Luận án Tiến sĩ Thổ nhưỡng học: Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nấm men lipomyces sinh màng nhầy nhằm giữ ẩm và giải thiện một số tính chất đất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:193

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài đã si sâu nghiên cứu về đặc điểm sinh học của một số chúng nấm men Lipomyces có khả năng sinh màng nhầy cao, lựa chọn dược chủng thích hợp (chủng PT7.1) có thể đưa vào sản xuất chế phẩm vi sinh giữ ẩm đất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Thổ nhưỡng học: Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nấm men lipomyces sinh màng nhầy nhằm giữ ẩm và giải thiện một số tính chất đất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc

§¹I HäC QUèC GIA Hµ NéI TR¦êNG §¹I HäC KHOA HäC Tù NHI£N **************** NGUYÔN KIÒU B¡NG T¢M NGHI£N CøU øNG DôNG CHÕ PHÈM NÊM MEN LIPOMYCES SINH MµNG NHÇY NH»M GI÷ ÈM Vµ C¶I THIÖN MéT Sè TÝNH CHÊT §ÊT DèC T¹I HUYÖN M£ LINH, TØNH VÜNH PHóC LUËN ¸N TIÕN SÜ THæ NH¦ìNG HäC Hµ Néi - 2009
§¹I HäC QUèC GIA Hµ NéI TR¦êNG §¹I HäC KHOA HäC Tù NHI£N **************** NGUYÔN KIÒU B¡NG T¢M NGHI£N CøU øNG DôNG CHÕ PHÈM NÊM MEN LIPOMYCES SINH MµNG NHÇY NH»M GI÷ ÈM Vµ C¶I THIÖN MéT Sè TÝNH CHÊT §ÊT DèC T¹I HUYÖN M£ LINH, TØNH VÜNH PHóC Chuyªn ngµnh: §Êt vµ dinh d−ìng c©y trång M· sè: 62 62 15 01 LUËN ¸N TIÕN SÜ THæ NH¦ìNG HäC Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS. TèNG KIM THUÇN PGS.TS. L£ §øC Hµ Néi - 2009
I LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu khoa học mà bản thân tôi ñã trực tiếp tham gia thực hiện. Tất cả số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực khách quan và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, ngoại trừ những số liệu ñã ñược công bố trong các công trình liên quan ñến luận án này. Hà Nội, tháng 04 năm 2009 Nghiên cứu sinh Nguyễn Kiều Băng Tâm
II LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: PGS.TS. Tống Kim Thuần, PGS.TS. Lê ðức ñã tận tình hướng dẫn, theo dõi sát sao, ñộng viên nhắc nhở và ñóng góp những ý kiến quý báu ñể tôi hoàn thành luận án. Tập thể cán bộ Phòng Hoạt chất sinh học từ Vi sinh vật, Viện Công nghệ Sinh học và Bộ môn Thổ Nhưỡng & Môi trường ðất, Trường ðHKHTN, ðHQG Hà Nội ñã nhiệt tình giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện luận án. Ban chủ nhiệm Khoa Môi trường và tập thể cán bộ trong Khoa ñã tạo thuận lợi, giúp ñỡ, ñộng viên tôi trong quá trình làm luận án. Tập thể cán bộ Phòng Sau ðại học, Trường ðHKHTN ñã hết sức nhiệt tình giúp ñỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục trong quá trình học tập và bảo vệ luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị công tác tại Trạm ða dạng Sinh học thuộc huyện Mê Linh, tỉnhVĩnh Phúc ñã giúp ñỡ nhiệt tình, tạo mọi ñiều kiện ñể tôi có thể tiến hành thực nghiệm tại Trạm. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các ñồng nghiệp, bạn bè và ñặc biệt là gia ñình của tôi ñã giúp ñỡ và cổ vũ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án. Hà Nội, tháng 04 năm 2009 Nghiên cứu sinh Nguyễn Kiều Băng Tâm
III MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN ...................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN........................................................................................................... II MỤC LỤC ...............................................................................................................III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................VI DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... VIII DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................XI MỞ ðẦU ...................................................................................................................1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................5 1.1. Vấn ñề thoái hoá và biện pháp cải tạo ñất dốc ................................................5 1.1.1. Sơ lược về sự thoái hoá ñất dốc ở Việt Nam .............................................5 1.1.2. Các yếu tố hình thành, sự thoái hoá và một số tính chất cơ bản của ñất tại tỉnh Vĩnh Phúc......................................................................................7 1.1.3. Các biện pháp bảo vệ và cải tạo ñất dốc ..................................................15 1.1.4. Một số giải pháp cải thiện khả năng giữ nước của ñất.............................16 1.2. Vi sinh vật và vai trò của chúng trong ñất.....................................................19 1.2.1. Giới thiệu về các nhóm vi sinh vật có ích trong ñất.................................19 1.2.2. Vi sinh vật sinh màng nhầy và vai trò của chúng trong việc cải tạo ñất ..25 1.2.3. Một số ñặc ñiểm chính của nhóm nấm men Lipomyces sinh màng nhầy.28 1.2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong việc cải thiện môi trường ñất trên thế giới và ở Việt Nam ....................................36 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................40 2.1. Vật liệu nghiên cứu .......................................................................................40 2.1.1. Các chủng nấm men Lipomyces...............................................................40 2.1.2. ðất sử dụng trong các thí nghiệm ñánh giá tác dụng của chế phẩm Lipomycin M...........................................................................................43 2.1.3. Phân bón dùng trong các công thức thí nghiệm ñể ñánh giá tác dụng của chế phẩm Lipomycin M...........................................................................43 2.1.4. Các loại cây trồng dùng trong thí nghiệm................................................43 2.1.5. Sinh vật ñất..............................................................................................44 2.2. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................44 2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................44 2.2.2. Thời gian và phương pháp lấy mẫu vật....................................................49 2.2.3. Các phương pháp trong phòng thí nghiệm...............................................50 2.2.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu...................................................55 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................56 3.1. Nghiên cứu xác ñịnh số lượng các nhóm vi sinh vật chính và nhóm nấm men Lipomyces trong ñất tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc ......................56 3.1.1. Xác ñịnh số lượng các nhóm vi sinh vật chính ........................................56 3.1.2. Xác ñịnh số lượng nhóm nấm men Lipomyces ........................................58 3.2. Nghiên cứu tuyển chọn các chủng nấm men Lipomyces có khả năng sinh màng nhầy cao ñể sản xuất chế phẩm giữ ẩm cho ñất...................................61
IV 3.2.1. ðặc ñiểm hình thái của các chủng nấm men Lipomyces..........................61 3.2.2. Khả năng sinh trưởng và sinh màng nhầy của nấm men Lipomyces........64 3.2.3. Khả năng sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 trên các nguồn cacbon...................................................................65 3.2.4. Khả năng sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 ở các ñiều kiện nhiệt ñộ và pH khác nhau.....................................69 3.2.5. Khả năng sinh màng nhầy polisaccarit của chủng nấm men PT7.1, PT2.3, PT7.2 trên các nguồn cacbon khác nhau ......................................72 3.2.6. Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 khác nhau lên khả năng sinh truởng và tạo màng nhầy của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 .......................................................................................................73 3.2.7. Giới thiệu về chế phẩm vi sinh giữ ẩm Lipomycin M .............................78 3.3. Nghiên cứu tác dụng của chế phẩm Lipomycin M ñến khả năng giữ ẩm cho ñất...........................................................................................................80 3.3.1. Ảnh hưởng của các liều lượng bón chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ ẩm ñất............................................................................................................81 3.3.2. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến sự biến ñộng ñộ ẩm ñất.....83 3.3.3. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ trữ ẩm ñồng ruộng (Field water capacity) của ñất..................................................................91 3.3.4. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên ñộ hút ẩm không khí cực ñại (maximum hydroscopic) - Wmax.hy của ñất .....................................91 3.3.5. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến khả năng tích luỹ nước hữu hiệu của ñất..............................................................................................95 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến khu hệ sinh vật ñất ...............................................................................................................104 3.4.1. Nghiên cứu sự biến ñộng số lượng nấm men Lipomyces trong ñất sau khi bón chế phẩm Lipomycin M............................................................104 3.4.2. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñối với các nhóm vi sinh vật chính trong ñất.......................................................................................105 3.4.3. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñối với hệ ñộng vật ñất ..........107 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến một số tính chất lý, hóa học và hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng của ñất......................116 3.5.1. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến dung trọng ñất.................116 3.5.2. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ chua của ñất ...............117 3.5.3. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến hàm lượng chất hữu cơ (CHC) của ñất........................................................................................121 3.5.4. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao ñổi và CEC của ñất ................................................................................124 3.5.5. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến hàm lượng các nguyên tố ña lượng của ñất ....................................................................................130 3.6. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến một số chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Hiệu quả kinh tế của việc bón chế phẩm.........144
V 3.6.1. Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng .........................................................................................144 3.6.2. Hiệu quả kinh tế của việc bón chế phẩm Lipomycin M.........................146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................148 Kết luận...............................................................................................................148 Kiến nghị.............................................................................................................150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ðÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ðẾN LUẬN ÁN . 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................153 PHỤ LỤC ..............................................................................................................161 Phụ lục 1 – Các tiêu chí ñánh giá ñất ..................................................................161 Phụ lục 2 – Một số hình ảnh tại trạm ða dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc.....162 Phụ lục 3 – Các bảng số liệu thí nghiệm .............................................................164 Phụ lục 4 – Ví dụ xử lý số liệu theo xác suất thống kê........................................175 Phụ lục 5 – Số liệu quan trắc lượng mưa tại Vĩnh Phúc ......................................176
VI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A tầng mùn Ao tầng thảm mục bar ñơn vị ño áp suất C cacbon C1 enzym xenlobiohydrolaza Cx enzym endo và exo-gluconaza CEC cation exchange capacity – dung tích trao ñổi cation CFU colony forming unit – ñơn vị hình thành khuẩn lạc CHC chất hữu cơ CT công thức dt dễ tiêu ðC ñối chứng ðDSH ña dạng sinh học ðTðT ñất trống ñồi trọc EM effective microorganism – vi sinh vật hữu hiệu HCSH hoạt chất sinh học Htp ñộ chua thuỷ phân của ñất Kð kinh ñộ Kðð kinh ñộ ñông LSD least significant difference – sự sai khác có ý nghĩa nhỏ nhất MðTB mật ñộ trung bình MGU Trường Tổng hợp Quốc gia Matxcơva OD optical density – mật ñộ quang pF ñơn vị ño lực hút nước của ñất SALT 1,2,3 các mô hình canh tác nông nghiệp bền vững trên ñất dốc SKTB sinh khối trung bình TN thí nghiệm Vð vĩ ñộ VðB vĩ ñộ bắc Viện CNSH Viện Công nghệ Sinh học
VII Viện KH&CN Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện KHKTVN Viện Khoa học Kỹ thuật Việt Nam Viện ST&TNSV Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật VK vi khuẩn VSðCN vi sinh ña chức năng VSV vi sinh vật XSTK xác suất thống kê
VIII DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sự biến ñổi ñất tầng mặt theo diễn thế thảm thực vật tại mặt cắt tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc............................................................. 14 Bảng 2.1 Tính chất vật lý của ñất phẫu diện VP ................................................... 42 Bảng 2.2 Các tính chất lý - hóa của ñất phẫu diện VP .......................................... 42 Bảng 2.3 Thành phần cation trao ñổi của ñất phẫu diện VP.................................. 42 Bảng 3.1 Số lượng các nhóm vi sinh vật chính của một số mẫu ñất thuộc vùng Mê linh - Vĩnh Phúc, 2003..................................................................... 57 Bảng 3.2 Số lượng nấm men Lipomyces trong một số mẫu ñất vùng Mê Linh, Vĩnh Phúc, 2003 .................................................................................... 59 Bảng 3.3 ðặc ñiểm hình thái và mật ñộ tế bào của nấm men Lipomyces sinh màng nhầy trong các mẫu ñất vùng Mê Linh, Vĩnh Phúc, 2003 ............ 60 Bảng 3.4 ðặc ñiểm hình thái và màng nhầy của một số chủng nấm men Lipomyces phân lập từ ñất gò ñồi Vĩnh Phúc và Phú Thọ ..................... 63 Bảng 3.5 Khả năng sinh trưởng và sinh màng nhầy của các chủng nấm men Lipomyces PT2.3, PT7.2, PT7.1............................................................ 64 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng nấm men Lipomyces PT7.1 ........................................................................... 66 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng nấm men Lipomyces PT2.3 ........................................................................... 67 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng nấm men Lipomyces PT7.2 ........................................................................... 68 Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và pH lên sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 .................................................... 69 Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ lên sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 (CFU/ml) ........................................... 70 Bảng 3.11 Ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2 (CFU/ml) ........................................... 71 Bảng 3.12 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon khác nhau lên khả năng sinh màng nhầy của chủng nấm men Lipomyces PT7.1, PT2.3, PT7.2................... 72 Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 khác nhau lên khả năng sinh truởng và tạo màng nhầy của chủng nấm men Lipomyces PT7.1.......... 73 Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 khác nhau lên khả năng sinh truởng và tạo màng nhầy của chủng nấm men Lipomyces PT2.3.......... 74 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 khác nhau lên khả năng sinh truởng và tạo màng nhầy của chủng nấm men Lipomyces PT7.2.......... 75 Bảng 3.16 Các yếu tố ảnh hưởng ñến sự phát triển và tạo màng nhầy của chủng nấm men Lipomyces PT7.1 ................................................................... 77 Bảng 3.17 Ảnh hưởng các liều lượng khác nhau của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộng thái ñộ ẩm ñất trong thí nghiệm không trồng cây (2004) .............. 82 Bảng 3.18 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộng thái ñộ ẩm ñất ở thí nghiệm trong chậu trồng cây keo lá tràm (2004) ................................... 84
IX Bảng 3.19 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộng thái ñộ ẩm ñất ở thí nghiệm trong chậu trồng cây bạch ñàn (2004) ....................................... 85 Bảng 3.20 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ ẩm ñất trong thí nghiệm trồng cây thuốc nam (mùa khô, 2004 - 2005) ........................... 86 Bảng 3.21 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ ẩm ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (mùa mưa, 2005) .................................................. 88 Bảng 3.22 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến ñộ ẩm ñất thí nghiệm trồng chè (2005)..................................................................................... 89 Bảng 3.23 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên ñộ trữ ẩm ñồng ruộng của ñất trồng cây thuốc nam (2004-2005) .................................................... 91 Bảng 3.24 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến Wmax.hy của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2004-2005) ............................................. 92 Bảng 3.25 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên Wmax.hy của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2005-2006) ............................................. 93 Bảng 3.26 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên Wmax.hy của ñất thí nghiệm trồng chè (2005-2006)............................................................... 94 Bảng 3.27 Khối lượng nước ñược chiết ra dưới các áp suất khác nhau ở các mẫu ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2006)(ñơn vị: gam)...................... 97 Bảng 3.28 Tỷ lệ phần trăm các dạng nước trong các mẫu ñất của thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2006) ............................................................................ 98 Bảng 3.29 Ảnh hưởng của chế phẩm ñến lượng nước hữu hiệu trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2006) ...................................................... 99 Bảng 3.30 Khối lượng nước ñược chiết ra dưới các áp suất khác nhau ở các mẫu ñất thí nghiệm trồng chè (ñơn vị: gam)................................................ 100 Bảng 3.31 Tỷ lệ phần trăm các dạng nước trong các mẫu ñất trên thí nghiệm trồng chè (2006)................................................................................... 101 Bảng 3.32 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến lượng nước hữu hiệu trong ñất thí nghiệm trồng chè (2006) ................................................. 103 Bảng 3.33 Sự biến ñộng số lượng nấm men Lipomyces trong ñất sau khi bón chế phẩm Lipomycin M ............................................................................. 105 Bảng 3.34 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến số lượng của các nhóm VSV chính trong ñất ............................................................................ 106 Bảng 3.35 Khả năng cạnh tranh của nấm men Lipomyces trong chế phẩm Lipomycin M ñối với các nhóm vi sinh vật khác trong ñất.................. 107 Bảng 3.36 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới số lượng giun ñất............ 108 Bảng 3.37 Ảnh hưởng của chế phẩm Limpomycin M ñến thành phần và phân bố của các nhóm ñộng vật không xương sống cỡ trung bình mesofauna .. 109 Bảng 3.38 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên ñộ phong phú của các nhóm ñộng vật ñất không xương sống cỡ trung bình mesofauna......... 113 Bảng 3.39 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M lên dung trọng ñất nghiên cứu (2004 - 2005) ....................................................................................... 116 Bảng 3.40 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến pHKCl của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2004-2005)........................................................ 118
X Bảng 3.41 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến pHKCl của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2005) ................................................................. 118 Bảng 3.42 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến pHKCl và Htp của ñất thí nghiệm (2006) ..................................................................................... 120 Bảng 3.43 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng CHC trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2005) ............................................... 121 Bảng 3.44 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng CHC trong ñất thí nghiệm trồng chè (2005)................................................................. 122 Bảng 3.45 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến hàm lượng CHC trong ñất (2006) ............................................................................................ 123 Bảng 3.46 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao ñổi trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (mgdl/100g ñất) (2004-2005) ......................................................................................... 125 Bảng 3.47 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao ñổi và CEC của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (mgdl/ 100g ñất)(2005) ............................................................................................ 126 Bảng 3.48 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến Ca2+, Mg2+ trao ñổi và CEC của ñất thí nghiệm trồng chè (mgdl/100g ñất) (2005) ................. 127 Bảng 3.49 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến Ca2+, Mg2+ trao ñổi và CEC của ñất thí nghiệm (mgdl/100g ñất) (2006) ................................. 129 Bảng 3.50 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ndt trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2004-2005)...................................... 131 Bảng 3.51 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ndt trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2005) ............................................... 132 Bảng 3.52 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ndt trong ñất thí nghiệm trồng chè (2005)................................................................. 133 Bảng 3.53 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng Ndt trong ñất thí nghiệm (2006) ................................................................................ 134 Bảng 3.54 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng P2O5dt trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2004-2005) ................................ 136 Bảng 3.55 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng P2O5 dt trong ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam (2005) ......................................... 137 Bảng 3.56 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng P2O5dt trong ñất thí nghiệm trồng chè (2005)........................................................... 138 Bảng 3.57 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng P2O5dt trong ñất thí nghiệm (mg/100g ñất) (2006) ................................................... 140 Bảng 3.58 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M tới hàm lượng kali dễ tiêu trong ñất thí nghiệm (K2O mg/100g ñất) (2006).................................. 142 Bảng 3.59 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến số lá, chiều cao và trọng lượng khô của cây bạch ñàn................................................................. 145 Bảng 3.60 Ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây chè (2005-2006) ......................................................... 146 Bảng 3.61 Hiệu quả kinh tế của việc bón chế phẩm Lipomycin M....................... 147
XI DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Số lượng các nhóm VSV chính của ñất vùng Mê Linh, Vĩnh Phúc ....... 57 Hình 3.2 Các cục ñất có màng nhầy do Lipomyces sinh ra .................................. 59 Hình 3.3 Khuẩn lạc của các chủng nấm men Lipomyces ..................................... 62 Hình 3.4 Tế bào nấm men Lipomyces với cục mỡ lớn bên trong tế bào (trái) và sự hình thành nang bào tử (phải) ........................................................... 62 Hình 3.5 Sự tạo thành màng nhầy trong ống nghiệm của các chủng nấm men Lipomyces sau 14 ngày (ảnh trái) và 5 ngày (ảnh phải)......................... 62 Hình 3.6 Khả năng sinh trưởng (trái) và sinh màng nhầy (phải) của các chủng nấm men Lipomyces.............................................................................. 65 Hình 3.7 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng PT7.1..... 66 Hình 3.8 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng PT2.3..... 67 Hình 3.9 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh trưởng của chủng PT7.2..... 68 Hình 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ lên sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces ............................................................................................. 70 Hình 3.11 Ảnh hưởng của pH lên sinh trưởng của các chủng nấm men Lipomyces ............................................................................................. 71 Hình 3.12 Ảnh hưởng của các nguồn cacbon ñến khả năng tạo màng nhầy của các chủng nấm men Lipomyces............................................................. 72 Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 ñến khả năng sinh trưởng và tạo màng nhầy của chủng PT7.1.................................................................. 74 Hình 3.14 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 ñến khả năng sinh trưởng và tạo màng nhầy của chủng PT2.3.................................................................. 75 Hình 3.15 Ảnh hưởng của nồng ñộ (NH4)2SO4 ñến khả năng sinh trưởng và tạo màng nhầy của chủng PT7.2.................................................................. 76 Hình 3.16 Hình thái tế bào của chủng nấm men Lipomyces PT7.1 ........................ 77 Hình 3.17 Nang bào tử của chủng nấm men Lipomyces PT7.1.............................. 77 Hình 3.18 Wmax.hy ở các công thức thí nghiệm và ñối chứng của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam............................................................................... 94 Hình 3.19 Wmax.hy ở các công thức thí nghiệm và ñối chứng trên thí nghiệm trồng chè ................................................................................................ 95 Hình 3.20 Khối lượng nước ñược chiết ra dưới các áp suất khác nhau ở các mẫu ñất .. 97 Hình 3.21 Tỉ lệ phần trăm các dạng nước nước khác nhau trong các mẫu ñất trồng cây thuốc nam............................................................................... 98 Hình 3.22 Khối lượng nước ñược chiết ra từ các mẫu ñất thí nghiệm trồng chè dưới các áp suất khác nhau .................................................................. 101 Hình 3.23 Tỷ lệ phần trăm các dạng nước nước khác nhau trong các mẫu ñất trồng chè .............................................................................................. 102 Hình 3.24 Số nhóm mesofauna ñã gặp trong các lô ñối chứng và thí nghiệm ...... 111 Hình 3.25 Mật ñộ trung bình của các nhóm mesofauna ñã gặp trong khu vực thí nghiệm ................................................................................................. 112 Hình 3.26 Dung trọng ñất ở các công thức thí nghiệm khác nhau ........................ 117
XII Hình 3.27 pHKCl của ñất thí nghiệm trồng cây thuốc nam .................................... 118 Hình 3.28 pHKCl ở các công thức trên thí nghiệm trồng cây thuốc nam................ 119 Hình 3.29 Hàm lượng CHC ở các công thức trên thí nghiệm trồng cây thuốc nam.. 122 Hình 3.30 Hàm lượng CHC ở các công thức trên thí nghiệm trồng chè ............... 123 Hình 3.31 Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trao ñổi ở các công thức trên thí nghiệm trồng cây thuốc nam............................................................................. 125 Hình 3.32 Hàm lượng Ca2+, Mg2+ và CEC ở các công thức trên thí nghiệm trồng cây thuốc nam...................................................................................... 127 Hình 3.33 Hàm lượng Ca2+, Mg2+ và CEC ở các công thức trên thí nghiệm trồng chè128 Hình 3.34 Hàm lượng Ca2+, Mg2+ và CEC ở các công thức theo mùa.................. 129 Hình 3.35 Hàm lượng Ndt ở các công thức thí nghiệm trồng cây thuốc nam ........ 131 Hình 3.36 Hàm lượng Ndt ở các công thức thí nghiệm trồng cây thuốc nam ........ 132 Hình 3.37 Hàm lượng Ndt ở các công thức thí nghiệm trồng chè ......................... 133 Hình 3.38 Hàm lượng Ndt ở các công thức thí nghiệm theo mùa .......................... 135 Hình 3.39 Hàm lượng P2O5dt ở các công thức thí nghiệm ................................... 137 Hình 3.40 Hàm lượng P2O5dt ở các công thức thí nghiệm trồng cây thuốc nam .. 138 Hình 3.41 Hàm lượng P2O5dt ở các công thức thí nghiệm trồng chè.................... 139 Hình 3.42 Hàm lượng P2O5dt ở các công thức thí nghiệm theo mùa.................... 140 Hình 3.43 Hàm lượng K2Odt ở các công thức thí nghiệm theo mùa..................... 143
1 MỞ ðẦU 1. Tính c p thi t ca ñ tài Khái niệm ñất dốc trong luận án dùng ñể chỉ vùng trung du và miền núi của Việt Nam. Theo tác giả ðỗ Văn Nhuận [59], ñất dốc là ñất có bề mặt nghiêng, thường gồ ghề không bằng phẳng. Trong sản xuất nông nghiệp, người ta thường chia ñất dốc làm 4 loại: dốc nhẹ (có ñộ dốc < 8º), dốc vừa (ñộ dốc từ 8 -15º), dốc hơi mạnh (có ñộ dốc từ 15 - 25º) và dốc mạnh (> 25º). Do hiện tượng phá rừng bừa bãi, canh tác và quản lý ñất dốc không hợp lý, nên hiện nay ñất dốc ñang phải ñối mặt với các hiện tượng rửa trôi, xói mòn, suy thoái các tính chất hoá lý và sinh học ñất. Diện tích ñất ñai màu mỡ vùng ñồng bằng ñang dần bị thu hẹp. Do vậy, ñất dốc với diện tích chiếm 3/4 lãnh thổ sẽ là nguồn ñất ñai chính cho lâm nghiệp, canh tác nông nghiệp và chăn nuôi. Chính vì vậy, cải tạo ñất dốc là một việc làm hết sức cấp thiết. Hạn hán, thiếu nước trong mùa khô là một trong những hạn chế chính của ñất dốc và cũng là trở ngại lớn nhất ñối với nông nghiệp. Thậm chí ngay trong mùa mưa cũng có những ñợt hạn hán ngắn ngày, gây ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng và năng suất cây trồng. Nhận thức ñược nguy cơ hạn hán và tầm quan trọng của việc giữ ẩm cho ñất, các nhà khoa học và quản lý ñã ñưa ra rất nhiều các biện pháp ñể giữ nước cho ñất như trồng và bảo vệ rừng, xây dựng hồ ñập, làm mưa nhân tạo, phương pháp tưới tiết kiệm nước, che phủ ñất bằng rơm rạ hoặc bằng vật liệu polyetylen (nilon), trồng xen các loại cây giữ ẩm...[11], [23]. Tuy nhiên, những biện pháp này hoặc rất tốn kém, hoặc còn nhiều hạn chế. Một số sản phẩm công nghiệp có khả năng giữ nước trong ñất nhằm tạo ñộ ẩm cần thiết cho cây trồng phát triển ñược gọi là “chất giữ ẩm” ñã ñược ứng dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam. Các sản phẩm này có khả năng giữ nước tốt, song còn một số hạn chế như: giá thành cao, chưa phù hợp với ñiều kiện ñất ñai và canh tác ở Việt Nam, khó bảo quản, thời gian sử dụng không dài, nếu dùng nhiều sẽ làm mất cân bằng hệ sinh thái ñất, tác ñộng xấu tới môi trường, cạnh tranh nước với cây trồng do khả năng hút nước mạnh. Do vậy, xu hướng hiện nay là dùng các chế phẩm vi sinh vật ñể cải thiện môi trường ñất nói chung và giữ ẩm cho ñất nói riêng, vừa hiệu quả, kinh tế, vừa an toàn cho hệ sinh thái.
2 Nấm men Lipomyces là một trong số các nhóm vi sinh vật (VSV) có khả năng sinh màng nhầy bên ngoài tế bào. Các chất nhầy này ñược coi như một tác nhân kết dính bền vững, liên kết các hạt ñất làm tăng cấu trúc ñất, hạn chế sự bốc thoát hơi nước và tăng khả năng tích luỹ nước của ñất. Ngoài ra, nhóm nấm men này còn có khả năng hình thành bào tử, sống ñược trong những ñiều kiện khô hạn, ñất nghèo dinh dưỡng, có khả năng sử dụng ña dạng các nguồn cacbon và ñiều kiện môi trường ít nitơ, thích nghi với ñiều kiện pH ñất thấp, chịu ñược nhiệt ñộ cao. Protein trong nấm men Lipomyces còn làm tăng giá trị dinh dưỡng của ñất. Hơn nữa, chưa có một tài liệu nào ñề cập ñến khả năng tiết chất ñộc của nhóm nấm men này trong quá trình sống. Với những ñặc tính quý báu trên, nấm men Lipomyces trở thành ñối tượng lý tưởng ñể nghiên cứu, sản xuất chế phẩm vi sinh giữ ẩm cho ñất, ñặc biệt là ứng dụng chúng cho những vùng ñất dốc, gò ñồi khô hạn. Xuất phát từ những lý do và ñòi hỏi cấp bách trong việc giữ ẩm cho ñất, từ ñó cải thiện dần các tính chất lý hoá của ñất theo hướng thân thiện với môi trường và an toàn cho hệ sinh thái, chúng tôi ñã thực hiện ñề tài “Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nấm men Lipomyces sinh màng nhầy nhằm giữ ẩm và cải thiện một số tính chất ñất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc”. 2. C s khoa hc ca ñ tài ðề tài ñược tiến hành dựa trên cơ sở khoa học về khả năng sinh màng nhầy của nấm men Lipomyces. Chất nhầy là tác nhân kết dính sinh học, có khả năng cải thiện cấu trúc ñất, làm giảm sự bốc thoát hơi nước. Một số công trình khoa học của Babjeva I.P [77] ñã nghiên cứu kỹ các ñặc ñiểm sinh học và sinh thái học của nấm men Lipomyces cho thấy, ñây là nhóm nấm men ñất, phân bố rộng rãi trong các loại ñất, thích nghi với ñiều kiện pH thấp, nhiệt ñộ cao, phổ cacbon rộng, sử dụng cơ chất bằng cách oxy hoá trực tiếp, có khả năng phát triển tốt trong ñiều kiện môi trường ít nitơ, có khả năng hình thành bào tử ñể tồn tại trong các ñiều kiện khắc nghiệt. Do vậy, nhóm nấm men này rất phù hợp với ñiều kiện ñất dốc ở Việt Nam và có thể ứng dụng sản xuất chế chẩm giữ ẩm cho ñất nhằm cải thiện một số tính chất lý, hóa học và sinh học ñất.
3 3. Ý nghĩa khoa hc và th c ti!n ca ñ tài * ðề tài ñã ñi sâu nghiên cứu về các ñặc ñiểm sinh học của một số chủng nấm men Lipomyces có khả năng sinh màng nhầy cao, lựa chọn ñược chủng thích hợp (chủng PT7.1) có thể ñưa vào sản xuất chế phẩm vi sinh giữ ẩm ñất. * ðề tài ñã nghiên cứu ứng dụng chế phẩm vi sinh giữ ẩm ñất Lipomycin M (ñược sản xuất từ chủng nấm men Lipomyces PT7.1) ñể cải thiện ñộ ẩm và một số tính chất vật lý, hoá học và sinh học của ñất. * Chế phẩm vi sinh giữ ẩm ñất vừa có hiệu quả giữ ẩm cho ñất dốc khô hạn, vừa kinh tế, lại an toàn cho hệ sinh thái ñất. 4. M$c tiêu ca ñ tài * Tuyển chọn ñược chủng nấm men Lipomyces sinh màng nhầy cao, có khả năng thích ứng với các ñiều kiện của môi trường ñất dốc khô hạn ở Việt Nam. Sử dụng chủng nấm men Lipomyces ñã ñược lựa chọn ñể sản xuất chế phẩm vi sinh giữ ẩm cho ñất. * Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nấm men sinh màng nhầy Lipomyces nhằm cải thiện ñộ ẩm và một số tính chất vật lý, hoá học và sinh học cho ñất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc. 5. N)i dung nghiên c+u * Xác ñịnh số lượng các nhóm VSV chính và nhóm nấm men Lipomyces trong ñất tại trạm ðDSH thuộc huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc. * Nghiên cứu ñặc ñiểm sinh học của các chủng nấm men Lipomyces ñược phân lập từ ñất ñể tìm ra chủng tốt nhất theo các tiêu chí ñề ra nhằm giữ ẩm cho ñất và cải thiện các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của ñất dốc. * Nghiên cứu tác dụng của chế phẩm Lipomycin M (ñược sản xuất từ chủng nấm men Lipomyces PT7.1) ñến khả năng giữ ẩm cho ñất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc. * ðánh giá tác dụng của chế phẩm Lipomycin M ñến khả năng cải thiện một số tính chất vật lý, hoá học và sinh học của ñất dốc tại huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc. * Bước ñầu ñánh giá ảnh hưởng của chế phẩm Lipomycin M ñến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây trồng.
4 6. ðóng góp m0i ca ñ tài * ðây là luận án khoa học ñầu tiên ứng dụng chế phẩm nấm men Lipomyces sinh màng nhầy ñể giữ ẩm cho ñất dốc. * Lần ñầu tiên ñã ñưa ra những số liệu thực tế chứng minh ñược chế phẩm Lipomycin M có tác dụng giữ ẩm cho ñất, có khả năng cải thiện một số tính chất lý hoá học của ñất dốc và an toàn với hệ sinh thái ñất.
5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vấn ñề thoái hoá và biện pháp cải tạo ñất dốc 1.1.1. Sơ lược về sự thoái hoá ñất dốc ở Việt Nam ðất dốc (ñất ñồi núi) Việt Nam là hợp phần quan trọng của quỹ ñất, chiếm 3/4 lãnh thổ toàn quốc [54], [59]. ðất vùng ñồng bằng thích hợp cho cây hoa màu lương thực ngắn ngày chủ yếu phục vụ cho việc ñảm bảo an ninh lương thực, thực phẩm quốc gia, trên thực tế ñã khai thác tới hạn. Do vậy, việc phát triển nông lâm nghiệp trong những thập kỷ tiếp theo phụ thuộc phần lớn vào việc sử dụng hiệu quả và lâu bền 3/4 quỹ ñất ñồi núi vốn rất ña dạng, giàu tiềm năng nhưng cũng ñã bị thoái hoá nghiêm trọng này [28]. Hiện tượng thoái hoá ñất do nhiều nguyên nhân gây ra nhưng chủ yếu là do con người gây nên thông qua việc phá rừng bừa bãi vì cuộc sống và thiếu một chiến lược khai thác trên quan ñiểm bảo vệ ñất, bảo vệ môi trường sinh thái [27]. Sự thoái hoá ñất biểu hiện ở các hiện tượng như xói mòn, rửa trôi ñất, ñất bị nén chặt, cấu trúc ñất bị phá huỷ nên mất khả năng giữ nước, do vậy nên hạn hán thường xảy ra khi thiếu mưa và mùa khô ñến [4]. Sự thoái hoá ñất ñược thể hiện thông qua mọi phương diện như: lý học, hoá học và sinh học. Thoái hoá v2t lý Trước hết, thoái hoá vật lý là hệ quả của xói mòn ñất. Hiện tượng này ñã bóc ñi tầng ñất mặt tơi xốp, làm ñất mất cấu trúc và giảm sức thấm nước. Hiện tượng ñất dốc bị xói mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng mưa, cường ñộ mưa, ñộ dốc, loại ñất, ñộ che phủ và biện pháp canh tác. ðối với ñất có rừng che phủ, lượng ñất xói mòn ít nhất (khoảng 2,5 tấn/ ha/ năm), còn ñất trống không ñược che phủ có lượng rửa trôi lớn nhất (khoảng 80 - 100 tấn/ ha/ năm tuỳ theo loại ñất) [28]. Sau khi khai hoang trồng trọt ñộc canh nhiều năm, nhất là ñối với cây sắn và lúa nương, ñất trở nên chặt, cứng, khả năng thấm nước kém hẳn. Canh tác không hợp lý sẽ làm ñất thoái hoá cấu trúc, vì vậy các phẫu diện ñất ñồi ñều có tầng Ao và A1 rất mỏng, thậm chí mất hẳn. Lớp thảm mục không dày, ñặc biệt là những vùng rừng trồng mới, không có tác dụng bảo vệ tầng ñất mặt. Khi ñất bị thoái hoá, ñoàn lạp nhỏ hơn 0,25mm tăng lên và ñoàn lạp có giá trị nông học giảm mạnh. Khả năng duy trì cấu trúc giảm theo thời gian và ñoàn lạp dễ bị phá vỡ khi gặp nước. Các hạt keo sét màu mỡ và vi ñoàn lạp rất dễ bị rửa trôi, hơn nữa chúng chứa nhiều hữu cơ - khoáng và
6 ñạm cho nên bị mất cấu trúc cũng ñi ñôi với suy giảm chế ñộ nước và mất dinh dưỡng. Hiện tượng kết von và ñá ong hoá cũng thường gặp ở các loại ñất thoái hoá. Do ảnh hưởng xấu ñi của các tính chất trên nên sức chứa ẩm ñồng ruộng kém ñi, lượng nước hữu hiệu giảm làm tăng nguy cơ bị hạn hán. Tốc ñộ thấm nước và giữ nước trong ñất giảm ñi. Canh tác trên ñất dốc dù là trong mùa mưa cũng có những ñợt hạn ngắn 10 -15 ngày ñủ ñể ảnh hưởng ñến năng suất cây trồng. Hạn hán là khó khăn chính ñối với việc canh tác trên ñất dốc, nếu mưa chỉ ñến muộn khoảng một tháng so với dự tính thì mùa vụ chắc chắn thất bại [28]. Do thiếu hụt nguồn nước nghiêm trọng, nhất là vào mùa khô nên hàng năm trên ñất dốc chỉ trồng trọt ñược từ 5 - 6 tháng, nhiều nơi chỉ 3 - 4 tháng, số tháng còn lại chỉ ñể ñất hoang [59]. Thoái hoá hoá hc Xét về mặt hoá học, các ñất dốc ñều là những ñất có vấn ñề. ðất dốc sau khi khai hoang trồng cây ngắn ngày có xu thế chung là hàm lượng hữu cơ và khả năng hấp phụ trao ñổi suy giảm. Các chất kiềm và kiềm thổ trong ñất bị rửa trôi làm cho ñất ở tầng mặt bị chua. Thông thường trên ñất dốc sau khi khai hoang canh tác khoảng 3 - 4 năm thì trị số pH giảm trung bình từ 0,5 ñến 1 ñơn vị. Trên ñất có trị số pH thấp, thường hàm lượng sắt, nhôm di ñộng cao gây ñộc hại cho cây trồng và sinh vật ñất. Các chất này còn có khả năng giữ chặt lân làm cho ñất nghèo lân dễ tiêu [28]. Thoái hoá sinh hc Theo một số nghiên cứu ñã công bố thì khu hệ vi sinh vật và ñộng thực vật ở ñất dốc bị thoái hoá rất nghèo về số lượng và không ña dạng về thành phần [17], [43], [45], [46], [49], [55]. Vi sinh vật tổng số trong ñất ñồi núi chỉ ñạt từ 2.107 ñến 3.107 CFU/g [28]. Các vi sinh vật hiếu khí chủ yếu tập trung ở tầng ñất mặt (10 - 20 cm) và giảm dần theo chiều sâu. Thảm thực vật của ñất trống ñồi núi trọc (ðTðT), ñất bị thoái hoá chỉ là những trảng cỏ, trảng cây bụi tự nhiên, có thể có những cây gỗ cũng có thể là cây ăn quả xen lẫn thưa thớt hoặc những ñồng cỏ chăn nuôi bị thoái hóa. Cùng với sự suy kiệt của thảm thực vật thì tính ña dạng và mật ñộ các quần xã ñộng vật ñất cũng suy giảm rõ rệt. Theo kết quả của một số công trình nghiên cứu về tính dạng của hệ ñộng vật chân khớp, giun ñất, bọ nhảy Collembola ở ðTðT thì có sự giảm sút về số lượng cũng như thành phần loài [17], [55].