Nghiên cứu diễn thế sinh thái và đặc điểm sinh học của vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ■ * • TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2
PHẠM THỊ THANH NHÀN
NGHIÊN CỨU DIỄN THẾ SINH THÁI VÀ ĐẶC ĐIỂM
SINH HỌC CỦA VI SINH VẬT THAM GIA QUÁ TRÌNH
CHUYỂN HÓA RƠM RẠ THÀNH MÙN HỮU cơ
Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60 42 01 20
LUẬN VĂN THẠC Sĩ SINH HỌC
• • •
Ngưòi hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Thúy
HÀ NỘI, 2014
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo và đóng góp ý
kiến quý báu từ các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Thị Thúy, người trực tiếp hướng
dẫn, chỉ bảo tận tình và đồng hành giúp đỡ em trong suốt quá ữình học tập và nghiên cứu đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, trường Đại học
Sư phạm Hà Nội. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn Vi sinh, khoa Sinh
học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và Bộ môn Công nghệ Sinh học - Vi
sinh, khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã quan tâm, tạo điều kiện và giúp đỡ em trong
suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thảnh đề tài này.
Em xin cảm ơn tất cả các anh, chị và các bạn đang nghiên cứu, học tập tại phòng thí nghiệm Bộ
môn Vi sinh, khoa Sinh học - Kĩ thuật nông nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và Bộ môn
Công nghệ Sinh học - Yi sinh, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã giúp đỡ và có ý kiến đóng góp cho
em trong thời gian qua.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn và yêu thương tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn
động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện cho em trong quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong thầy cô giáo và
các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Học viên
Phạm Thị Thanh Nhàn

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và không tiling lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn
đã được chỉ rõ nguồn gốc.
rn / _ _ • 2.
Tác giả
Phạm Thị Thanh Nhàn
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤCLỤC
DANH CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU
THAM KHẢO PHỤ LỤC
DANH CÁC TỪ VIẾT TẤT
DANH MỤC BẢNG
•
DANH MỤC HÌNH
•
1. BG : Bột giấy
2. CMC
: Cacboxyl Methyl
Cellulose
3. dd : dung dịch
4. g : gram
5. KL : khuẩn lạc
6. NM : Nấm mốc
7. RBBR : Remazol Brilliant Blue R

8. YK : Vi khuẩn
9. YSV : Vi sinh vật
10. XK : xạ khuẩn
MỞ ĐẦU
1. Lí do chon đề tài
Việt Nam là một nước nông nghiệp, trong đó, sản xuất lúa gạo chiếm tỷ
trọng lớn. Cây lúa là cây lương thực chính ừong mục tiêu phát triển nông
nghiệp của Việt Nam nhằm đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia và
xuất khẩu. Hiện nay, ở Việt Nam, sản lượng lúa trung bình hàng năm khoảng
38 - 40 triệu tấn trên diện tích gieo ừồng khoảng 7,44 triệu hecta. Hai vùng
trồng lúa trọng điểm của cả nước là đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng
sông Hồng. Nông dân Việt Nam có tập quán canh tác lúa nước từ hai đến ba
vụ ừong năm. Trung bình một tấn lúa gạo cho ra 1 - 1,2 tấn rơm rạ. Với sản
lượng lúa hiện nay, ước tính lượng rom rạ thải ra có thể lên đến 40 - 46 triệu
tấn/năm [20].
Việc xử lý rơm rạ - một dạng phế phụ phẩm nông nghiệp sau mỗi vụ thu
hoạch lúa - trên thực tế chưa đem lại hiệu quả. Trước đây, chất lượng đời sống
của nông dân còn thấp, rơm rạ được dùng làm vật liệu đun nấu trong sinh hoạt,
làm thức ăn cho gia súc. Hiện nay, khi chất lượng cuộc sống của người dân
được nâng cao, khí đốt (gas) được dùng để đun nấu, thức ăn tổng họp được sử
dụng phổ biến cho chăn nuôi, do đó, việc xử lý rơm rạ sau thu hoạch đã ừở
thành vấn đề cấp bách của xã hội. vấn đề này còn trở nên nghiêm ừọng hơn
khi nhận thức của người nông dân về bảo vệ môi trường sống còn thấp. Nếu
thu hoạch lúa vào mùa khô, người nông dân sẽ đốt ngoài đồng để tranh thủ
mùa vụ, giảm lượng rơm rạ sau thu hoạch nhanh chóng. Còn nếu thu hoạch lúa
vào mùa mưa người nông dân thường vun rơm ngay cạnh bờ kênh, rạch hay
bên lề đường. Rơm rạ để tự nhiên ngoài đồng ruộng cần mất nhiều thời gian để
xảy ra quá trình phân hủy giúp tăng độ mùn trong đất. Xử lý rơm rạ theo các
cách thức trên sẽ gây tắc nghẽn giao thông và gây ô nhiễm môi trường khí, ảnh
hưởng tới sức khỏe của con người, đồng thời còn làm thất thoát, lãng phí

5
nguồn cacbon ừong chu trình chuyển hóa c trong hệ sinh thái nông nghiệp.
Theo ước tính nếu đốt 1 tấn rơm thì sẽ thải ra 36,32 kg khí CO; 4,54 kg
hydrocarbon; 3,18 kg tro bụi và 56,00 kg C0
2
[dẫn theo 4]. Đây là những thảnh
phần khí đóng góp một phần không nhỏ gây hiệu ứng nhà kính, gây ô nhiễm
môi trường nói chung và không khí nói riêng.
Trên thế giới, nhiều công trình khoa học đã đề cập đến công nghệ xử lý
mùn cưa, trấu, rơm và một số nguyên liệu khác thành phân bón hữu cơ của các
nhà khoa học như Kiohyko Nakasaky và công sự (Khoa Kỹ thuật, Đại học
Shizuoka, Nhật Bản). Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, vấn đề về xử lý
rơm rạ sau thu hoạch đã nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
Trong đó có nhiều công trình khoa học nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử
lý rơm rạ như: xử lý rơm rạ bằng chế phẩm Trichoderma với nhiều loại đất
canh tác khác nhau (Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long), xử lý rơm rạ tại
mộng làm phân bón sinh học (Công ty cổ phàn phân bón FITOHOOCMON),
Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu đầy đủ về khu hệ vi sinh vật
(VSV) tự nhiên tham gia chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ ở nước ta. Do
vậy, nghiên cứu khu hệ vsv tham gia vào diễn thế sinh thái tự nhiên của quá
trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ là hướng nghiên cứu cần thiết.
Từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu diễn thế sinh
thái và đặc điểm sinh học của vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa rơm
ra thành mùn hữu cơ”.
•
2. Đối tượng nghiên cứu
Các chủng vsv đất tham gia quá trình chuyển hóa rom rạ thành mùn hữu
cơ tại xã Liên Mạc, huyện Mê Linh, Hà Nội.
6
3. Mục tiều nghiền cứu

Nghiên cứu diễn thế sinh thái, các đặc điểm sinh học của vi sinh vật
tham gia quá trình chuyển hóa rơm rạ thành mùn hữu cơ làm phân bón cho cây
trồng.
4. Nội dung nghiên cứu
- Theo dõi diễn thế sinh thái của vi sinh vật đất trong quá trình mùn hóa
tự nhiên của rơm rạ.
- Phân lập vi sinh vật tham gia quá trình mùn hóa tự nhiên của rơm rạ.
- Đánh giá vai trò của các vi sinh vật phân lập được thông qua hoạt tính
enzyme ngoại bào và khả năng mùn hóa rơm rạ của chúng.
5. Những đóng góp của đề tài
Đánh giá được vai trò của các nhóm vsv đất khác nhau tham
gia vào diễn thế sinh thái của quá trình mùn hóa rơm rạ
ttong tự nhiên. Trên cơ sở các nghiên cứu cơ bản, đề tài
đóng góp những hiểu biết toàn diện nhằm hướng tói xây
dựng quy trình công nghệ xử lý phế phụ phẩm rom rạ trong
sản xuất nông nghiệp, tránh lãng phí các nguồn cacbon và
góp phàn hạn chế gây ô nhiễm môi trường.
7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về rơm rạ
1.1.1. Phụ phẩm rơm rạ trong sản xuất lúa gạo
Lúa gạo (Oryza satỉva) là cây trồng thuộc họ Hòa thảo (Poaceae). Đây là
cây lương thực chính của nhiều nước trên thế giới và Việt Nam.
Hình 1.1. Sản lượng và diện tích gieo trồng lúa thế giói
[dẫn theo 21] Sản xuất lúa gạo trên thế giới từ năm 2005
đến nay tăng trưởng cả về diện tích gieo ttồng lẫn sản
lượng (hình 1.1). Châu Á luôn đứng đầu về sản xuất lúa gạo
chiếm 90,3% (khoảng 651 triệu tấn) sản lượng gạo thế giới
năm 2012. Kết quả này có được chủ yếu nhờ sản lượng tăng
mạnh tại Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan và Việt Nam. Trong đó,

Việt Nam đạt 27,12 triệu tấn, xuất khẩu 7,72 triệu năm
2012, tấn đứng thứ hai sau Ấn Độ [dẫn theo 21]. Mười quốc
gia hàng đầu về xuất khẩu gạo trên thế giới năm 2012 là Ấn
Độ, Việt Nam, Thái Lan, Pakistan, Brazil, Uruguay,
Campuchia, Argentina, Myanmar, Trung Quốc.
■
■
■
»m 1
m
III 1
III 1
triệu ha
600
r 165
b
160
r 155
h 150
triệu
tấn
800
750
700
650
1
5
05 06 07 08 09
10 11 12 13 14
Sản lượng — Diện tích

Cũng theo số liệu năm 2012, với lượng phụ phẩm rơm rạ khoảng 40 triệu
tấn/năm, Việt Nam có tiềm năng rất dồi dào về sinh khối từ rơm rạ và trấu [dẫn
theo 21]. Lượng sinh khối phụ phẩm lúa gạo này được ước tính chiếm tới 64%
các nguồn sinh khối ở nước ta. Theo báo cáo của Tổ chức Nông lương thế giới
năm 1997, tỷ lệ rơm rạ/thóc dao động từ 0,4 (với rơm có độ ẩm 27%) đến 1,4
(với rơm có độ ẩm 12 - 22%). Một nghiên cứu thực tế khác trên đồng ruộng ở
Thái Lan đã đưa ra con số bình quân tỷ lệ rơm rạ/thóc là 0,75 (với rơm rạ có độ
ẩm 10%). Nhiều tài liệu khác cũng chỉ ra số liệu tương đối nhất quán với tỷ lệ
này. Theo tỷ lệ đó thì lượng rơm rạ sau thu hoạch chiếm trên 50% trọng lượng
của cây lúa [dẫn theo 22].
Trong 40 triệu tấn sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo có 32 triệu tấn rom rạ và
8 triệu tấn trấu. Tương ứng với sản lượng lúa, khối lượng phụ phẩm này tập trung
chủ yếu ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long (chiếm gàn 54%), Đồng bằng sông
Hồng (chiếm 17%) và vùng Bắc trung bộ và duyên hải miền Trung (chiếm
15,4%) [dẫn theo 22].
1.1.2. Thành phần, cấu trúc của rơm rạ
Theo Nguyễn Lân Dũng, thành phàn hóa học của rơm rạ nếu tính theo
nguyên tố thì cacbon (C) chiếm 44%, hyđrô (H) chiếm 5%. oxy (O) chiếm 49%
và nitơ (N) chiếm khoảng 0,92% ; một lượng rất nhỏ còn lại là phốt pho (P), lưu
huỳnh (S) và kali (K) [dẫn theo 21].
Thành phần chính của rơm rạ tính theo khối lượng khô là: cellulose (34 -
38%), hemicelluloses (32 - 40%), lignin (12%), và hàm lượng tro (oxit silic) cao
(từ 14 - 18%). Tỷ lệ lignocellulose cao (78 - 90%) gây cản trở việc sử dụng rơm,
rạ một cách kinh tế. Thành phần lignocellulose trong rơm rạ, trong đó có
cenllulose, rất khó bị phân hủy bởi hóa chất và vsv nhưng nếu sử dụng tập hợp
vsv phân giải thích họp thì sẽ tạo thành nguồn phân hữu cơ sinh học tốt.
l.ỉ.2.L Cellulose
Cellulose là loại polysaccharide cấu tróc của thực vật, chúng thường tạo
nên thành tế bào, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi.
Cellulose là thành phần chủ yếu trong thân, lá của thực vật (trong gỗ chứa khoảng

95% cellulose, sợi bông vải 97 - 98%, sợi đay 75%, thân cây họ Cói và họ Lúa 30
- 40% [18]).
Cellulose có màu ttắng, không mùi, không vị. Cellulose không tan trong
nước (ngay cả khi đun nóng) và các dung môi hữu cơ thông thường nhưng tan
trong một số dung dịch axit vô cơ mạnh (HC1, HNO3) và một số dung dịch muối
(Z11CI2, PbGy,— [dẫn theo 22].
Cellulose là hợp chất cao phân tử được cấu tạo bời hàng
nghìn đến hàng chục nghìn gốc /?-D-glucose lien kết vói
nhau bằng các liên kết /7-1,4- glycoside nên có cẩu trúc
mạch thẳng, rất bền và khó bị phân hủy. Cellulose có công
thức cấu tạo là (CôHioOsỉn hay [C6H
7
02(0H)3]
n
trong đó n có
thể nằm trong khoảng 5000-14000. Trong đó, các nhóm
hydroxyl đều nằm trên