Luận văn Thạc sĩ Lâm học: Phân lập tuyển chọn vi sinh vật phân giải xenlulo nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng Thông mã vĩ tại tỉnh Cao Bằng

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là phân lập tuyển chọn được một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo tốt làm cơ sở khoa học để tạo chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm giảm nguy cơ cháy rừng ở Cao Bằng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Lâm học: Phân lập tuyển chọn vi sinh vật phân giải xenlulo nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng Thông mã vĩ tại tỉnh Cao Bằng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HOÀNG VĂN DƯƠNG PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULO NHẰM PHÂN HỦY NHANH VẬT LIỆU CHÁY DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG MÃ VĨ TẠI TỈNH CAO BẰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ LÂM HỌC THÁI NGUYÊN - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HOÀNG VĂN DƯƠNG PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT PHÂN GIẢI XENLULO NHẰM PHÂN HỦY NHANH VẬT LIỆU CHÁY DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG MÃ VĨ TẠI TỈNH CAO BẰNG Ngành: Lâm học Mã số ngành: 8 62 02 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ LÂM HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Văn Định THÁI NGUYÊN - 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân và có kế thừa một phần số liệu của đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam” đã được Chủ nhiệm đề tài cho phép, nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Học viên Hoàng Văn Dương
ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam tôi đã trang bị cho mình kiến thức cơ bản về chuyên môn dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của toàn thể thầy cô giáo. Để củng cố lại những khiến thức đã học cũng như làm quen với công việc nghiên cứu nên quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp là một giai đoạn rất quan trọng, tạo điều kiện cho học viên cọ sát với thực tế nhằm củng cố lại kiến thức đã tích lũy được trong nhà trường đồng thời nâng cao tư duy hệ thống lý luận để nghiên cứu ứng dụng một cách có hiệu quả những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất. Xuất phát từ nguyện vọng của bản thân, được sự nhất trí của nhà trường, ban chủ nhiệm khoa sau Đại học, khoa Lâm Nghiệp và sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo TS. Vũ Văn Định, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phân lập tuyển chọn VSV phân giải Xenlulo nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng Thông mã vĩ tại tỉnh Cao Bằng” Trong thời gian nghiên cứu đề tài, được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các Thầy cô giáo trong khoa sau Đại học và khoa Lâm nghiệp cùng với sự phối hợp giúp đỡ của ban lãnh đạo Trung Tâm Nghiên Cứu Bảo Vệ Rừng - Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam và đặc biệt là nhóm nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam”. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô giáo trong khoa Lâm Nghiệp, đặc biệt là các thầy giáo TS. Vũ Văn Định người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu Bảo vệ rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và các anh, chị, em của Trung tâm Nhiên cứu Bảo vệ rừng đã cộng tác và hỗ trợ tôi thực hiện công việc. Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn này hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 10 năm 2019 Học viên Hoàng Văn Dương
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... 2 LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU ....................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................................vii Phần 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ......................................................................... 4 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................................................... 4 1.1.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống ...................................... 4 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước .................................................................... 11 1.2.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống cháy rừng thông .......... 11 1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu ..................................................................................21 1.3.1. Khái quát về Cao Bằng ............................................................................................21 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................................................................................24 2.1. Đối tượng, địa điểm và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 24 2.2. Nội dung nghiên cứu. ......................................................................................... 24 2.2.1. Thực trạng và khối lượng vật liệu cháy hiện có ở rừng Thông mã vĩ ............ 24 2.2.2. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật phân hủy xenlulo ......................................... 24 2.2.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học ......................... 25 2.2.4. Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học ........................................... 25 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 25 2.3.1. Thực trạng và xác định khối lượng vật liệu cháy hiện có ở rừng Thông mã vĩ25
iv 2.3.2. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật phân hủy xenlulo ......................................... 26 2.3.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học ......................... 32 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học ...................... 34 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................................35 3.1. Thực trạng và xác định khối lượng vật liệu cháy hiện có ở rừng Thông mã vĩ . 35 3.2. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật phân hủy xenlulo ............................................ 37 3.2.1. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật phân hủy xenlulo ......................................... 37 3.2.2. Đánh giá khả năng tồn tại của các chủng vi sinh vật phân hủy xenlulo ở trong điều kiện nhiệt độ và ẩm độ khác nhau ..................................................................... 41 3.3. Kết quả nghiên cứu hướng dẫn xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học48 3.3.1 Kết quả nghiên cứu điều kiện sinh trưởng và phát triển của các chủng VSV phân giải xenlulo sử dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học (môi trường, tốc độ lắc, thời gian, nhiệt độ, độ pH) ........................................................................................ 48 3.3.2 Kết quả nghiên cứu khả năng tập hợp chủng. .................................................. 50 3.3.3 Kết quả nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học ............................................ 51 3.3.4 Kết quả hướng dẫn xây dựng Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học ............. 51 3.4. Kết quả nghiên cứu hướng dẫn kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học................ 53 3.4.1. Kết quả nghiên cứu liều lượng sử dụng chế phẩm sinh học ........................... 53 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ ..........................................................................55 PHỤ LỤC .........................................................................Error! Bookmark not defined.
v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU Chữ viết tắt/ký hiệu Giải nghĩa đầy đủ ADN Acid Deoxyribo Nucleic BNN &PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn CFU Đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml hoặc 1 gam CT Công thức D1.3 Đường kính ngang ngực ĐC Đối chứng DTB Đường kính trung bình DNA Deoxyribonucleic acid Hdc Chiều cao dưới cành Hvn Chiều cao vút ngọn KV Khu vực LSD Khoảng sai dị M Trọng lượng MĐ Mật độ PCR Polymerase Chain Reaction PDA Potato Dextrose Agar TCLN Tổng cục Lâm nghiệp TB Trung bình VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Khối lượng, thành phần vật liệu cháy hiện có dưới tán rừng Thông mã vĩ tại Trùng Khánh, Cao Bằng ................................................................. 36 Bảng 3.2: Số lượng vi sinh vật phân giải xenlulo ở xã Đình Phong, huyện Trùng Khánh, tỉnh Cao Bằng .......................................................................... 38 Bảng 3.3: Khả năng phân giải Xenlulo của các chủng vi sinh vật phân lập... 39 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của VSV phân giải xenlulo . 41 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của ẩm độ đến sinh trưởng của vi sinh vật phân giải xenlulo ......................................................................................................................... 42 Bảng 3.6: Khả năng phân giải VLC của các chủng VSV trong bình thí nghiệm ......................................................................................................................... 42 Bảng 3.7: Khả năng phân giải vật liệu cháy của các chủng VSV trong chậu vại quy mô 10kg/thùng.................................................................................... 43 Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến mật độ tế bào của VSV phân giải xenlulo .............................................................. 48 Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ lắc đến mật độ tế bào VSV phân giải xenlulo .................................................................................... 49 Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian nhân sinh khối đến mật độ tế bào ................................................................................................... 49 Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của pH môi trường đến mật độ tế bào ................................................................................................................... 50 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chất mang đến mật độ VSV trong sản xuất chế phẩm.................................................................................. 51 Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm liều lượng sử dụng chế phẩm sinh học ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Trùng Khánh, Cao Bằng ............................ 53
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Một số chủng vi khuẩn phân giải xenlulo ....................................... 38 Hình 3.2. Khả năng phân giải xenlulo của một số chủng vi sinh vật phân lập được40 Hình 3.3 Vị trí phân loại của chủng CBK8, CBK11, CBK12 với các loài có quan hệ họ hàng gần thuộc chi Bacillus .......................................................... 44
1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Rừng được coi là “lá phổi xanh” của nhân loại, là nguồn tài nguyên quý giá, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, đời sống và văn hóa cộng đồng, các hoạt động du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc phòng và chất lượng cuộc sống con người nói chung. Tuy nhiên, tài nguyên rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng ở nhiều nơi cả về số lượng và chất lượng. Một trong những nguyên nhân quan trọng làm mất rừng là do cháy rừng. Ở Cao Bằng, tính đến 31/12/2018 diện tích rừng 364.689,30ha, trong đó: Rừng tự nhiên 348.269,34 ha, rừng trồng là 16.419,96 ha; độ che phủ là 54,43 (quyết định số 120/QĐ-SNN ngày 26/02/2019 của Sở Nông nghiệp & PTNT Cao Bằng). Tính riêng giai đoạn 2013 – 2018 cháy rừng xảy ra 141 vụ, diện tích cháy rừng lên tới 176,9 ha; bình quân hàng năm cháy 17,6 vụ, diện tích thiệt hại mỗi năm 22,11 ha. Riêng năm 2015, cả tỉnh đã xảy ra 59 vụ cháy rừng, làm thiệt hại 64,57 ha rừng các loại, tăng gấp 3 lần về số vụ và tăng gần 3 lần về diện tích so với các năm trong giai đoạn (Theo số liệu báo cáo tổng kết công tác hàng năm của Chi cục Kiểm lâm tỉnh Cao Bằng). Điều này gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người, mất nhiều nguồn gen quý hiếm và làm mất cân bằng sinh học. Thông mã vĩ (Pinus massoniana) là cây trồng chủ yếu với diện tích đứng thứ nhất tại Cao Bằng. Thông mã vĩ đã mang lại giá trị kinh tế to lớn và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, nguy cơ khả năng cháy rừng cao vì trong lá thông có chứa hàm lượng nhựa từ 2%-12% (Bế Minh Châu, 2001), khi cháy lửa lan nhanh, khó dập tắt nên thường gây nhiều thiệt hại lớn.
2 Phân lập tuyển chọn vi sinh vật có khả năng phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng là cơ sở khoa học để tạo chế phẩm sinh học nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông ở Việt Nam nói chung và Cao Bằng nói riêng. Xuất phát từ những lý do trên luận văn: Chính vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học tạo chế phẩm sinh học nhằm tăng độ ẩm VLC dưới tán rừng và chuyển hóa chúng thành một sản phẩm có lợi là phân hữu cơ sinh học giúp cải thiện tính chất lý hóa của đất, giúp cây rừng sinh trưởng và phát triển tốt nhằm tăng hiệu quả kinh tế, bảo vệ được môi trường sinh thái. Xuất phát từ những lý do trên đề tài “Phân lập tuyển chọn vi sinh vật phân giải xenlulo nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông mã vĩ tại tỉnh Cao Bằng” là cần thiết có ý nghĩa cả về lý luận và thực tiễn. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Phân lập tuyển chọn được một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo tốt làm cơ sở khoa học để tạo chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm giảm nguy cơ cháy rừng ở Cao Bằng. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Phân lập tuyển chọn được một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo từ các mẫu đất dưới tán rừng Thông mã vĩ tại Cao Bằng. - Nghiên cứu được một số đặc điểm sinh học của một số chủng vi sinh vật phân giải xenlulo tốt. - Thử nghiệm một số chủng vi sinh vật phân giải xenlulo tốt với vật liệu cháy. 1.3. Ý nghĩa nghiên cứu khoa học 1.3.1. Ý nghĩa học tập và nghiên cứu khoa học Bổ sung những cơ sở khoa học mới trong phòng chống cháy rừng thông bằng chế phẩm sinh học nhằm phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông.
3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn sản xuất - Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần nâng cao hiệu quả quản lý phòng chống cháy rừng thông tại Cao Bằng - Ứng dụng chế phẩm kích thích sinh trưởng của cây, nâng cao năng suất của rừng trồng, tạo điều kiện cho rừng thông phát triển bền vững, nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế, cải tạo đất và bảo vệ được môi trường sinh thái.
4 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.1.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống Nghiên cứu về cháy rừng Theo nghiên cứu của FAO đưa ra khái niệm về cháy rừng: “Cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của những đám cháy trong rừng mà không nằm trong sự kiểm soát của con người, gây nên những tổn thất nhiều mặt về tài nguyên, của cải và môi trường” Cháy rừng xảy ra khi có mặt đồng thời của 3 thành tố là nguồn nhiệt, ôxy và vật liệu cháy (VLC); và tùy thuộc vào đặc điểm của các yếu tố nêu trên, cháy rừng có thể được hình thành, phát triển hay bị ngăn chặn hoặc suy yếu đi (Brown, 1979; Chandler C et al., 1983). Vì vậy, về bản chất những biện pháp PCR chính là những biện pháp tác động vào 3 yếu tố trên theo chiều hướng ngăn chặn và giảm thiểu quá trình cháy. Có 3 loại cháy rừng cơ bản như sau: - Cháy tầng trên: còn được gọi là cháy tán rừng hay cháy tầng tán quần thụ. Lửa di chuyển nhanh trong lúc cháy tầng tán quần thụ thường không đốt cháy thân cây và các lớp vật rụng trên mặt đất - Cháy bề mặt: Cháy với cường độ thấp, ít khốc liệt, tốc độ lan truyền nhanh, thiêu hủy chủ yếu các vật rụng và thảm cỏ đã chết. - Cháy ngầm là trường hợp xảy ra khi lửa lan tràn chậm, âm ỉ dưới mặt đất, trong lớp thảm mục dày hoặc than bùn. Trong một đám cháy rừng có thể xảy ra một hoặc đồng thời hai hoặc ba loại cháy trên và tùy theo từng loại cháy rừng mà người ta đưa ra những biện pháp phòng và chữa cháy khác nhau
5 (Brown 1979; Gromovist et al., 1993; Mc Arthur and Luke, 1986; Timo V et al., 2007). Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra 3 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển cháy rừng là thời tiết, loại rừng và hoạt động kinh tế - xã hội (KT - XH) của con người. Thời tiết đặc biệt là lượng mưa (L m), nhiệt độ không khí (Tkk), độ ẩm không khí (Wkk) và tốc độ gió (Vg) ảnh hưởng quyết định đến tốc độ bốc hơi và độ ẩm vật liệu cháy (Wvlc) rừng qua đó ảnh hưởng đến khả năng bén lửa và lan tràn đám cháy. Loại rừng ảnh hưởng tới tính chất vật lý, hoá học, khối lượng và phân bố của vật liệu cháy qua đó ảnh hưởng đến loại cháy, khả năng hình thành và tốc độ lan tràn của đám cháy và hoạt động KT - XH của con người, như: sản xuất nương rẫy, săn bắn thú rừng và du lịch sinh thái,... đều có ảnh hưởng trực triếp đến mật độ và phân bố nguồn lửa khởi đầu của các đám cháy. Phần lớn các biện pháp PCR đều được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm 3 yếu tố trên trong hoàn cảnh cụ thể ở địa phương (Laslo Pancel, 1993; Richmond, 1976). Những thiệt hại do cháy rừng gây ra là vô cùng to lớn, cháy rừng diễn ra ở khắp nơi từ Mỹ, Indonexia, Canada, Bulgaria, Macedonia, Hy Lạp, Tây ban nha, Bồ đào nha... Đáng kể ở đây là tình hình cháy rừng ở Canada, Canada có diện tích rừng chiếm 10% diện tích rừng của thế giới. Trong vòng 25 năm qua mỗi năm có khoảng 8.300 vụ cháy rừng đã xảy ra. Tổng diện tích bị cháy rất khác nhau từ năm này sang năm khác, nhưng trung bình khoảng 2,3 triệu ha mỗi năm. Chi phí chữa cháy trong thập kỷ qua ở Canada đã dao động từ khoảng 500 triệu $ đến $ 1 tỷ USD mỗi năm. Do nhu cầu dành đất đai cho sản xuất nhiên liệu sinh học ngày một tăng, đặc biệt ở các nước nhiệt đới, nên trong những năm gần đây nhiều khu rừng bị tàn phá khiến diện tích rừng trên thế giới đã thu hẹp đáng kể. Kết quả nghiên cứu của Viện nghiên cứu kinh tế Ifo ở Munich, Đức công bố ngày
6 19/1 cho biết từ năm 1990 đến 2005, diện tích rừng trên trái đất đã giảm 3%, tức trung bình mỗi ngày mất 20.000 hécta rừng. Đây là hiện tượng đáng báo động ở nhiều quốc gia. Đặc biệt là ở Brazil và Sudan, rừng đã bị tàn phá vô tội vạ. 47% diện tích rừng thế giới hàng năm bị thu hẹp trước hết là ở hai nước này. Ở Brazil và Sudan, người ta phá rừng để trồng cây cọ dừa và đậu tương lấy dầu và các loại cây sản xuất nhiên liệu sinh học. Việc khai thác bừa bãi các khu rừng nguyên sinh và rừng nhiệt đới đã gây tổn hại rất lớn cho môi trường khí hậu toàn cầu. Riêng việc đốt rừng khai hoang và cháy rừng hàng năm đã sản sinh ra bầu khí quyển khoảng 650 triệu tấn khí CO2. Nhìn chung, nạn phá rừng đã góp tới 20% khí thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính nên việc bảo vệ rừng và trồng rừng là một trong những hành động tác động tích cực tới chiến lược chống biến đổi khí hậu toàn cầu của cộng đồng thế giới hiện nay Một số nghiên cứu trong phòng chống cháy rừng thông Nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật lâm sinh phòng cháy rừng Biện pháp kỹ thuật lâm sinh (KTLS) là các các biện pháp kỹ thuật thông qua công tác kinh doanh, quản lý rừng, như: thiết kế trồng rừng, chọn loài cây trồng, phương thức trồng, các biện pháp lâm sinh tác động,... nhằm tạo ra những khu rừng khó cháy hoặc hạn chế sự lan tràn của đám cháy một số biện pháp KTLS PCR như sau: Trồng rừng hỗn giao nhiều loài để hạn chế khả năng cháy của cây rừng cũng như sự sinh trưởng và phát triển của cây bụi, thảm tươi; do rừng trồng thuần loài dần dần bộc lộ nhiều nhược điểm nên nhiều nước trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu nhằm tạo lập các lâm phần rừng trồng hỗn loài bằng nhiều loài cây khác nhau. Các công trình nghiên cứu về rừng trồng hỗn loài đã được một số nước ở Châu Âu tiến hành từ những năm đầu của thế kỷ XIX. Bên cạnh công tác gây trồng rừng thì các biện pháp KTLS cũng được quan
7 tâm nghiên cứu (J.B Ball, T. j Wormald, L Russo, 1995). Khi nghiên cứu về tính bền vững của rừng trồng, có một số tác giả đã quan tâm đến cấu trúc tầng tán của rừng hỗn giao (Matthew, J. Keltg, 1995) đã nghiên cứu xây dựng mô hình rừng trồng hỗn giao giữa cây gỗ và cây họ đậu. Đặc biệt, ở Malaysia khi xây dựng rừng nhiều tầng hỗn giao trên 3 đối tượng rừng tự nhiên, rừng keo tai tượng và rừng tếch. Người ta đã sử dụng 23 loài cây có giá trị trồng theo băng rộng 10 m, 20 m, 30 m, 40 m với phương thức trồng hỗn giao khác nhau. Việc tạo lập các loài cây hỗ trợ ban đầu cho cây chính trước khi xây dựng mô hình trồng rừng hỗn giao là rất cần thiết; tác giả Matthew, 1995 đã nghiên cứu tạo lập mô hình rừng trồng hỗn giao giữa cây thân gỗ và cây họ đậu; kết quả cho thấy, cây họ đậu có tác dụng hỗ trợ rất tốt cho cây trồng chính. Năm 1995, các tác giả Ball, Wormald và Russo đã nghiên cứu quá trình điều chỉnh một số lâm phần hỗn giao theo quá trình sinh trưởng của mô hình thông qua việc giảm bớt sự cạnh tranh giữa các loài cây tạo điều kiện để chúng cùng sinh trưởng phát triển tốt. Hiện Trung Quốc và Rwanda là hai nước được các nhà nghiên cứu đánh giá cao chương trình tái trồng rừng. Những năm gần đây, diện tích trồng rừng của Trung Quốc đã tăng 4 triệu hécta (2,2%) và nước này đã chiếm 73% diện tích phát triển rừng toàn cầu. Trong khi đó, tại Rwanda, diện tích tái rừng trong các năm từ 2000 đến 2005, mỗi năm đã tăng trung bình 6,9%. Đốt trước một phần vật liệu cháy vào đầu mùa khô hoặc cuối mùa mưa khi chúng còn ẩm để giảm khối lượng vật liệu cháy trong rừng hoặc đốt theo hướng ngược với hướng lan tràn để cô lập đám cháy. Các công trình nghiên cứu về đốt trước làm giảm vật liệu cháy đã được nhiều nước áp dụng ngay từ đầu thế kỷ XX. Các nước tiến hành nghiên cứu vấn đề này, rất sớm và có nhiều công trình nhất là Đức, Mỹ, Nga, Canada và Trung Quốc, ... Đối tượng rừng được đưa vào đốt trước làm giảm vật liệu có cả rừng tự nhiên và rừng trồng. Thường các chủ rừng đốt theo đám ở những diện tích rừng có nhiều vật
8 liệu cháy, có nguy cơ cháy cao vào thời gian trước mùa cháy, hạn chế đến mức thấp nhất khả năng cháy lan đến những khu rừng lân cận (Brown A.A,1979; Gromovist R et al., 1993; Mc Arthur A.G và Luke R.H., 1986). Năm 1968, Stoddard - một trong những người đầu tiên đề xuất ý kiến đốt rừng có kế hoạch nhằm giảm nguy cơ cháy. Từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX đến nay, có một số nước đi đầu trong lĩnh vực lửa rừng của thế giới, như: Australia, Mỹ, Nga, Canada, Indonexia, Thái Lan... đã có nhiều nghiên cứu và đưa ra được những quy trình đốt trước cho các khu rừng trồng thuần loài có nguy cơ cháy cao. Biện pháp đốt trước có điều khiển đã được sử dụng tương đối phổ biến và được coi là biện pháp quan trọng trong công tác quản lý lửa rừng ở những nước này. Năm 1993, có một số tác giả người Phần Lan đã đưa ra các vấn đề về khối lượng, độ ẩm vật liệu cháy, thời tiết, diện tích, địa hình và các vấn đề về kinh phí, tổ chức lực lượng một cách khá toàn diện trong đốt trước có điều khiển cho các vùng rừng trọng điểm cháy dựa trên nghiên cứu về đặc điểm nguồn vật liệu cháy và việc đốt thử trên những diện tích rộng lớn (Gromovist R et al.,1993). Nhìn chung các nghiên cứu về vấn đề này, thường được tiến hành nhiều ở các nước phát triển, như: Đức, Mỹ, Nga, úc, Canada, Trung Quốc,... Còn các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam chủ yếu là nghiên cứu, áp dụng những công trình này, để phù hợp với điều kiện mỗi nước. Vì vậy, cần có những nghiên cứu thực tế áp dụng cho công tác PCCCR ở mỗi quốc gia và mỗi địa phương. Có rất nhiều biện pháp được đưa ra trong phòng cháy chữa cháy rừng tuy nhiên việc sử dụng vi sinh vật phân hủy xenlulo để phân hủy vật liệu cháy là một trong những ý tưởng được nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Vì trong tự nhiên việc phân hủy xenlulo trong tự nhiên được tiến hành không đồng bộ, xảy ra rất chậm.
9 Trong điều kiện phòng thí nghiệm hay điều kiện công nghiệp, việc phân hủy xenlulo bằng enzym, ngoài các yếu tố kỹ thuật như nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất, lượng enzym..., một số yếu tố hết sức quan trọng là tính đồng bộ của hệ cellulase từ nhiều nguồn vi sinh vật khác nhau. Quá trình phân hủy xenlulo chỉ có thể được tiến hành đến sản phẩm cuối cùng khi sử dụng đồng bộ ba loại cellulose. Mỗi loại vi sinh vật chỉ có khả năng tổng hợp ưu việt một loại enzym. Chính vì thế cần phải khai thác từ nhiều nguồn vi sinh vật để đạt được hiệu quả phân giải tốt nhất. Nghiên cứu về vi sinh vật phân giải xenlulo Xenlulo là một polime hữu cơ phổ biến nhất, tương ứng khoảng 1,5x1012 tấn trên tổng số sinh khối thực vật được sản xuất ra hàng năm thông qua quang hợp đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới, và chúng được coi là nguồn vật liệu vô tận cho các ngành sản xuất khác nhau (Klemm D et al., 2002). Hệ VSV có khả năng phân giải xenlulo bao gồm nấm, vi khuẩn và xạ khuẩn (Saranraij et al., 2012). Nghiên cứu và ứng dụng VSV phân giải xenlulo hay enzyme (cellulase) được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến giấy, công nghiệp chế biến thực phẩm, nhiên liệu sinh học cũng như ứng dụng trong lĩnh vực Nông - Lâm nghiệp (Saranraij et al., 2012). Bởi vậy trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu nhằm tìm ra các VSV có khả năng tạo ra các enzyme phân giải xenlulo (Johnvesly et al., 2012). Một số loài vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo: Acetivibrio cellulolyticus, bacteroides cellulosolvens, B.succinogenes hay ruminococus flavefaciens (Saranraj et al., 2012). Narmen và cộng sự (2010) đã phân lập và tuyển chon được 6 chủng thuộc xạ khuẩn (Actinomycetes) có nguồn gốc từ biển và xác định chủng Streptomyes buber có khả năng tạo ra lượng enzyme lớn nhất (25.6 U/ml) ở pH6 và 40 ͦ C sau 7 ngày. Một số vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo như Actinomycetes, Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens,
10 Clostridium, Ruminococcus albus, Aspergillus, Chaetomium, Fusarium, Methanobrevibacter ruminantium, Myrothecium, Penicillium, Trichoderma. Những loài này đóng vai trò quan trọng như khoáng hóa vật liệu hữu cơ và vì vậy tác động đến năng suất môi trường biển. Các enzyme phân giải xenlulo được sử dụng rộng rãi, do khả năng của chúng có thể ứng dụng vào các dây truyền công nghiệp khác nhau như sản xuất xăng sinh học, triphasic biomethanation, quản lý chất thải nông nghiệp và cây trồng (Yugal Kishore Mohanta, 2014). Theo Ajijolakewu AK và cộng sự (2013) đã phân lập bã mía các vi sinh vật có khả năng thủy phân xenlulo. Đó là 6 loài nấm (Mucor racemosus, Aspergillus niger, Aspergillus fl avus, Neurospora sitophilus, Penicillium oxalicum và Penicillium citrinum) và 7 loài khuẩn (Clostridium cellobioparum, Clostridium thermocellum, Bacillus subtilis, Bacillus pumillus, Lactobacillus spp, Pseudomonas flavescens và Serratia spp.) Trong đó có hai loài nấm Mucor racemosus và Aspergillus niger có khả năng thủy phân cao. Bên cạnh đó còn tìm ra hai chủng khuẩn cũng có hoạt tính cao là Clostridium cellobioparum và Bacillus subtilis. K.M.D. Gunathilake1 et al., 2011 đã phân lập từ đất, compost và lá rụng được một số chủng nấm và vi khuẩn có khả năng phân giải xenlulo mạnh như Acremonium, Fusarium, Aspergillus, Mucor, Trichoderma, Penicillium và Graphium. Các chủng khuẩn Bacillus, Listeria, Alcaligenes, Neisseria và Streptococcus. Nhiều vi sinh vật đã được tìm ra với khả năng phân giải xenlulo bao gồm cả vi khuẩn và nấm, hiếu khí và kỵ khí. Các chủng nấm như Chaetomium, Fusarium, Myrothecium, Trichoderma. Penicillium, Aspergillus; các chủng khuẩn như Trichonympha, Clostridium; và xạ khuẩn, Bacteroides succinogenes, fibrisolvens Butyrivibrio, Ruminococcus albus, và Methanobrevibacter ruminantium (Pratima Gupta et al., 2012)
11 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 1.2.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống cháy rừng thông Nghiên cứu về cháy rừng Theo báo cáo của Cục Kiểm Lâm diện tích cháy rừng toàn quốc giai đoạn 2003-2011 lên đến 31.442 ha diện tích rừng tự nhiên bị cháy 8.684 ha, diện tích rừng trồng cháy 22.758 ha. Diện tích rừng bị cháy giai đoạn 2011 - 2015 lên tới 4755 ha, diện tích cháy rừng bình quân hàng năm 1.297 ha. Trong năm 2014, cả nước đã xảy ra 419 vụ cháy rừng, làm thiệt hại 1.722 ha rừng các loại, tăng 73% về số vụ và 83% về diện tích so với năm 2013. Năm 2015 số vụ cháy rừng tăng 38 vụ diện tích cháy rừng tăng so với năm 2014 là 273 ha. Trong đó rừng thông là một trong những loại rừng hay xảy ra cháy nhiều nhất. Theo số liệu của Trung tâm phát triển Lâm nghiệp Hà Nội hiện nay Sóc Sơn có khoảng 900 ha rừng trồng thông các loại trong đó diện tích cháy rừng trong 10 năm gần đây (2005-2015) tổng số vụ cháy là 148 vụ, diện tích cháy rừng 128,9 ha trong đó thiệt hại lên đến 83,22 ha; tổng diện tích cháy rừng bị cháy trong 10 năm lên đến 14,3% diện tích rừng trồng thông của cả huyện. Quá trình phát sinh, phát triển cháy rừng gồm 3 yêu tố: vật liệu cháy, oxy và nguồn nhiệt. Trong đó VLC giữ vai trò cực kỳ quan trọng. Quy mô và mức độ lan tràn nhanh hay chậm quyết định ở khối lượng và độ ẩm của VLC. Nguồn VLC quyết định bởi đặc điểm của từng hệ sinh thái rừng. Hệ sinh thái rừng thông, ngoài thông chiếm ưu thế, dưới chúng còn nhiều loài cây bụi thảm tươi. Về mùa mưa rừng thông thường xanh tốt. Về mùa khô cây rừng rụng lá và tỉa cành, tầng thảm tươi cây bụi thường vàng úa khô héo. Vào các tháng mùa khô số ngày khô hạn liên tục càng lớn thì khối lượng VLC trong rừng càng gia tăng nhanh. Do sản phẩm rơi rụng của rừng thông và cả bản thân cây thông còn sống chứa nhiều dầu, cây đổ bị chết khô, cây chết đứng,