng của nồng độ muối. Chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ vsv nội sinh đa chức năng và phế thải chăn nuôi dạng lỏng. Đánh giá hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng. Hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng tới sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.

Hiệu quả của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng tới việc cải tạo đất. Kết luận và kiến nghị. 63 Tài liệu tham khảo. 64 v c DANH MỤC BẢNG Bảng 2.

Số lượng gia súc gia cầm năm 2013-2016. Định hướng phát triển đàn gia súc, gia cầm đến năm 2020. Ước tính lượng chất thải rắn chăn nuôi phát sinh từ năm 2015-2016. Kết quả khả năng phân giải lân của VSV nội sinh.

Kết quả khả năng phân giải xenlulozơ của VSV nội sinh. Kết quả phân giải vòng tinh bột của VSV nội sinh. Khả năng chịu nhiệt của các chủng vi sinh vật. Khả năng thích ứng pH của các chủng vi sinh vật.

Khả năng kháng bệnh của các chủng vi sinh vật tuyển chọn. Đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật nội sinh được tuyển chọn. Ảnh hưởng của pH đến số lượng vi khuẩn. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến số lượng vi khuẩn.

Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến số lượng vi khuẩn. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến số lượng vi khuẩn. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến số lượng vi khuẩn. Chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng.

Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng sau thí nghiệm. Tính chất đất trước và sau thí nghiệm. 60 vi c DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sơ đồ chuyển hoá các hợp chất lân hữu cơ thành muối của H3PO4.

Khả năng thích ứng với nhiệt độ của một số chủng VSV. Khả năng thích ứng pH của chủng 6RN2 (pH=5) và chủng 6RN1(pH=6) 46 Hình 4. Chủng vi sinh vật nội sinh được tuyển chọn. Tính đối kháng của của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn.

Vòng kháng bệnh nấm của chủng 6TCCH1 và Ecoli của chủng 3RMT. Ảnh hưởng của pH môi trường đến hàm lượng IAA. Ảnh hưởng của pH môi trường đến hàm lượng IAA. Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hàm lượng IAA.

Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hàm lượng IAA. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hàm lượng IAA. 58 vii c DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Nghĩa tiếng việt BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn BVTV Bảo vệ thực vật CTR Chất thải rắn CT Công thức IAA Kích thích tố Auxin QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VSDCN Vi sinh đa chức năng VSV Vi sinh vật viii c TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Thị Mỹ Duyên Tên luận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật nội sinh để sản xuất chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ phế thải chăn nuôi dạng lỏng. Ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60 44 03 01 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu: Tuyển chọn được các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao (có khả năng kích thích sinh trưởng phát triển cây trồng, phân giải chuyển hóa lân và các chất hữu cơ, kháng bệnh hại,.) từ các vùng sinh thái và cây trồng khác nhau.

Xác định được điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống VSV tuyển chọn. Sản xuất được chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và phế thải chăn nuôi dạng lỏng. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện tuyển chọn các giống vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao (khả năng sinh IAA, chuyển hóa lân,.) từ các vi sinh vật nội sinh đã được phân lập từ các vùng có điều kiện sinh thái khác nhau. Sau khi tuyển chọn được các vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, tiến hành xác định điều kiện nhân sinh khối tối ưu cho các giống VSV tuyển chọn.

Việc đánh giá chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh đa chức năng từ VSV nội sinh và phế thải chăn nuôi dạng lỏng được thực hiện trên đối tượng cây mồng tơi. Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp: Tuyển chọn giống vi sinh vật theo phương pháp đánh giá trực tiếp đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau; Xác định chất lượng của chế phẩm dinh dưỡng vi sinh từ phế thải chăn nuôi, tính chất đất thí nghiệm theo TCVN đối với hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng các chất dinh dưỡng chính, độ ẩm, pH.; Giống vi sinh vật và dịch dinh dưỡng sau xử lý phế thải chăn nuôi được phối trộn theo phương pháp phối trộn chất mang không thanh trùng; Thí nghiệm chậu vại theo phương pháp của Vicent (1976) gồm 3 công thức với 5 lần nhắc lại: Công thức 0: Đối chứng (bón theo nền thâm canh của địa phương), Công thức 1: Bón dịch dinh dưỡng từ phế thải chăn nuôi, Công thức 2: Bón chế phẩm dinh dưỡng VSDCN. Theo dõi các chỉ tiêu: Số lá, Chiều cao cây, Diện tích lá, Năng suất. Các số liệu thu thập được xử lý trên phần mềm IRRISTAT.

Kết quả nghiên cứu và kết luận: Nghiên cứu đã tìm ra được 08 chủng vi sinh vật nội sinh có hoạt tính sinh học cao: 3RMT, 3TMT2, 6TCCH1, 6TCCH2, 6RCC2, 7TCCH, 8TCCH 8RCCH2.