Chế phẩm sinh học là những sản phẩm có chứa nguyên liệu là các vi sinh vật có lợi, ứng dụng trong nông nghiệp, công nghiệp, xử lý môi trường…nhằm làm tăng khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ, vô cơ, ức chế các vi sinh vật có hại, đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như môi trường sinh thái.

Việc ứng dụng các chế phẩm sinh học trong sản xuất nông nghiệp nói chung và ngành trồng trọt nói riêng có nhiều ưu điểm:

Thứ nhất, do sử dụng nguồn vi sinh có chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh với khả năng tăng sinh mạnh, hoạt tính cao giúp tăng cường cung cấp các chất dinh dưỡng từ đất cho cây trồng, cung cấp chất điều hòa sinh trưởng, các loại enzyme, vitamin có lợi cho các quá trình chuyển hóa vật chất, cung cấp kháng sinh để giúp cho cây trồng có khả năng chống chịu các loại sâu bệnh hại, góp phần nâng cao năng suất, phẩm chất nông sản và tăng độ màu mỡ của đất.

Thứ hai, các vi sinh vật được bổ sung qua chế phẩm còn giúp cân bằng hệ sinh thái như cung cấp một lượng vi sinh vật, dinh dưỡng…thiếu hụt trong quá trình sử dụng phân bón hoá học hoặc thuốc bảo vệ thực vật trong thời gian dài.

Thứ ba, các chế phẩm sinh học còn có tác dụng tiêu diệt, ức chế côn trùng gây hại, bằng cách tiết ra các hợp chất kháng sinh, độc tố đặc hiệu với sâu bệnh như Bacillus sp., Enterobacter agglomerans, Pseudomonas sp., Lactobacillus sp.. nấm Trichoderma làm giảm thiểu bệnh hại, tăng khả năng đề kháng bệnh của cây trồng mà không làm ảnh hưởng đến môi trường như các lọai thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa học khác.

Thứ tư, chế phẩm sinh học có chứa vi sinh vật tiết ra các loại enzym thuỷ phân có khả năng phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ, các phế thải sinh học, phế thải nông nghiệp, công nghiệp nguồn gốc xenlulo, hemixenlulo, lighin, kitin…thành các sản phẩm dễ hấp thu cho cây trồng, vật nuôi như Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, Trichoderma, Penicillium, Aspergillus.,góp phần làm sạch môi trường mà các sản phẩm hoá học khác không làm được.

Việc triển khai thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật gốc và sản xuất thử nghiệm chế phẩm sinh học phục vụ sản xuất rau, quả hữu cơ tại tỉnh Bắc Kạn” nhằm mục tiêu: Lựa chọn chủng vi sinh vật gốc phù hợp để sản xuất thử nghiệm các chế phẩm sinh học phục vụ trồng rau, quả hữu cơ tại tỉnh Bắc Kạn; Xây dựng, hoàn thiện 03 quy trình sản xuất chế phẩm sinh học từ các chủng vi sinh vật gốc đã lựa chọn (quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật phân giải vô cơ (hợp chất phốt phát khó tan), xử lý phế phụ phẩm trồng trọt, chăn nuôi làm phân bón hữu cơ sinh học: Bio-BK1; quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật chức năng, ổn định pH đất cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng: Bio-BK2; quy trình sản xuất phẩm chế phẩm sinh học ức chế vi sinh vật gây bệnh vùng rễ: Bio-BK3); Sản xuất thử nghiệm 600 kg chế phẩm sinh học (Bio-BK1: 200 kg; Bio-BK2: 200 kg; Bio-BK3: 200 kg), tiến hành thử nghiệm bón cho rau, quả để đánh giá chất lượng sản phẩm. Quy mô thử nghiệm 01 ha; Đăng ký mã số, mã vạch, thiết kế bao bì sản phẩm cho 03 loại chế phẩm ( Bio-BK1; Bio-BK2; Bio-BK3).

Kết quả triển khai của đề tài:

1. Qua kết quả điều tra khảo sát tình hình sản xuất và tiêu thụ rau quả theo hướng hữu cơ tại địa phương, đa số hộ sử dụng phối hợp hai loại phân bón hoá học như N-P-K, đạm, kali và phân vi sinh, phân chuồng ủ hoai. Một số hộ có nhà màng sử dụng chế phẩm sinh học là Tricodemar,... Có nguồn nguyên liệu ủ phân từ phế phụ phẩm như phân gà, lợn…Tuy nhiên phần lớn vẫn là phân mua sẵn từ địa phương khác, chưa tiếp cận được chế phẩm sinh học trong canh tác và mong muốn có sự hỗ trợ về thông tin, kỹ thuật và chế phẩm để sử dụng và đánh giá hiệu quả thực tế.

Các hộ được khảo sát cho thấy nhu cầu về đào tạo kỹ thuật và ứng dụng chế phẩm sinh học trong canh tác rau quả theo hướng hữu cơ là cần thiết. Nông nghiệp vẫn là ngành kinh tế chủ lực của Bắc Kạn, vì vậy, việc ứng dụng  chế phẩm sinh học tạo phân bón hữu cơ vi sinh vừa tận dụng các nguồn phế thải, tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế vừa góp phần giải quyết vấn đề nhân công, vừa cải thiện đời sống cho người dân, thúc đẩy sự chuyển biến thực hành nông nghiệp tốt cũng như góp phần trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, đảm bảo sự phát triển bền vững.

2. Đã phân lập được 5 chủng xạ khuẩn có hoạt tính phân giải tinh bột và cellulose từ đất trồng tại Bắc Kạn.

- Từ các chủng xạ khuẩn phân lập từ đất tại Bắc Kạn và các chủng VSV lưu giữ tại bộ môn Sinh học Môi trường có khả năng phân giải đồng thời cơ chất tinh bột và cellulose, đã tuyển chọn được 02 chủng là SHX 2P và SHB 17 là hai chủng có hoạt tính mạnh nhất để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

- Đã phân lập được 03 chủng VSV có khả năng phân giải lân từ đất trồng rau tại Bắc Kạn và đưa vào tuyển chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.

- Từ các chủng VSV phân lập từ đất tại Bắc Kạn và các chủng VSV lưu giữ tại bộ môn Sinh học Môi trường, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được 01 chủng là SHB 17 có hoạt tính phân giải lân mạnh nhất để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

- Trong điều kiện hỗn hợp các chủng vi sinh vật (SHX 2P, SHB 17 và SHYT 06) lựa chọn có khả năng cùng tồn tại, sinh trưởng và không ảnh hưởng, ức chế lẫn nhau, hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật ổn định, không có sự thay đổi khi tồn tại riêng rẽ.

- Từ 10 mẫu đất thu thập ở các đồng ruộng trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn, đã phân lập được 11 chủng vi khuẩn phát triển trên môi trường phân lập đặc hiệu không chứa nguồn nito. Trong đó, số chủng vi khuẩn có khả năng sinh trưởng, phát triển trung bình chiếm tỷ lệ cao (47,6%), chủng vi khuẩn có khả năng phân giải mạnh ít (14,28%), không có chủng nào có phát triển rất mạnh. Trong số 11 chủng đã phân lập, lựa chọn được 4 chủng sinh trưởng, phát triển mạnh hơn trên môi trường AsBy: chủng A1, A7, A8 và A15.

- Tiến hành tuyển chọn vi sinh vật có khả năng cố định đạm và kích thích sinh trưởng từ 4 chủng phân lập từ mẫu đất tại tỉnh Bắc Kạn và 3 chủng vi khuẩn AT19, AT20, AT21 được lưu giữ tại Bộ môn Sinh học Môi trường. Trong số 7 chủng được tiến hành tuyển chọn, chủng AT19 vừa có khả năng cố định nito (hàm lượng NH4+ tổng hợp là 8,34 mg/ml sau 4 ngày nuôi cấy), vừa sinh IAA với hàm lượng cao (14,82 µg/ml).

- Từ 10 mẫu đất chúng tôi đã phân lập được 14 chủng vi khuẩn và 9 chủng xạ khuẩn và 4 chủng nấm trên môi trường riêng biệt cho vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm. Bằng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch, các chủng phân lập được sơ tuyển khả năng ức chế sinh trưởng của nấm gây bệnh. Kết quả cho thấy có 5 chủng vi khuẩn (35,71%), 4 chủng xạ khuẩn (44,4%) và 1 chủng nấm (25%) có hoạt tính đối kháng nấm bệnh. Trong 10 chủng vi sinh vật chỉ có 2 chủng có khả năng đối kháng nấm bệnh cao là VK6 và XK4 còn lại là các chủng vi sinh vật đối kháng từ trung bình đến yếu. Tỷ lệ vi khuẩn đối kháng trung bình là 40%, đối kháng yếu là 40%; tỷ lệ xạ khuẩn đối kháng trung bình là 25%, đối kháng yếu là 50%.

- Các chủng tuyển chọn để đối kháng nấm bệnh bao gồm: 6 chủng vi sinh vật có hoạt tính đối kháng từ trung bình đến cao được phân lập từ mẫu đất tỉnh Bắc Kạn và 3 chủng có hoạt tính đối kháng nấm bệnh được lưu giữ tại Bộ môn Sinh học Môi trường. Chủng TC1 luôn thể hiện khả năng đối kháng cao với nấm gây bệnh qua các thời gian khảo sát và duy trì đến thời điểm 72h sau khi cấy. Kết quả này cho thấy, có thể chủng TC1 này thể hiện khả năng ức chế sự phát triển của nấm bằng nhiều cơ chế khác nhau.

- Từ các kết quả nghiên cứu trên, tổng hợp các yếu tố tối ưu tới qúa trình lên men sản xuất sinh khối vi sinh vật với từng chủng vi sinh vật như sau.

- Chủng B17 : Mật độ giống 10%, pH 7-7.5, lưu lượng không khí 0,65 dm3 không khí/lít môi trường/lít. Tốc độ cánh khuấy 150v/ phút và nhiệt độ 30 độ C. Thời gian nhân sinh khối: 36-48h.

- Chủng 2P: Mật độ giống 10%, pH 7, lưu lượng không khí 0,75 dm3 không khí/lít môi trường/lít. Tốc độ cánh khuấy 200v/ phút và nhiệt độ 37 độ C. Thời gian nhân sinh khối: 48-72h.

- Chủng YT06: Mật độ giống 10%, pH 6.5- 7, lưu lượng không khí 0,65 dm3 không khí/lít môi trường/lít. Tốc độ cánh khuấy 150v/ phút và nhiệt độ 30 độ C. Thời gian nhân sinh khối: 36-48h.

- Chủng Tricoderma: Mật độ giống 10%, 6.5- 7, lưu lượng không khí 0,65 dm3 không khí/lít môi trường/lít. Tốc độ cánh khuấy 150v/ phút và nhiệt độ 30 độ C. Thời gian nhân sinh khối: 48-72h.

- Chủng AT19: Mật độ giống 10%, pH 6.5-7, lưu lượng không khí 0,7 dm3 không khí/lít môi trường/lít. Tốc độ cánh khuấy 200v/ phút và nhiệt độ 30độ C. Thời gian nhân sinh khối: 48-72h.

- Lựa chọn chất mang thử nghiệm là cám gạo, tinh bột, đường sucrose, dextrose, bột đá và tỉ lệ phối trộn dịch VSV vào chất mang để tạo chế phẩm khác nhau, kết quả: Chủng B17, YT06, 2P  Tinh bột/đường là 50/50, Chủng Tricho Cám gạo/ đường là 50/50, Chủng AT19 bột đá/đường bột 75/25.

- Nghiên cứu các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, thời gian lên men trên cơ chất xốp và khả năng tồn tại của các chủng VSV tuyển chọn trong chế phẩm: Chủng B17: Nhiệt độ 28-32oC, Độ ẩm 50-55%, Thời gian lên men 48-72h. Chủng 2P: Nhiệt độ 37oC, Độ ẩm 50-55%, Thời gian lên men 72h. Chủng YT06: Nhiệt độ 28-32oC,Độ ẩm 50-55%,Thời gian lên men 48-72h. Chủng Tricho: Nhiệt độ 28-30oC, Độ ẩm 50-55%,Thời gian lên men 48-72h. Chủng AT17: Nhiệt độ 28-32oC,Độ ẩm 50-55%,Thời gian lên men 48-72h.

- Khảo sát khả năng xử lý chất thải rắn làm phân bón sinh học của chế phẩm BIO-BK1cho thấy: chế phẩm BIO-BK1 có khả năng phân hủy mạnh các hợp chất hữu cơ trong phế thải nông nghiệp, thời gian phân hủy nhanh hơn so với không sử dụng chế phẩm đồng thời phế thải sau ủ đạt các chỉ tiêu chất lượng cho việc sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc bón cải tạo đất. Chất lượng phân sau ủ và thời gian ủ chứng minh hiệu quả của việc bổ sung chế phẩm vi sinh sinh học BIO-BK1 trong xử lý phế thải trồng trọt chăn nuôi làm phân bón hữu cơ

- Khảo sát khả năng kích thích sinh trưởng của chế phẩm BIO-BK2 đối với cây cải thìa cho thấy: khi sử dụng chế phẩm BIO-BK2 trọng lượng cải tăng 15,7% và hàm lượng Nitrat giảm 39,72%. Như vậy chế phẩm BIO-BK2vừa có khả năng tăng năng suất cây trồng vừa góp phần nâng cao chất lượng rau theo hướng rau an toàn

- Khảo sát khả năng phòng trừ nấm Fusarium sp. của chế phẩm BIO-BK3trên cây dưa chuột Fadia Hà Lan trong chậu cho thấy, tỷ lệ cây phục hồi khi được xử lý bằng chế phẩm BIO-BK3 là 76,67%.

3. Đã đưa ra được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật Bio-BK1.

- Đã sản xuất thử nghiệm được mẻ chế phẩm vi sinh vật Bio-BK1 với khối lượng 200kg chế phẩm từ 3 chủng vi sinh vật của dự án.

- Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm của các đợt sản xuất đều cho thấy mật độ chủng vi sinh vật luôn đạt ≥108CFU/g, và đảm bảo trong thời gian 4 tháng bảo quản hoạt tính sinh học vẫn được và không thay đổi so với chủng gốc ban đầu.

- Đã đưa ra được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật Bio-BK2.

- Đã sản xuất thử nghiệm được mẻ chế phẩm vi sinh vật Bio-BK2 với khối lượng 200kg chế phẩm từ chủng vi sinh vật của dự án.

- Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm của các đợt sản xuất đều cho thấy mật độ chủng vi sinh vật luôn đạt ≥108CFU/g, và đảm bảo trong thời gian 4 tháng bảo quản hoạt tính sinh học vẫn được và không thay đổi so với chủng gốc ban đầu.

- Đã đưa ra được quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật Bio-BK3.

- Đã sản xuất thử nghiệm được mẻ chế phẩm vi sinh vật Bio-BK3 với khối lượng 200kg chế phẩm từ chủng nấm Trichoderma sp. của dự án.

- Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm của các đợt sản xuất đều cho thấy mật độ chủng vi sinh vật luôn đạt ≥108CFU/g và đảm bảo trong thời gian 4 tháng.

4. Thử nghiệm chế phẩm BIO-BK1 trong nhà lưới với cây rau Cải xanh ăn lá và cây cà chua cho thấy: chế phẩm BIO-BK1 có khả năng phân hủy mạnh các hợp chất hữu cơ trong phế thải nông nghiệp, thời gian phân hủy nhanh hơn so với không sử dụng chế phẩm đồng thời phế thải sau ủ đạt các chỉ tiêu chất lượng cho việc sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc bón cải tạo đất. Đất  được bổ sung lượng các vi sinh vật hữu ích, có độ mùn tăng, dinh dưỡng tăng dẫn tới cây trồng dễ hấp thu. Rau quả thử nghiệm có năng suất và chất lượng cao hơn đối chứng.

- Thử nghiệm chế phẩm BIO-BK2 trong nhà lưới với cây rau cải xanh ăn lá và cây cà chua cho thấy chế phẩm BIO-BK2 có cung cấp lượng dồi dào chủng vi sinh vật azotobacter có khả năng làm ổn định pH tăng đạm tự nhiên, dẫn tới chất lượng và năng suất cây trồng tăng so với mẫu đối chứng.

-Thử nghiệm chế phẩm BIO-BK3 trong nhà lưới có chứa chủng nấm Trichoderma sp. cho hiệu quả phòng trừ tốt đối với bệnh héo xanh, mốc sương và thối nhũn, lở vùng cổ rễ.

- Thử nghiệm chế phẩm BIO-BK1 quy mô đồng ruộng với cây mít thái, cam, quýt, rau cải xanh ăn lá và cây cà chua cho thấy: chế phẩm BIO-BK1 có khả năng phân hủy mạnh các hợp chất hữu cơ trong phế thải nông nghiệp, thời gian phân hủy nhanh hơn so với không sử dụng chế phẩm đồng thời phế thải sau ủ đạt các chỉ tiêu chất lượng cho việc sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc bón cải tạo đất. Đất  được bổ sung lượng các vi sinh vật hữu ích, có độ mùn tăng, dinh dưỡng tăng dấn tới cây trồng dễ hấp thu. Rau quả thử nghiệm có năng suất và chất lượng cao hơn đối chứng.

- Thử nghiệm chế phẩm quy mô đồng ruộng với cây mít thái, cam, quýt, rau cải xanh ăn lá và cây cà chua chế phẩm BIO-BK2 có cung cấp lượng dồi dào chủng vi sinh vật azotobacter có khả năng làm ổn định pH tăng đạm tự nhiên, dẫn tới chất lượng và nưng suất cây trồng tăng so với mẫu đối chứng.

- Thử nghiệm chế phẩm BIO-BK3 trong nhà lưới có chứa chủng nấm Trichoderma sp. cho hiệu quả phòng trừ tốt đối với bệnh héo xanh, mốc sương và thối nhũn, lở vùng cổ rễ đối với cây cải xanh ăn lá, cà chua, bắp cải.

5. Đơn vị chủ trì đã tổ chức được 01 lớp tập huấn cho 27 học viên hướng dẫn kỹ thuật sử dụng chế phẩm Bio-BK1, Bio-BK2, Bio-BK3. Các học viên là các cán bộ nông lâm xã, đại diện hộ gia đình tham gia mô hình thử nghiệm, đại diện hợp tác xã canh tác nông nghiệp, chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn.

- Tổ chức thành công buổi Hội thảo và thăm quan mô hình của đề tài.

6. Phối hợp với Chi cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng tỉnh xây dựng và hoàn thiện được hồ sơ đăng ký mã số, mã vạch chế phẩm sinh học: 01 mã số, mã vạch.

Thiết kế được bao bì, nhãn mác cho 03 loại sản phẩm. Quảng bá, giới thiệu được sản phẩm đề tài.