Nghiên cứu vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu cơ

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Mục lục

MỞ ĐẦU

1. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. KHÁI NIỆM THUẬT NGỮ

1.2. KHỐI LƢỢNG VÀ THÀNH PHẦN PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

1.2.1. Phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp lƣơng thực và rau màu

1.2.2. Phụ phẩm từ sản xuất ngành mía đƣờng

1.2.3. Phụ phẩm từ sản xuất ngành cà phê

1.3. BIỆN PHÁP XỬ LÝ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

1.3.1. Biện pháp vùi trực tiếp vào đất, trên ruộng

1.3.2. Biện pháp tái sử dụng tạo ra các sản phẩm hữu ích khác

1.4. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

1.4.1. Hệ thống enzym vi sinh vật

1.4.2. Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy

1.4.2.1. Phân giải xenluloza

1.4.2.2. Phân giải tinh bột

1.4.2.3. Phân giải protein

1.4.2.4. Phân giải hemixenluloza

1.4.2.5. Phân giải lignin

1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý phế thải làm phân bón

1.4.3.1. Yếu tố phi sinh học

1.4.3.2. Yếu tố sinh học

1.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI LÀM PHÂN BÓN VÀ CÁC SẢN PHẨM TÁI SỬ DỤNG KHÁC

1.5.1. Nghiên cứu trên thế giới

1.5.2. Nghiên cứu ở Việt Nam

1.5.3. Vai trò của phân hữu cơ

1.6. PHÂN LOẠI VI SINH VẬT XỬ LÝ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP

1.6.1. Phƣơng pháp phân loại thông thƣờng

1.6.2. Phƣơng pháp phân loại hiện đại

1.6.2.1. Hoá phân loại

1.6.2.2. Sinh học phân tử

2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT

2.1.1. Mẫu phế thải

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

2.1.3. Môi trƣờng

2.2. PHƢƠNG PHÁP

2.2.1. Phân lập vi sinh vật từ các mẫu phế thải

2.2.2. Đánh giá đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật

2.2.3. Xác định thời gian nuôi cấy của các chủng vi sinh vật

2.2.4. Xác định hình thái, kích thƣớc khuẩn lạc và hình thái vi sinh vật

2.2.5. Lựa chọn môi trƣờng thích hợp

2.2.6. Ảnh hƣởng của nguồn cacbon và nitơ

2.2.7. Ảnh hƣởng của pH ban đầu

2.2.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ban đầu

2.2.9. Xác định hoạt tính enzym bằng phƣơng pháp khuếch tán trên thạch

2.2.10. Định lƣợng enzym

2.2.11. Bảo quản giống

2.2.12. Phân loại vi sinh vật bằng phƣơng pháp sinh học phân tử

2.2.12.1. Đọc trình tự ADNr

2.2.12.2. Xây dựng cây phát sinh chủng loại

2.2.13. Sản xuất chế phẩm vi sinh vật

2.2.13.1. Nguyên liệu chế tạo chất mang

2.2.13.2. Nghiên cứu tính đối kháng giữa các chủng vi sinh vật

2.2.13.3. Sản xuất chế phẩm vi sinh vật

2.2.14. Các phƣơng pháp phân tích vi sinh vật, sinh vật

2.2.14.1. Kiểm tra mật độ tế bào vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm

2.2.14.2. Kiểm tra vi sinh vật tạp

2.2.14.3. Kiểm tra mật độ Colifom

2.2.14.4. Kiểm tra mật độ Salmonella

2.2.14.5. Kiểm tra mật độ E

2.2.14.6. Xác định trứng giun

2.2.15. Phân tích các chỉ tiêu lý tính, hoá tính

2.2.15.1. Các chỉ tiêu lý tính

2.2.15.2. Các chỉ tiêu hoá tính

2.2.16. Nghiên cứu hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật

2.2.16.1. Thí nghiệm chậu vại

2.2.16.2. Thử nghiệm hiệu quả của chế phẩm vi sinh vật trên đống ủ phế phụ phẩm nông nghiệp

2.2.16.3. Thực nghiệm hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp trên đồng ruộng

2.2.16.3.1. Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây lúa giống KD18

2.2.16.3.2. Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây đậu tƣơng giống ĐT84

2.2.17. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT

3.1.1. Phân lập vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza, tinh bột, protein

3.1.1.1. Phân lập vi sinh vật phân huỷ xenluloza

3.1.1.2. Phân lập vi sinh vật phân huỷ tinh bột

3.1.1.3. Phân lập vi sinh vật phân huỷ protein

3.1.2. Tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ phế phụ phẩm nông nghiệp

3.2. PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH TÊN VI SINH VẬT

3.2.1. Đặc điểm hình thái, kích thƣớc

3.2.2. Giải trình tự ADNr16S và phân loại vi sinh vật

3.3. KHẢ NĂNG SINH TRƢỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ SINH ENZYM NGOẠI BÀO CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT ĐÃ LỰA CHỌN

3.3.1. Ảnh hƣởng của các môi trƣờng nuôi cấy khác nhau

3.3.2. Ảnh hƣởng của pH ban đầu và nhiệt độ

3.3.3. Ảnh hƣởng của nguồn cơ chất

3.4. SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT

3.4.1. Nghiên cứu tính đối kháng giữa các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn

3.4.2. Khả năng tồn tại của các chủng vi sinh vật trong môi trƣờng nuôi cấy hỗn hợp chủng

3.4.2.1. Trong điều kiện chất mang dạng bột

3.4.2.2. Trong điều kiện chất mang dạng lỏng

3.4.3. Sản xuất chế phẩm vi sinh vật

3.4.4. Đánh giá chất lƣợng của chế phẩm vi sinh vật sau khi sản xuất và trong thời gian bảo quản

3.5. XỬ LÝ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP BẰNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT

3.5.1. Kết quả thí nghiệm chậu vại

3.5.2. Kết quả xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp bằng chế phẩm vi sinh vật

3.5.2.1. Diễn biến nhiệt độ của các đống ủ

3.5.2.2. Chất lƣợng của đống ủ sau xử lý

3.5.2.3. Kiểm tra, đánh giá sinh vật gây bệnh trong đống ủ

3.6. HIỆU QUẢ CỦA PHÂN HỮU CƠ TÁI CHẾ TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỒNG RUỘNG

3.6.1. Tính chất nông hoá học của đất thực nghiệm

3.6.2. Hiệu quả của phân hữu cơ tái chế từ phế phụ phẩm nông nghiệp

3.6.2.1. Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây lúa nƣớc

3.6.2.2. Hiệu quả thực nghiệm bón phân cho cây đậu tƣơng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp

Nghiên cứu về vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong việc phát triển nền nông nghiệp bền vững. Phế phụ phẩm nông nghiệp, như rơm rạ, lõi ngô, và các loại cây trồng khác, thường bị bỏ qua hoặc xử lý không hiệu quả, dẫn đến ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên. Việc sử dụng công nghệ sinh học để phân giải những phế phụ phẩm này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn phân bón hữu cơ quý giá cho đất.

1.1. Khái niệm và vai trò của phế phụ phẩm nông nghiệp

Phế phụ phẩm nông nghiệp là những chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất nông nghiệp, bao gồm rơm rạ, lá cây, và các phần không sử dụng được của cây trồng. Những phế phụ phẩm này có thể được tái chế thành phân bón hữu cơ, giúp cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng.

1.2. Tình hình hiện tại về xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp

Hiện nay, nhiều phế phụ phẩm nông nghiệp vẫn bị đốt hoặc vứt bỏ, gây ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng công nghệ sinh học để xử lý phế phụ phẩm là một giải pháp hiệu quả, giúp chuyển hóa chúng thành các sản phẩm có giá trị, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm

Mặc dù có nhiều lợi ích từ việc sử dụng vi sinh vật để phân giải phế phụ phẩm, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề như sự đa dạng của các loại phế phụ phẩm, khả năng phân giải của các chủng vi sinh vật, và điều kiện môi trường ảnh hưởng đến quá trình phân giải cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Đặc điểm của phế phụ phẩm nông nghiệp

Mỗi loại phế phụ phẩm có thành phần hóa học và cấu trúc khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng phân giải của vi sinh vật. Ví dụ, rơm lúa có hàm lượng chất xơ cao, trong khi lá mía lại chứa nhiều lignin, làm cho quá trình phân giải trở nên khó khăn hơn.

2.2. Khó khăn trong việc lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp

Việc lựa chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải mạnh mẽ là một thách thức lớn. Cần phải tiến hành các nghiên cứu để xác định các chủng vi sinh vật có khả năng sản sinh enzym ngoại bào, như cellulase và amylase, để tối ưu hóa quá trình phân giải.

III. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp

Để nghiên cứu và phát triển các chế phẩm vi sinh vật, cần áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại. Các phương pháp này bao gồm phân lập, tuyển chọn, và đánh giá khả năng phân giải của các chủng vi sinh vật trong điều kiện thực nghiệm.

3.1. Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật

Quá trình phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải phế phụ phẩm được thực hiện thông qua việc thu thập mẫu từ các nguồn khác nhau, sau đó nuôi cấy và đánh giá khả năng phân giải của chúng trong môi trường thích hợp.

3.2. Đánh giá hoạt tính enzym của vi sinh vật

Hoạt tính enzym của các chủng vi sinh vật được đánh giá thông qua các phương pháp như khuếch tán trên thạch và định lượng enzym. Điều này giúp xác định khả năng phân giải của các chủng vi sinh vật trong điều kiện thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vi sinh vật trong sản xuất phân bón hữu cơ

Việc ứng dụng các chế phẩm vi sinh vật trong sản xuất phân bón hữu cơ đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phân bón hữu cơ từ phế phụ phẩm nông nghiệp không chỉ cải thiện chất lượng đất mà còn tăng năng suất cây trồng.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của phân bón hữu cơ

Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phân bón hữu cơ từ phế phụ phẩm nông nghiệp giúp tăng năng suất cây lúa và đậu tương, đồng thời cải thiện chất lượng đất. Các thử nghiệm thực địa đã chứng minh rằng phân bón hữu cơ có thể thay thế một phần phân bón hóa học.

4.2. Tác động đến môi trường và sức khỏe con người

Việc sử dụng phân bón hữu cơ không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và duy trì hệ sinh thái bền vững.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu vi sinh vật

Nghiên cứu về vi sinh vật phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp đang mở ra nhiều triển vọng cho nền nông nghiệp bền vững. Việc phát triển các chế phẩm vi sinh vật có khả năng phân giải mạnh mẽ sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất phân bón hữu cơ, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu vi sinh vật trong nông nghiệp

Nghiên cứu và phát triển các chủng vi sinh vật mới có khả năng phân giải phế phụ phẩm sẽ là một xu hướng quan trọng trong tương lai. Điều này không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân giải của vi sinh vật, cũng như phát triển các phương pháp xử lý phế phụ phẩm hiệu quả hơn. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, nông dân và các tổ chức sẽ là chìa khóa để đạt được thành công trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu tuyển chọn vi sinh vật có khả năng phân giải phế phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất phân bón hữu cơ