Tìm hiểu về vai trò của vi sinh vật đối với cây trồng: Người ta thường nói rằng, mỗi năm, lượng nitơ mà cây trồng thu được từ vi sinh vật gấp ba lần so với tổng số phân nitơ hóa học được sản xuất trên toàn cầu. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các chuỗi tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Chúng sống trong đất và nước, tham gia vào quá trình hình thành chất mùn.
Trong đất, chất mùn là nguồn thức ăn dự trữ cho cây trồng và là yếu tố kết dính tạo ra độ màu mỡ cho đất. Vi sinh vật cũng tham gia tích cực vào việc phân giải các phế phẩm nông nghiệp, phế thải hữu cơ đô thị, phế thải công nghiệp, vì vậy chúng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.
Vi sinh vật vùng rễ (Rhizosphere) và tầm quan trọng của vi sinh vật đối với cây trồng
Vùng rễ của cây trồng là một môi trường phức tạp nơi cây phải đối mặt với cả vi sinh vật gây hại và vi sinh vật có ích. Đây bao gồm vi khuẩn, nấm, tuyến trùng, nguyên sinh động vật, tảo và động vật nhỏ. Vi sinh vật gây hại cho cây trồng bao gồm nấm bệnh, nấm nước, vi khuẩn, tuyến trùng. Trong khi đó, vi sinh vật có ích bao gồm vi khuẩn cố định đạm, nấm rễ và vi khuẩn vùng rễ kích thích sự tăng trưởng thực vật nấm.
Số lượng và đa dạng của cả hai nhóm vi sinh vật này phụ thuộc vào số lượng và chất lượng carbon (C) mà rễ cây phóng thích vào vùng rễ. Việc cung cấp carbon phù hợp không chỉ giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật có ích phát triển, từ đó giúp cải thiện chất lượng và năng suất cây trồng.
Các vi sinh vật gây hại
Tháp rau và hầu hết các hệ thống trồng rau thổ canh đều phải đối mặt với vi sinh vật gây hại, đây có thể là một yếu tố giới hạn chính đến năng suất và chất lượng rau. Các nhóm vi sinh vật gây hại này thường sống giữa các khe đất và vùng rễ, nơi chúng có thể dễ dàng tiếp cận và tấn công cây trồng. Trong số bốn nhóm vi sinh vật gây hại chính, chỉ có hai nhóm đóng vai trò quan trọng trong đất là nấm và tuyến trùng.
Vi khuẩn chỉ đóng một vai trò khiêm tốn trong việc gây hại cho cây trồng bởi vì chúng không có bào tử hay cơ quan nào giúp chúng sống sót trong đất. Hơn nữa, vi khuẩn cần có điều kiện xâm nhiễm vào cây trồng nhưng điều kiện này lại khó khăn hơn. Ngược lại, tuyến trùng sống tự do trong đất, có khả năng ký sinh vào cây trồng, ăn những phần của rễ và chui vào trong rễ làm nghẽn mạch (bó gỗ) làm cây không hút nước để cung cấp cho cây.
Nấm sợi có thể sống trong đất mặt hay trong điều kiện ngập nước như lớp nấm nước hay nấm trứng (lớp Oomycetes), chúng có thể ký sinh vào rễ cây trồng như nấm Pythium và Phytophthora.
Sự phát tán mầm bệnh trong đất và ảnh hưởng đến bệnh hại cây trồng
Giống như các loài sinh vật khác, mầm bệnh (pathogen) có khả năng phát triển, chia nhánh và nhân rộng trong cơ thể cây chủ, gây ra những tổn thất liên tiếp theo thời gian. Mầm bệnh không chỉ lây lan theo thời gian mà còn theo không gian, tuy nhiên, cách di chuyển của mỗi nhóm vi sinh vật sẽ khác nhau, chẳng hạn như việc tạo bào tử hoặc nang có thể phát tán theo gió vào không khí.
Mầm bệnh cũng có thể di chuyển theo nước tưới hoặc nước mưa. Qua những thông tin trình bày ở phần trên, chúng ta có thể hình dung được sự lây lan của mầm bệnh trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp, nhưng chúng ta vẫn chưa nắm rõ được sự tương tác giữa mầm bệnh và vi sinh vật có ích.
Sự tương quan giữa vi sinh vật có ích và mầm bệnh trong hệ sinh thái
Vùng rễ của cây chủ là nơi mầm bệnh có thể tiếp cận và gây hại cho cây, nhưng cũng là nơi mà nhiều loại sinh vật, bao gồm cả vi sinh vật và các sinh vật lớn hơn, có thể tương tác với mầm bệnh và ảnh hưởng đến quá trình mầm bệnh xâm nhiễm cây chủ.
Sự phát triển của mầm bệnh có thể bị ngăn chặn bởi một số vi sinh vật có ích ở vùng rễ, như nhóm vi khuẩn gram âm như Pseudomonas và Burkholderia; nhóm Firmicutes như Bacillus và các chi trong nhóm này hay nấm Trichoderma, Gliocladium; Các nhà khoa học cho rằng nhóm này có khả năng đối kháng với mầm bệnh (biocontrol microorganisms).
Tại vùng rễ, sự cạnh tranh về không gian trên bề mặt rễ để giành lấy dưỡng chất hay các hợp chất hóa học tiết từ hạt hay từ rễ cây diễn ra gay gắt. Các dòng vi khuẩn có thể cạnh tranh hợp chất hữu cơ từ rễ với mầm bệnh hay các khoáng vi lượng hay sắt (Fe) – một khoáng vi lượng rất cần cho sự phát triển và hoạt động của mầm bệnh để hình thành các siderophores.
Đối kháng (antagonism) thường là những chất kháng khuẩn thứ cấp (antimicrobial secondary metabolites) như 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyrrolnitrin, pyoluteorin, phenazines, lipopeptide vòng và hydrogen cyanide… Các chất này là các enzyme ngoại bào.
Ngoài tính cạnh tranh và đối kháng, một đặc tính kiểm soát sinh học khác là hiện tượng ký sinh cấp hai (hyperparasitism) thường do nấm Trichoderma và Gliocladium sản sinh tác động lên nấm bệnh Rhizoctonia, Sclerotinia, Verticillium và Gaeumannomyces, thường là các enzyme chitinase và cellulase thường do các loài nấm trên tổng hợp và phóng thích ra ngoài tế bào.
Tác động tích cực của vi sinh vật vùng rễ đối với sự phát triển của cây rau
Tác động tích cực của vi sinh vật vùng rễ lên sức khỏe và tăng trưởng thực vật
Đầu tiên, các vi sinh vật ở vùng rễ có thể kích thích sức mạnh của thực vật, giúp chúng chống lại mầm bệnh. Đặc điểm này thường có ở vi sinh vật nội sinh và nấm rễ.
Thứ hai, hệ thống kích kháng (ISR=Induced Systematic Resistance) thường xuất hiện ở vi sinh vật vùng rễ liên quan đến mầm bệnh ở rễ. ISR thường liên quan đến tín hiệu jasmonate và ethylene xuất hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn, điều này tạo ra sự phản ứng và tự vệ của mầm bệnh đối với vi sinh vật đối kháng.
Trong phần trên, chúng ta đã phân tích về vi sinh vật có ích ngăn chặn sự tăng trưởng hay hoạt động của vi sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên, vi sinh vật gây bệnh cũng có các phương pháp để đối kháng lại vi sinh vật có ích, bao gồm sự đối kháng, tổng hợp ra các chất chống lại hợp chất kháng khuẩn và tìm cách điều chỉnh và tổng hợp ra các enzyme và các chất đối kháng lại chất kháng khuẩn.
Sự kháng hay quen thuốc hóa học của vi sinh vật gây hại là hiện tượng thường gặp và cơ chế kháng của mầm bệnh đối với hợp chất đối kháng (được tổng hợp từ vi sinh vật có ích hay vi sinh vật đối kháng [antagonistic microorganisms]) đến nay cũng đã được các nhà chuyên môn chú ý nghiên cứu.
Ảnh hưởng của phương pháp canh tác trên mầm bệnh và mật số vi sinh vật đối kháng
Các biện pháp canh tác sinh học trong đất đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích hoạt động của vi sinh vật có ích trong vùng rễ, từ đó giới hạn mật độ và hoạt động của mầm bệnh trong đất. Điển hình là các phương pháp như luân canh, xen canh, tiêu huỷ xác bã cây trồng (điều này mang lại lợi ích từ bộ phận ruột tháp), quản lý chất hữu cơ, và phương pháp làm đất. Những biện pháp này hữu ích trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật có ích hoạt động hiệu quả và ức chế mầm bệnh.
Luân canh so với độc canh thì khác nhau như nào?
Nói chung, việc trồng liên tục một loại hoa màu trên cùng một mảnh đất qua nhiều mùa vụ có thể dẫn đến nguy cơ nhiễm bệnh tăng cao do mật độ nấm bệnh tăng lên, làm tăng tỷ lệ mắc bệnh của cây. Ngược lại, việc luân canh với loại hoa màu không phải là ký chủ hoặc cây trồng dễ mắc bệnh sẽ hạn chế sự tăng mật độ mầm bệnh.
Một số loại hoa màu lại có khả năng ức chế sự nảy mầm của mầm bệnh ở dạng bào tử và trong điều kiện không có cây chủ, mầm bệnh cũng không thể sống sót trong đất. Do đó, việc trồng loại hoa màu không phải là ký chủ của mầm bệnh sẽ dẫn đến việc mật độ mầm bệnh trong đất giảm xuống.
Hơn nữa, hoa màu trong hệ thống luân canh có thể kích thích sự tăng mật độ vi sinh vật đối kháng và tự nhiên sẽ hạn chế sự tăng trưởng và hoạt động của mầm bệnh. Hiệu quả này được đạt được là do sự tăng mật độ vi sinh vật đối kháng như nhóm vi khuẩn pseudomonas huỳnh quang trong đất ức chế mạnh mẽ đối với nấm Rhizotonoa solani. Vì vậy, chúng ta nên áp dụng phương pháp “mùa nào cây đó“.
Cách thức quản lý xác bã cây trồng?
Điều quan trọng cần lưu ý là xác bã thực vật nên được chôn vùi vào đất thông qua các biện pháp làm đất để kích thích quá trình phân huỷ xác bã một cách hiệu quả hơn. Khi xác bã thực vật được chôn vùi dưới lớp đất sâu (hoặc trong ruột tháp rau), các nang mang mầm bệnh sẽ khó có thể tồn tại lâu dài và tự nhiên mật độ của chúng sẽ giảm đáng kể.
Việc chôn vùi xác bã thực vật lặp đi lặp lại nhiều lần có thể tác động đến mầm bệnh do sự phân rã xác bã thực vật, trong đó nguồn Carbon sẽ cung cấp cho hoạt động của vi sinh vật trong đất và sẽ gia tăng sự ức chế mầm bệnh rõ rệt, đồng thời việc chôn vùi xác bã sẽ gia tăng lượng chất hữu cơ trong đất, góp phần gia tăng độ phì của đất. (Đến đây bạn hiểu rõ hơn về ruột tháp – là ống ủ xác bã thực vật, còn gọi là ủ phân Compost).
Bổ sung thêm chất hữu cơ
Bổ sung chất hữu cơ vào đất được coi là một trong những biện pháp kiểm soát bệnh hại hiệu quả. Phân hữu cơ ẩm có thể thu hút các vi sinh vật đối kháng mầm bệnh, từ đó gia tăng khả năng chống lại mầm bệnh. Hơn nữa, việc bổ sung phân hữu cơ có thể thêm vào các loại vi sinh vật đặc trưng cho vùng rễ. Ví dụ, ruột tháp có chức năng “điều chế” phân hữu cơ để cung cấp cho cây thông qua sự tham gia của giun đất và quá trình thấm.
Kết luận
Nghiên cứu về vi sinh vật trong cây trồng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về canh tác hữu cơ – phương pháp trồng cây theo cách tự nhiên. Mục tiêu của nông nghiệp hữu cơ là duy trì sức khỏe của hệ sinh thái và các sinh vật sống, từ những sinh vật nhỏ nhất trong đất đến con người. Nói chung, canh tác hữu cơ sẽ cải thiện và duy trì hệ sinh thái trồng trọt, bảo vệ nguồn lực tự nhiên, không lạm dụng các chất vô cơ hay hóa học, sản xuất thực phẩm có chất lượng cao, đầy đủ dinh dưỡng và không độc hại.
Ngoài ra, canh tác hữu cơ còn đảm bảo, duy trì và tăng cường độ màu mỡ của đất lâu dài, củng cố các chu kỳ sinh học, đặc biệt là các chuỗi dinh dưỡng, bảo vệ cây trồng dựa trên việc phòng ngừa thay vì điều trị, đa dạng hóa các mùa vụ và phù hợp với điều kiện sẵn có của gia đình hay địa phương.
FAQs: