BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC SINH THÁI ĐẤT Học viên thực hiện Nguyễn Tất Đạt Lớp K28A – Lâm học Giáo viên hướng dẫn TS Đinh Mai Vân Năm 2021 MỞ ĐẦU Vi sinh vật trong đất rất phong phú, đa dạng Chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau và có vai trò to lớn trong việc phân giải các xác hữu cơ biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho thực vật Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các vòng tuần hoàn trong tự nhiên V.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: SINH THÁI ĐẤT Học viên thực hiện: Nguyễn Tất Đạt Lớp: K28A – Lâm học Giáo viên hướng dẫn: TS Đinh Mai Vân Năm - 2021 MỞ ĐẦU Vi sinh vật đất phong phú, đa dạng Chúng có mối liên hệ mật thiết với có vai trò to lớn việc phân giải xác hữu biến chúng thành CO2 hợp chất vô khác dùng làm thức ăn cho thực vật Vi sinh vật có khả phân giải hợp chất khó tan chứa P, K, S tạo vịng tuần hồn tự nhiên Vi sinh vật cịn tham gia vào trình hình thành chất mùn Hoạt động hệ vi sinh vật làm cho đất thành thể sống, biết hệ vi sinh vật đất đánh giá tính chất đất trình sinh trưởng, phát triển thực vật Hoạt động vi sinh vật đất đóng vai trị lớn q trình định hình đất, làm tăng độ phì cho đất Đặc biệt vi khuẩn cố định nitơ khơng khí, chuyển hóa cacsbon, nitoơ, photpho, lưu huỳnh nguyên tố khác từ dạng khơng tiêu hóa sang dễ tiêu hóa thực vật Do chúng đóng vai trị quan trọng vịng tuần hồn vật chất tự nhiên Để hiểu vai trò vi sinh vật đất việc chuyển hóa chất em làm tiểu luận “ Vi sinh vật đất vai trị chúng chu trình sunfua, chu trình Fe” NỘI DUNG I VI SINH VẬT 1.1 Khái niệm Vi sinh vật sinh vật đơn bào đa bào nhân sơ nhân thực có kích thước nhỏ, không quan sát mặt thường Thuật ngữ vi sinh vật không tương đương với đơn vị phân loại phân loại khoa học Nó bao gồm virus, vi khuẩn, nấm, tảo, nguyên sinh động vật 1.2 Các loại vi sinh vật Vi sinh vật có khoảng 100 nghìn lồi bao gồm 30 nghìn lồi động vật ngun sinh, 69 nghìn lồi nấm, 1.2 nghìn lồi vi tảo, 2.5 nghìn lồi vi khuẩn lam, 1.5 nghìn lồi vi khuẩn, 1.2 nghìn lồi virus ricketxi Những loại vi sinh vật gom vào nhóm sau: - Virus - Archaea - Vi khuẩn - Xạ khuẩn - Vi nấm - Vi tảo 1.3 Sự phân bố vi sinh vật môi trường đất Đất môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sống phát triển Các nhóm vi sinh vật cư trú đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh động vật Trong vi khuẩn nhóm chiếm nhiều số lượng chúng bao gồm vi khuẩn háo khí, vi khuẩn kị khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng Các nhóm vi sinh vật đất thường xuyên có liên quan với nhau: tác động tương hỗ lẫn chống đối Số lượng thành phần vi sinh vật đất thay đổi nhiều Ở nơi đất nhiều chất hữu cơ, giàu chất mùn có độ ẩm thích hợp vi sinh vật phát triển mạnh, ví dụ đầm lầy, ao hồ… Số lượng vi sinh vật thay đổi theo độ sâu đất Còn nơi đất đá, đất có số lượng thành phần vi sinh vật Lợi dụng có mặt vi sinh vật đất mà người ta phân lập, tuyển chọn, đồng thời trì chuyển hóa có lợi phục vụ cho sống II CHU TRÌNH SUNFUA Lưu huỳnh, nguyên tố giàu thứ 14 vỏ Trái Đất, thành phần quan trọng cấu trúc sinh học axit amin, cystein, metionin chu trình đóng vai trị thiết yếu việc điều hịa muối dinh dưỡng khác oxy, phốt Trung tâm chu trình lưu huỳnh có liên quan với thu hồi sunphat (SO2-) sinh vật sản xuất qua rễ chúng giải phóng biến đổi lưu huỳnh nhiều công đoạn khác nhau, biến đổi dạng nó, bao gồm sunphua hydryl (-SH), sunphua hydro (H 2S), thiosunphat (SO2-) lưu huỳnh nguyên tố Tương tự chu trình nitơ, chu trình lưu huỳnh phức tạp, song lại khác với chu trình ni tơ chỗ khơng lắng đọng vào bước "đóng gói" riêng biệt cố định đạm, amon hóa 2.1 Vịng tuần hoàn lưu huỳnh tự nhiên Cũng photpho, lưu huỳnh chất dinh dưỡng quan trọng trồng Trong đất S thường dạng vô ( CaSO4, Na2S…) dạng hữu Trong thể sinh vật, S nằm thành phần acid amin ( metionin, xystein nhiều loại ezim quan trọng Thực vật hút hợp chất vô đất chủ yếu dạng SO chuyển sang dạng S hữu tế bào 2- Động vật người sử dụng thực vật làm thức ăn biến S thực vật thành S động vật người Khi động, thực vật chết để lại lưu huỳnh hữu đất, S hữu chuyển hóa thành H2S H2S hợp chất vô khác bị oxy hóa vi sinh vật tự dưỡng thành S SO4 2- SO4 2- lại thực vật hấp thụ, vịng chuyển hóa hợp chất lưu huỳnh diễn liên tục Trong vi sinh vật đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu 2.2 Sự oxy hóa hợp chất lưu huỳnh Sự oxy hóa hợp chất vi khuẩn tự dưỡng hóa Sự oxy hóa hợp chất vi khuẩn tự dưỡng quang Sự khử hợp chất S vô vi sinh vật Sự oxy hóa hợp chất vi khuẩn tự dưỡng hóa 2H2S + O2 → 2H2O + 2S + Q S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + Q Axit sinh làm PH đất hạ xuống Năng lượng sinh q trình oxy hóa vsv đồng hóa CO2 tạo thành đường Một hợp chất hữu dạng S đồng hóa tạo thành S hữu tế bào vi khuẩn ( thiobacillus thioparus thiobacillus thioxidans ) Ngồi vi khuẩn begiatra minima oxy hóa H2S tạo thành S tích lũy tế bào Trong đk hiếu khí H2S hạt S oxy hóa đến S dự trữ hết vk chết trạng thái tiềm sinh Sự oxy hóa hợp chất vi khuẩn tự dưỡng quang Một số vi khuẩn có khả oxy hóa H2S tạo thành SO4 2- H2S đóng vai trị chất cho điện tử q trình quang hợp Các vi khuẩn họ thiodaceae chlorobacteriae thường oxy hóa H 2S tạo C6H12O6, S, H2SO4 nhóm vi khuẩn S hình thành khơng tích lũy thể mà ngồi mơi trường Đây q trình phản sulfat hóa Q trình tiến hành kỵ khí, tầng nước sâu C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO2 + 3H2S + Q Đóng vai trị cung cấp hidro trình khử SO 4, H2SO4 bị khử dần tới sơ đồ sau: H2SO4 → H2SO3 → H2SO2 → H2SO → H2 Qúa trình khử sulfat dẫn đến việc tích lũy H 2S mơi trường làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến đời sống thực vật động vật Chu trình lưu huỳnh sinh diễn môi trường: đất, nước khơng khí, điều kiện yếm khí kỵ khí Chìa khóa q trình vận động tham gia vi khuẩn đặc trưng cho cơng đoạn: - Sự chuyển hóa hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, từ sang sunphat (SO42-) hoạt động vi khuẩn lưu huỳnh không màu màu xanh hay màu đỏ - Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại phân giải vi khuẩn Thiobacillus - Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit nhờ hoạt động vi khuẩn Desulfovibrio Chu trình lưu huỳnh phạm vi toàn cầu điều chỉnh mối tương tác nước - khí - trầm tích q trình địa chất - khí hậu - sinh học 2.3 Vai trị vi sinh vật chu trình lưu huỳnh Tham gia vào chu trình chuyển hóa lưu huỳnh tự nhiên Tạo nguồn lượng sơ cấp cho hệ sinh thái Cùng với thực vật đưa lưu huỳnh vào protein Góp phần điều hịa chu trình khác chu trình N, P, C… Chu trình tuần hồn lưu huỳnh: đất, N S dạng hữu chủ yếu trồng khơng đồng hóa muốn đồng hóa phải vơ hóa - Sự chuyển hóa hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, từ sang sunphat (SO4 2-) hoạt động vi khuẩn lưu huỳnh không màu màu xanh hay màu đỏ - Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại phân giải vi khuẩn Thiobacillus - Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit nhờ hoạt động vi khuẩn - Vô hóa lưu huỳnh hữu lưu huỳnh dạng sau: axit amin có S, sunfat hữu este sunfuric hidratcacbon lipit, S hữu gắn chặt phần axit humic phần khoáng -VSV phân giải lưu huỳnh hữu chế phân giải: vd VSV Proteus, Seratia, Pseudomonas, Closridum, Aspergillus, Microsporum… - Cơ chế: Disunfoxidecystin → Axit cystein → Axit cysteic Quá trình oxi hóa hợp chất lưu huỳnh vơ VSV oxi hóa lưu huỳnh vơ có nhóm: -VSV hóa dinh dưỡng -VSV hóa hữu dinh dưỡng -VSV hoa dinh dưỡng thuộc họ Beggiatoaces -VSV hóa dinh dưỡng Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến q trình oxi hóa S: đất bão hịa nước III CHU TRÌNH SẮT Trong sinh thái học khoa học Trái Đất, chu trình sắt (Fe) chu trình sinh địa hóa sắt qua địa mạo, khí quyển, đại dương Chu trình sắt gây ảnh hưởng tới q trình lắng đọng bụi tính sinh khả dụng sắt aerosol Sắt có số oxi hóa từ -2 tới +7; nhiên, lớp vỏ Trái Đất chủ yếu dạng oxy hóa-khử +2 (sắt (II)) +3 (sắt (III)) Sự tuần hoàn sắt dạng sắt (II) sắt (III) gọi chu trình sắt Q trình hồn tồn vơ sinh (khơng dính dáng tới sinh vật sống), vi sinh vật làm cho trở nên dễ dàng Một số ví dụ gỉ kim loại mang sắt (trong trường hợp Fe2+ bị oxy hóa cách vơ sinh thành Fe3+) oxy, bị khử vô sinh từ Fe3+ xuống Fe2+ khống chất sắt sắt sunfua 3.1 Chuyển hóa sắt vi sinh vật Chu trình sắt trợ giúp vi sinh vật, ví dụ vi khuẩn oxy hóa sắt, thứ oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+, lấy electron từ chu trình để biến thành lượng Vi khuẩn khử sắt khử Fe 3+ trở lại Fe2+ cách tận dụng chất nhận electron cuối - Hai dạng khử sắt tự nhiên Fe 2+ Fe3+ phụ thuộc vào pH O2 - Fe3+ : tan nước pH axít dạng phức hợp với hợp chất hữu cơ; bị khử thành Fe2+ phản ứng hóa học vi sinh vật - F2+ bị ơxi hóa O2 thành Fe3+ + Bền điều kiện khơng có O mơi trường có O pH axít + Trong khơng khí pH axít, Fe 2+ chất cho điện tử vi sinh vật (Thiobacillus ferrooxidans) tạo Fe3+ + Chuyển hóa sắt VSV: oxi hóa Fe 2+ khử sắt (fer-feique), hịa tan sắt Gồm có VSV: Gallionella, Leptothrix, Sphaerotillus, Crenothrix, Thiobacillus… 3.2 Vai trò vi sinh vật chu trình sắt Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, lấy electron từ chu trình để biến thành lượng Vi khuẩn khử sắt khử Fe 3+ trở lại Fe2+ cách tận dụng chất nhận electron cuối KẾT LUẬN Hoạt động vi sinh vật đất đóng vai trị lớn q trình định hình đất, làm tăng độ phì cho đất Đặc biệt vi khuẩn tham gia vào chu trình chuyển hóa lưu huỳnh, sắt, photpho, nito nguyên tố khác từ dạng khơng tiêu hóa sang dễ tiêu hóa thực vật Do cần phải tạo điều kiện cho vi sinh vật có ích phát triển Trong hoạt động cải tạo đất đai, hoạt động sản xuất nông, lâm nghiệp cần sử dụng loại phân bón phù hợp với loại đất, sử dụng biện pháp canh tác hợp lý tạo điều kiện cho sinh vật có ích phát triển, đồng thời hạn chế hoạt động vi sinh vật có hại ... thực vật Do chúng đóng vai trị quan trọng vịng tuần hồn vật chất tự nhiên Để hiểu vai trò vi sinh vật đất vi? ??c chuyển hóa chất em làm tiểu luận “ Vi sinh vật đất vai trò chúng chu trình sunfua, chu. .. tuần hồn tự nhiên Vi sinh vật cịn tham gia vào q trình hình thành chất mùn Hoạt động hệ vi sinh vật làm cho đất thành thể sống, biết hệ vi sinh vật đất đánh giá tính chất đất trình sinh trưởng, phát... môi trường đất Đất môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sống phát triển Các nhóm vi sinh vật cư trú đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh động vật Trong vi khuẩn nhóm