ความหลากหลายของไซยาโนแบคทีเรียในนาข้าวอินทรีย์และนาข้าวที่ใช้สารเคมี และการประยุกต์ใช้เป็นปุ๋ยชีวภาพ

Abstract

The soil from organic rice paddy fields and non-organic rice paddy fields had been collected from three provinces in Lower-Northern region of Thailand: Phetchabun, Phichit and Uthai Thani. The soil samples were collected three sub-plots each and there were totally 18 sub-plots. The soil was dried and physical and chemical properties were analyzed. The result showed that organic rice paddy fields have neutral pH (7.0-7.3), whereas non-organic rice paddy fields have acidic pH (5.2-5.4) with clay type of soil except the samples from Phichit of which non-organic site and organic site contain silty clay loam and loam respectively. Soil from organic rice paddy fields has higher total density, organic matter, macro-nutrients and micro-nutrients than non-organic rice paddy fields. The study of diversity of cyanobacteria in organic rice fields and non-organic rice fields was conducted by collecting soil samples at pre-planting stage and tillering stage. The samples were diluted and cultured in BG11 and BG110. The results showed that the number of cyanobacteria cultured in BG11 is higher than those in BG110 and the number of cyanobacteria from tillering stage soil was higher than that soil collected from pre-planting stage. The genus of cyanobacteria in organic site rice fields revealed more insignificantly diverse than non-organic rice fields. Characterization into genus level indicated that three orders, eight families and twelve genera of cyanobacteria with twelve isolates single cell and 42 isolates string type were found in two orders: Nostocales and Oscillatoriales. Anabaena, Nostoc and Calothrix are mostly dispersed. However, the study on growth and nitrogen fixation indicated four genera: Anabaena, Nostoc, Fischerella and Calothrix of which are available for bio-fertilizer production. The study on growth indicated that Anabaena R1 was the most appropriate genus with less doubling time and had the most ability for nitrogen fixation of which 36.13 nmoles/min/mg of proteins was detected, followed by Anabaena R2, Anabaena R3, Nostoc R12, Fischerella R23 and Calothrix R26, respectively. Moreover, the resistance to pesticides of cyanobacteria was also studied and there was no significant difference in terms of growth when cyanobacteria were cultured in BG110 medium added with 0-5 ppm butachlor. However, the growth of Calothrix R26 was higher than Nostoc R12, Anabaena R1 and Fischerella R23, respectively when cultured on the BG110 medium added with 10 ppm butachlor. The effect of the urea on growth of cyanobacteria was also tested and the results showed that the medium adding 0.05 g/l urea could induce the highest growth of Calothrix R26 followed by Anabaena R1, Nostoc R12 and Fischerella R23, respectively. However, an increase of urea concentration proved to reduce growth of cyanobacteria except Anabaena which was found that the medium adding 0.2 g/l urea could stimulate highest growth. Furthermore, the activity of nitrogenase enzyme tended to decrease with an increasing of urea concentration. At the same concentration of urea, Anabaena R1 has the most ability to fix nitrogen followed by Nostoc R12, Fischerella R23 and Calothrix R26, respectively. In conclusion, Anabaena R1 had the most usable properties to use as bio-fertilizer production.

เก็บตัวอย่างดินนาข้าวก่อนฤดูเพาะปลูกในแปลงเกษตรอินทรีย์และแปลงที่ใช้สารเคมี ในเขตภาคเหนือตอนล่าง 3 จังหวัด ได้แก่ เพชรบูรณ์ พิจิตร และอุทัยธานี โดยเก็บอย่างละ 3 แปลงย่อย รวมทั้งหมด 18 แปลงย่อย นำดินมาอบให้แห้ง แล้วนำไปวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพและเคมีของดิน ผลการวิเคราะห์ พบว่า ดินนาแปลงที่ปลูกแบบเกษตรอินทรีย์ มีค่า pH เป็นกลาง (7.0-7.3) ในขณะที่แปลงที่ใช้สารเคมี มีค่า pH เป็นกรด (5.2-5.4) เนื้อดินเป็นดินเหนียว (clay) ยกเว้น แปลงนาในจังหวัดพิจิตรเป็นดินร่วนเหนียวปนทรายแป้ง (silty clay loam) ในแปลงสารเคมีและแปลงเกษตรอินทรีย์มีลักษณะเป็นดินร่วน (loam) ดินในแปลงเกษตรอินทรีย์ มีความหนาแน่นรวม ปริมาณอินทรีย์วัตถุ ธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรองสูงกว่าแปลงที่ใช้สารเคมี การศึกษาความหลากหลายของไซยาโนแบคทีเรียในดินนาเกษตรอินทรีย์และแปลงที่ใช้สารเคมี ทำการเก็บตัวอย่างดิน 2 ระยะ ได้แก่ ระยะก่อนฤดูเพาะปลูกและระยะข้าวออกรวง นำมาเจือจางและเลี้ยงบนอาหาร BG11 และ BG110 ผลการศึกษาพบว่า จำนวนของไซยาโนแบคทีเรียบนอาหาร BG11 มีมากกว่าอาหาร BG110 และจำนวนของไซยาโนแบคทีเรียของดินในระยะข้าวออกรวง มีปริมาณมากกว่าดินในระยะก่อนฤดูเพาะปลูก ความหลากหลายของสกุลไซยาโนแบคทีเรียในนาข้าวแปลงเกษตรอินทรีย์มีมากกว่าแปลงนาที่ใช้สารเคมีเพียงเล็กน้อย และเมื่อนำมาจำแนกในระดับสกุลพบไซยาโนแบคทีเรียทั้งหมด 3 อันดับ 8 ครอบครัว 12 สกุล มีลักษณะเป็นเซลล์เดี่ยว จำนวน 12 ไฮโซเลท ลักษณะเป็นเส้นสาย จำนวน 42 ไฮโซเลท พบได้ใน 2 อันดับ คือ Nostocales และ Oscillatoriales และพบสกุล Anabaena, Nostoc และ Calothrix แพร่กระจายเป็นส่วนใหญ่ แต่เมื่อศึกษาการเจริญและการตรึงไนโตรเจนเพื่อนำมาทำเป็นปุ๋ยชีวภาพมีเพียง 4 สกุล ได้แก่ Anabaena, Nostoc, Fischerella และ Calothrix และเมือทำการศึกษาการเจริญ พบว่า ชนิดที่เหมาะสมควรมี doubling time น้อยและการตรึงไนโตรเจนได้สูง ซึ่งในการทดลองครั้งนี้ Anabaena R1 มีลักษณะตรงตามที่ต้องการและมีการตรึงไนโตรเจนได้สูงสุด เท่ากับ 36.17 nmoles/min/mg ของโปรตีน รองลงมา คือ Anabaena R2, Anabaena R3, Nostoc R12, Fischerella R23 และ Calothrix R26 นอกจากนี้เมื่อนำมาทำการทดสอบความทนทานต่อสารปราบศัตรูพืช ไซยาโนแบคทีเรียสามารถเจริญได้ในอาหาร BG110 ที่ผสมบิวทาคลอร์ ที่ระดับความเข้มข้น 0-5 ppm ไม่แตกต่างกัน แต่เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของบิวทาร์คอร์เป็น 10 ppm จะเห็นว่าไซยาโนแบคทีเรียแต่ละชนิด มีการเจริญที่แตกต่างกัน ดังนี้ Calothrix R26 > Nostoc R12 > Anabaena R1> Fischerella R23 เมื่อทดสอบผลของยูเรีย พบว่า ไซยาโนแบคทีเรียมีการเจริญที่แตกต่างกัน กล่าวคือ เมื่อใส่ยูเรีย 0.05 กรัม/ลิตร ไซยาโนแบคทีเรียมีการเจริญได้ดี แต่เมื่อพิจารณากิจกรรมของเอนไซม์ไนโตรจีเนสจะค่อย ๆ ลดลงเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของปุ๋ยยูเรีย และที่ระดับความเข้มข้นของยูเรียเท่ากัน Anabaena R1 มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจนได้สูงสุด รองลงมา คือ Nostoc R12, Fischerella R23 และ Calothrix R26 ตามลำดับ ซึ่งในการทดลองครั้งนี้ Anabaena R1 มีลักษณะตรงตามที่ต้องการและมีความเหมาะสมที่จะนำมาทำเป็นปุ๋ยชีวภาพต่อไป