Luận án tiến sĩ phân lập tuyển chọn và sử dụng một số chủng vi sinh vật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất lạc trên vùng đất cát biển bình định

Luận án tiến sĩ phân tích phân lập tuyển chọn và sử dụng một số chủng vi sinh vật nhằm cải thiện kết quả sản xuất lạc trên, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng

• Tác giả: Nguyễn Thu Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Toản
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Phân lập, tuyển chọn và sử dụng một số chủng vi sinh vật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất lạc trên vùng đất cát biển Bình Định
• Loại tài liệu: Luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 1.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA CÂY LẠC
• 1.1.1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới và Việt Nam
• 1.1.1.1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Nghiên cứu tính chất đất cát biển vùng nghiên cứu
• 2.2.2. Phân lập, tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật phù hợp cho cây lạc trên đất cát biển tỉnh Bình Định
• 2.2.3. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật từ các chủng vi sinh vật tuyển chọn
• 2.2.4. Đánh giá khả năng sử dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây lạc trên đất cát biển tỉnh Bình Định
• 2.2.5. Xây dựng mô hình sử dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây lạc trên đất cát biển tỉnh Bình Định
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. Phân lập, tuyển chọn bộ chủng vi sinh vật
• 2.3.2. Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật
• 2.3.3. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây lạc trồng trên đất cát biển tỉnh Bình Định
• 2.3.4. Xây dựng mô hình sử dụng chế phẩm vi sinh vật cho cây lạc trồng trên đất cát biển tỉnh Bình Định
• 2.3.5. Phương pháp đánh giá sinh trưởng, năng suất cây lạc
• 2.3.6. Phương pháp phân tích mẫu đất
• 2.3.7. Phương pháp phân tích mẫu cây
• 2.3.8. Phương pháp phân tích chất lượng nông sản
• 2.3.9. Hiệu quả kinh tế
• 2.3.10. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT CÁT BIỂN TẠI VÙNG NGHIÊN CỨU
• 3.2. PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT PHÙ HỢP CHO CÂY LẠC TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN TỈNH BÌNH ĐỊNH
• 3.2.1. Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật
• 3.2.2. Định tên của các chủng vi sinh vật tuyển chọn
• 3.2.3. Đánh giá khả năng thích hợp với đất cát biển tỉnh Bình Định của các chủng vi sinh vật được tuyển chọn
• 3.2.4. Đánh giá khả năng hỗn hợp của các chủng vi sinh vật tuyển chọn
• 3.3. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM VI SINH VẬT CHO CÂY LẠC TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN
• 3.3.1. Nhân sinh khối vi sinh vật
• 3.3.2. Lên men xốp các chủng vi sinh vật
• 3.3.3. Xây dựng qui trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật
• 3.4. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT CHO CÂY LẠC TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN TỈNH BÌNH ĐỊNH
• 3.4.1. Xác định liều lượng chế phẩm vi sinh vật
• 3.4.2. Nghiên cứu phương pháp sử dụng chế phẩm vi sinh vật
• 3.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến sinh trưởng, năng suất và hiệu quả kinh tế của cây lạc
• 3.5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỬ DỤNG CHẾ PHẨM VI SINH VẬT CHO CÂY LẠC TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN BÌNH ĐỊNH
• 3.5.1. Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến một số tính chất đất cát biển vùng nghiên cứu
• 3.5.2. Ảnh hưởng chế phẩm vi sinh vật đến sinh trưởng, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cây lạc
• 3.5.3. Ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh vật đến chất lượng của lạc
• 3.5.4. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng chế phẩm vi sinh vật đối với cây lạc
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc phân lập và sử dụng vi sinh vật để nâng cao sản xuất lạc trên đất cát biển Bình Định. Đất cát biển tại Bình Định có đặc điểm nghèo dinh dưỡng, độ ẩm thấp và khả năng giữ nước kém, gây hạn chế lớn đến năng suất lạc. Việc ứng dụng vi sinh vật như phân bón sinh học được xem là giải pháp hiệu quả để cải thiện độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất cây trồng. Nghiên cứu này nhằm tuyển chọn các chủng vi sinh vật phù hợp và phát triển chế phẩm sinh học chuyên dụng cho cây lạc.

1.1. Tình hình sản xuất lạc

Lạc là cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao, đóng vai trò quan trọng trong cải tạo đất. Tại Bình Định, diện tích trồng lạc đạt 8.400 ha, chiếm 29,8% diện tích trồng lạc toàn vùng Duyên hải Nam Trung Bộ. Tuy nhiên, năng suất lạc tại đây còn thấp so với các vùng khác do đất nghèo dinh dưỡng và thiếu nước tưới.

1.2. Vai trò của vi sinh vật

Vi sinh vật có khả năng cố định đạm, phân giải lân khó tan, hòa tan kali và tổng hợp polysaccarit giúp cải thiện độ phì nhiêu đất và tăng khả năng giữ ẩm. Việc sử dụng phân bón sinh học từ vi sinh vật không chỉ nâng cao năng suất lạc mà còn góp phần phát triển nông nghiệp bền vững.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện qua các bước: phân lập vi sinh vật, tuyển chọn các chủng có khả năng cố định nitơ, phân giải phốt phát khó tan, hòa tan kali và tổng hợp polysaccarit. Các chủng được đánh giá khả năng thích nghi với điều kiện đất cát biển và tương tác với cây lạc. Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học được xây dựng và thử nghiệm trên đồng ruộng tại Bình Định.

2.1. Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật

Các chủng vi sinh vật được phân lập từ đất trồng lạc và tuyển chọn dựa trên khả năng cố định nitơ, phân giải lân, hòa tan kali và tổng hợp polysaccarit. Các chủng được đánh giá khả năng thích nghi với pH, nhiệt độ và độ mặn của đất cát biển.

2.2. Sản xuất chế phẩm sinh học

Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học bao gồm nhân sinh khối, lên men và tạo sản phẩm. Chế phẩm được kiểm tra chất lượng và hiệu quả sử dụng trên cây lạc tại Bình Định.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã tuyển chọn được bốn chủng vi sinh vật phù hợp với cây lạc trên đất cát biển, bao gồm: Bradyrhizobium japonicum RA18, Bacillus megaterium P1107, Paenibacillus castaneae S3.1 và Lipomyces starkeyi PT5.1. Chế phẩm sinh học từ các chủng này giúp tăng năng suất lạc, cải thiện độ phì nhiêu đất và hiệu quả kinh tế.

3.1. Hiệu quả của chế phẩm sinh học

Chế phẩm sinh học giúp tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây lạc, cải thiện độ ẩm đất và tăng năng suất lên 20-30%. Hiệu quả kinh tế được ghi nhận qua việc giảm chi phí phân bón hóa học và tăng lợi nhuận cho nông dân.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Chế phẩm sinh học đã được áp dụng rộng rãi tại các vùng trồng lạc ở Bình Định, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững và nâng cao thu nhập cho người dân.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng vi sinh vật trong nâng cao sản xuất lạc trên đất cát biển Bình Định. Các chế phẩm sinh học từ vi sinh vật không chỉ cải thiện năng suất lạc mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Cần tiếp tục nghiên cứu và nhân rộng mô hình này tại các vùng đất cát khác.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc sản xuất và sử dụng chế phẩm sinh học từ vi sinh vật trong canh tác lạc trên đất cát biển.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Chế phẩm sinh học giúp tăng năng suất lạc, cải thiện độ phì nhiêu đất và nâng cao hiệu quả kinh tế cho nông dân tại Bình Định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NHU CẦU DINH DƯỠNG CỦA CÂY LẠC 1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình sản xuất lạc trên thế giới Cây lạc đứng hàng thứ hai sau đậu tương trong số các cây trồng lấy dầu thực vật, cả về diện tích và sản lượng và được trồng rộng rãi ở hơn 100 nước trên thế giới, từ 40o Bắc đến 40o Nam (Nigam S.

Bên cạnh mục đích cung cấp thực phẩm cho người, nguyên liệu cho sản xuất thức ăn chăn nuôi, sản xuất lạc còn góp phần cải tạo đất trồng trọt nhờ hệ thống cố định nitơ cộng sinh giữa cây lạc và vi khuẩn nốt sần. Sinh khối cây lạc sau thu hoạch đã trả lại cho đất một lượng hữu cơ lớn với hàm lượng nitơ cao. Sau mỗi vụ trồng lạc, lượng đạm để lại trong đất khoảng 40-60 kg N/ha (William M. Bên cạnh đó sức khỏe đất trồng lạc sau mỗi vụ được cải thiện rõ rệt thông qua mức độ tăng lên của hàm lượng đạm và quần thể vi sinh vật háo khí trong đất.

Theo số liệu thống kê của FAO (2016), diện tích sản xuất lạc trên thế giới năm 2014 đạt 25,67 triệu ha, tăng 40,73 % so với trung bình thập niên 70, tăng 40,04 % so với trung bình thập niên 80 và tăng 17,70 % so với trung bình thập niên 90. Một số quốc gia có diện tích trồng lạc lớn trên thế giới có thể kể đến là Ấn Độ (5,20 triệu ha), Trung Quốc (4,52 triệu ha), Nigeria (2,77 triệu ha), Sudan (2,10 triệu ha), Braxin (1,43 triệu ha) (Food and agriculture organization of the United nation, 2016). Năng suất lạc trên thế giới trong thập niên 90 đạt 12,9 tạ/ha, tăng 2,1 tạ/ha so với thập niên 80 và tăng 3,6 tạ /ha so với thập niên 70. Đến năm 2014 năng suất lạc bình quân trên thế giới đạt 19,7 tạ/ha, nhưng có sự chênh lệch 6 khá lớn giữa các quốc gia trồng lạc (Israel đạt 73,90 tạ/ha, Mỹ đạt 44,07 tạ/ha, Trung Quốc đạt 34,91 tạ/ha, Braxin đạt 28,17 tạ/ha, Inđônêxia đạt 22,04 tạ/ha, Chad đạt 9,00 tạ/ha, Sudan đạt 8,40 tạ/ha và Niger đạt 5,18 tạ/ha).

Sản lượng lạc trên thế năm 2014 đạt 42,32 triệu tấn, tăng gấp 2,50 lần so với trung bình thập niên 70, tăng 2,14 lần so với trung bình thập niên 80 và tăng 1,40 lần so với trung bình thập niên 90. Tình hình sản xuất và sử dụng lạc ở Việt Nam Ở Việt Nam, lạc là sản phẩm quan trọng để xuất khẩu và sản xuất dầu ăn. Theo FAO (2016), tổng diện tích trồng lạc của Việt Nam đạt 208,2 nghìn ha, tăng 96,23 % so với thập niên 80. Lạc được trồng ở tất cả các vùng sinh thái nông nghiệp của Việt Nam.

Vùng có diện tích trồng lạc lớn nhất là Bắc Trung bộ (61,1 nghìn ha), tiếp đến là vùng trung du miền núi phía Bắc (50,8 nghìn ha), Duyên hải Nam Trung Bộ (34,2 nghìn ha), đồng bằng sông Hồng (25,8 nghìn ha), đồng bằng sông Cửu Long (13,9 nghìn ha), Tây Nguyên (13,5 nghìn ha) và Đông Nam bộ (9,7 nghìn ha) (Niên giám thống kê ngành NN&PTNT, 2014). Năng suất lạc ở Việt Nam thời gian qua đã tăng đáng kể, nhưng vẫn còn ở mức thấp so với các nước trồng lạc trên thế giới cũng như trong khu vực Đông Nam Á. Năm 2014, năng suất lạc ở nước ta đạt 21,8 tạ/ha, tăng 147,7 % so với năm 1980 (8,8 tạ/ha), tăng 105,7 % so với năm 1990 (10,6 tạ/ha), 50,34 % so với năm 2000 (14,5 tạ/ha) và 3,32 % so với năm 2010 (21,1 tạ/ha). Năng suất lạc giữa các vùng trồng lạc ở nước ta có sự chênh lệch rất lớn, trong khi năng suất lạc bình quân vùng Đồng bằng sông Cửu Long đạt 37,3 tạ/ha, thì vùng Tây Nguyên năng suất chỉ đạt 16,1 tạ/ha (Niên giám thống kê ngành NN&PTNT, 2014).

Năm 2014, sản lượng lạc ở Việt Nam đạt 453,3 nghìn tấn, tăng đáng kể so với những năm 1980, 1990 và 2000 (sản lượng lạc năm 1980 đạt 95. Ở Việt Nam, lạc là một trong số các mặt hàng nông sản xuất khẩu quan trọng và là môt trong các nước xuất khẩu lạc nhiều ở khu vực Đông Nam Á. Tuy nhiên, giá trị xuất khẩu lạc ở nước ta nhìn chung không ổn định. Giá trị xuất khẩu đạt 22.500 nghìn USD năm 2010, năm 2011 đạt 7.140 nghìn USD, năm 2012 đạt 5.614 nghìn USD và năm 2013 đạt 5.

Sản lượng lạc xuất khẩu của nước ta còn thấp so với tiềm năng và biến động nhiều qua các năm. Tổng sản lượng lạc xuất khẩu năm 2010 là 21,0 nghìn tấn, 2011 là 6,5 nghìn tấn, 2012 là 4,0 nghìn tấn, 2013 là 5,34 nghìn tấn. Nguyên nhân, do chất lượng lạc còn thấp. Hơn nữa, thị trường xuất khẩu chưa thực sự ổn định, một lượng lớn xuất khẩu tiểu ngạch sang Trung Quốc, Thái Lan và nhu cầu chế biến trong nước ngày càng tăng.

So với một số mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ lực của Việt Nam (như lúa, nhân hạt điều, cà phê, chè,…), kim ngạch xuất khẩu từ cây lạc không đáng kể, nhưng so với nhóm đậu đỗ thì lạc là đối tượng cây trồng có kim ngạch xuất khẩu lớn và mang lại ngoại tệ đáng kể. Tình hình sản xuất lạc ở tỉnh Bình Định Bình Định là một tỉnh thuộc Duyên hải Nam Trung bộ, có diện tích trồng lạc lớn trong vùng và một trong 10 tỉnh có sản lượng lạc cao nhất nước. Bình Định có diện tích trồng lạc 8.400 ha (chiếm 29,8 % so với diện tích trồng lạc toàn vùng), là tỉnh có diện tích trồng lạc đứng thứ hai vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, sau Quảng Nam (10. Năng suất lạc ở Bình Định đạt cao nhất vùng Duyên hải Nam Trung Bộ (29,9 tạ/ha).

Tuy nhiên, năng suất trên còn thấp so với tiềm năng năng suất của cây lạc và các vùng khác trong cả nước như Trà Vinh (51,1 tạ/ha), Đồng Tháp (35 tạ/ha), Tây Ninh 8 (34,9 tạ/ha), Hưng Yên (33,3 tạ/ha), An Giang (32,0 tạ/ha) và Long An (31,5 tạ/ha) (Niên giám thống kê ngành NN&PTNT, 2014). Tại Bình Định, các vùng có diện tích trồng lạc lớn là Phù Cát (3.339 ha), Phù Mỹ (2.067 ha); các vùng có diện tích trồng lạc ít là Vĩnh Thạch (57 ha) và Quy Nhơn (50 ha). Năng suất lạc ở các huyện của tỉnh Bình Định cũng khác nhau. Vùng có năng suất lạc cao là Phù Cát (34,5 tạ/ha), Phù Mỹ (29,7 tạ/ha), Tây Sơn (29,1 tạ/ha), Tuy Phước (28,6 tạ/ha), vùng có năng suất thấp là An Nhơn (16,50 tạ/ha), An Lão (16,8 tạ/ha) và Hoài Ân (16,8 tạ/ha) (Niên giám Thống kê tỉnh Bình Định, 2015).

Với lợi thế là cây ngắn ngày, dễ trồng, thích ứng với nhiều loại hình canh tác, sản phẩm lại dễ tiêu thụ, cây lạc được xác định là cây trồng chủ lực của tỉnh Bình Định. Nằm ở vùng sinh thái Duyên hải Nam Trung Bộ, tỉnh Bình Định mang đậm nét khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với hai mùa mưa nắng rõ rệt, phù hợp với yêu cầu sinh thái của cây lạc, cùng với nguồn tài nguyên đất phong phú, lực lượng lao động nông nghiệp dồi dào, … nên tỉnh Bình Định có tiềm năng phát triển sản xuất lạc theo hướng tập trung hàng hóa. Tuy nhiên năng suất lạc ở Việt Nam nói chung và tỉnh Bình Định nói riêng còn thấp so với tiềm năng năng suất lạc. Các yếu tố hạn chế năng suất lạc ở Bình Định là thiếu giống có năng suất cao, đất trồng lạc thiếu dinh dưỡng, hàm lượng chất hữu cơ và mùn thấp, canh tác phụ thuộc vào nước trời, sử dụng phân vi sinh vật ít, hiệu quả phòng trừ sâu bệnh hại lạc chưa cao.

Trong rất nhiều các yếu tố hạn chế đó, yếu tố dinh dưỡng hạn chế năng suất lạc có ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể (Hồ Huy Cường, 2007). Do vậy, nghiên cứu kỹ thuật trồng lạc đạt năng suất cao vẫn đang là ý tưởng đầy hy vọng của các nhà khoa học nông nghiệp Việt Nam. Nhu cầu dinh dưỡng của cây lạc Theo kết quả nghiên cứu, để đạt 1 tấn quả (kèm với thân lá), cây lạc lấy đi từ đất 64 kg N, 16 kg P2O5, 27 kg K2O, 26,3 kg CaO, 16,7 kg MgO và 7,1 kg S (Nguyễn Văn Chiến, 2014). Hầu hết các loại đất trồng lạc của nước ta có hàm lượng chất dinh dưỡng thấp, nông dân lại ít chú trọng đến việc bổ sung phân bón nên năng suất lạc đạt rất thấp.

Năng suất lạc còn chênh lệch quá lớn giữa năng suất tiềm năng và năng suất thực tế (Ngô Thế Dân và cs, 2000). Phân bón là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết định đến sinh trưởng và phát triển cũng như khả năng hình thành năng suất của tất cả các cây trồng nông nghiệp. Vì vậy, bón phân cân đối cho cây trồng nói chung và cây lạc nói riêng ở trên bất cứ loại đất nào cũng làm tăng năng suất lên một cách đáng kể (Đường Hồng Dật, 2002; Nguyễn Văn Chiến, 2014). Nitơ Nitơ có vai trò quan trọng đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất lạc.

Nhu cầu đạm của lạc cao hơn nhiều so với các loại cây ngũ cốc vì hàm lượng protein trong hạt (15 - 23 %) cao hơn 1,5 lần so với ở hạt ngũ cốc. Cây lạc có thể lấy nitơ từ nhiều nguồn: Nguồn nitơ từ khí trời thông qua vi khuẩn cố định nitơ, nguồn nitơ có sẵn trong đất, nguồn nitơ từ phân hữu cơ và vô cơ. Nguồn nitơ cố định được có thể đáp ứng 50-70 % nhu cầu nitơ của cây. Cây lạc là cây đậu đỗ có khả năng cố định nitơ phân tử do cộng sinh với vi khuẩn nốt sần để tổng hợp nitơ cung cấp cho bản thân và làm giàu cho đất.

Chính vì lẽ đó, các nốt sần ở rễ cây họ đậu được ví như nhà máy “phân đạm tí hon”. Tuy nhiên, vì nốt sần của lạc chỉ xuất hiện khi cây bắt đầu phân cành đến bắt đầu ra hoa, nên ở giai đoạn đầu sinh trưởng khi cây còn nhỏ (3-5 lá) cần bón bổ sung một lượng nitơ hoặc bón một lượng nitơ kết hợp với phân chuồng, nhằm tạo điều kiện cho cây sinh trưởng và phát triển mạnh, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn cộng sinh ở giai đoạn sau (Ngô Thế Dân 10 và cs, 2000; Bùi Huy Hiền, 1995 và Trần Danh Thìn, 2000). Lượng nitơ bón cho cây có tương quan chặt chẽ đến chiều cao cây, chiều dài cành. Bón nitơ quá ngưỡng sẽ gây nên hiện tượng mất cân đối giữa sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, thân lá phát triển mạnh làm ảnh hưởng đến quá trình tạo quả và hạt, dẫn đến năng suất thấp.