bài báo cáo chương 7 chỉ thị sinh học môi trường đất

• Thật vậy, giun đất thuyên chuyển các sản phẩm thực vật từ trên mặt đất xuống lớp đất sâu, đào hang làm cho đất thoáng, tạo điều kiện cho các sinh vật và động vật không xương sống khác

ĐẠI HỌC QUẢNG NAM

Khoa Lý-Hoá-Sinh

GVHD: TRIỆU THY HOÀ SVTH: NGUYỄN THỊ ÂN

LÊ THỊ DIỂM NGUYỄN THỊ THU THẢO NGUYỄN THỊ QUYÊN NGUYỄN THỊ NGỌC NGHĨA TRẦN THỊ KIM THÀNH

PHAN THỊ THU THUỶ

I Giun đất – nhóm chỉ thị sinh học môi

trường đất

• Trong thiên nhiên, hiếm có các nhóm động vật mà chỉ bằng

hoạt động sống của chúng đưa lại cho con người nhiều lợi ích như giun đất.Giun đất là nhóm sinh vật tham gia tích cực và

thường xuyên vào hình thành lớp đất trồng trọt Dawin đã sớm nhận xét rằng: “Trước khi con người phát minh ra lưỡi cày,

giun đất đã cày đất và mãi mãi sẽ cày đất”.

• Thật vậy, giun đất thuyên chuyển các sản phẩm thực vật từ

trên mặt đất xuống lớp đất sâu, đào hang làm cho đất thoáng, tạo điều kiện cho các sinh vật và động vật không xương sống khác hoạt động, đẩy nhanh quá trình tạo mùn và khoáng hóa các chất hữu cơ thành các chất dinh dưỡng khoáng nuôi sống cây trồng (HÌNH)

• Ví dụ: Thí nghiệm của Van Rhe (1977) ở nước Anh cho thấy, vườn táo được thả giun đất có bộ rễ ăn sâu và phát triển mạnh hơn, năng suất quả cao hơn vườn táo không thả giun đất.

• Vai trò của giun đất trong việc hình thành lớp đất trồng trọt còn quan trọng hơn nhiều so với vai trò của lưỡi cày Các hạt đất cùng với xác thực vật sau nhiều lần chuyển qua ống tiêu hóa của giun đất được nghiền

nhỏ, chế biến rồi ép lại thành các viên đất xốp, liên kết với nhau nhờ chất tiết của tế bào ở thành ruột và biến đổi thành phân giun đất làm cho đất có cấu trúc hạt, rất thuận lợi cho phát triển của rễ cây Trong những

đất có thành phần cơ giới nhẹ như đất cát, phân giun

có tác dụng giữ ẩm và các chất dinh dưỡng ở mức độ nhất định tạo nên cấu trúc đất.

• Trong những đất có nhiều giun độ chua thường trung tính Trong phân giun đất Ph Hupeiensis, hàm lượng cacbon tổng số là 2,53%, đạm tổng số là 0,235% và

có tới 76mg Ca và 24,0mg Mg/100g đất.

• Có thể xem phân giun đất là một loại phân bón tổng

hợp Đáng chú ý là nguồn phân bón tổng hợp này

được giun bón cho đất hằng năm với khối lượng lớn.

• Như vậy, giun đất là một chỉ thị cho sự màu mỡ của đất đai, con người đã và đang sử dụng giun đất như một yếu tố biến đổi nhanh chóng độ màu mỡ của đất, biến cac vùng đất hoang hóa, cằn cỗi thành vùng đất trồng trọt phì nhiêu Do đó, trong nhiều năm trở lại đây nhiều nước trên thế giới đã di nhập nhân tạo giun đất vào các vùng thiếu giun đất.

• Giun đất, nếu xét về thành phần loài và sự biểu hiện

về số lượng là nhóm động vật không xương sống chỉ thị rất tốt cho chất lượng của môi trường đất, cho độ phì nhiêu đất, cho nguồn gốc phát sinh và mức độ

biến đổi của cảnh quan Do tiến hóa của giun đất gắn liền với lịch sử tiến hóa của từng vùng đất, các họ

giun đất có vùng phân bố gốc xác định, dễ nhận biết bằng vùng phân bố của các giống đặc hữu.

• Giun đất còn là vật chỉ thị cho tính chất đất.

• Ở các vùng khác của Việt Nam, trong đất cát ven biển, đất với nồng độ mặn khác nhau và

đất trồng cây lâu năm, giun đất có phần trăm

khối lượng và sinh khối cao hơn các nhóm

Mesofauna khác Liên quan đến độ sâu tầng

đất, nghiên cứu của tác giả ở đất trồng các loài cây khác nhau là lúa, khoai lang, lạc cho thấy: các nhóm Mesofauna chủ yếu tập trung ở tầng đất A1 còn tầng A2 thường gặp Oligochaeta và Insecta

Bảng 78: Nhóm Mesofauna ở đất cát ven biển

TT Loài Đất trồng lúa (n=6) Đất trồng khoai

lang (n=3) Đất trồng lạc (n=3)A1 (0=10cm) A1 (0-10cm) A1 A1 A2 n% p % n% p% n% p% n% p% n% p%1

Bảng 79: Sự phân bố của giun đất và các nhóm Mesofauna khác ở các độ mặn và tầng đất khác nhau tại khu vực Phát

3.Sopoda 1,4 4,7 11,4 46,6 47,8 45,7 57,1 21,8 12,8 16,7 80,7 46,6 4.Araneida 1,4 1,4 8,9 1,7 2,9 8,1 2,6

II THỰC VẬT CHỈ THỊ THIẾU VÀ THỪA CHẤT DINH DƯỠNG TRONG ĐẤT

Thực vật đòi hỏi những chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng và đảm bảo các chức năng bình

thường khác.

Ngưỡng đủ các chất dinh dưỡng được xem là ngưỡng các chất dinh dưỡng cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sinh trưởng mạnh nhất của thực vật Các chất dinh dưỡng nằm ngoài ngưỡng đủ của thực vật gây hiện tượng thiếu hoặc thừa dinh dưỡng đều tác động xấu đến thực vật.

Sự thiếu hụt dinh dưỡng xảy ra khi một chất dinh dưỡng cần thiết không đủ về số lượng cho sinh trưởng thực vật Sự dư thừa gây ngộ độc xảy ra khi chất dinh dưỡng quá nhiều so với yêu cầu của thực vật và làm

giảm sinh trưởng và chất lượng cây trồng,.

Thông thường có 3 công cụ để chẩn đoán thiếu hoặc thừa gây ngộ độc dinh dưỡng:

• - Phân tích đất

• - Phân tích thực vật

• - Quan sát các dấu hiệu bằng mắt ngoài thực địa

• Phân tích đất và phân tích thực vật là các phép thử định lượng và đem so sánh với ngường đủ cho một cây trồng nào đó Quan sát các dấu hiệu bằng mắt, ngược lại là các phép thử chất lượng dựa trên các biểu hiện như sinh trưởng còi cọc,

lá có màu vàng,…

1 Chẩn đoán bằng mắt

Việc nhận diện bằng mắt các dấu hiệu về sức ép thiếu thừa dinh dưỡng thường gặp khó khăn vì:

- Nhiều dấu hiệu xuất hiện giống nhau Ví dụ, các dấu hiệu thiếu

N và S rất giống nhau, phụ thuộc vào địa điểm , giai đoạn sinh trưởng và tính khốc liệt của sự thiếu hụt.

- Sự thiếu hụt hoặc thừa gây ngộ độc nhiều chất dinh

dưỡng xảy ra cùng một lúc Ví dụ, nhiều P gây thiếu Zn.

- Các loài cây, thậm chí một số cây trồng nông nghiệp

của cùng một loài cũng khác nhau về khả năng

chống chịu, thích ứng với sự thiếu, thừa chất dinh dưỡng Ví dụ, cây ngô có tính mẫn cảm điển hình

đối với thiếu Zn hơn là lúa mạch.

- Những dấu hiệu thiếu giả tạo Các yếu tố tiềm ẩn gây

thiếu giả tạo có thể do bệnh lý, khô hạn, thừa ẩm,

tính dị thường di truyền, tồn dư thuốc BVTV, côn

trùng và độ chặt của đất.

- Thiếu đói ẩn: Thực vật có thể bị thiếu dinh dưỡng song

không thể hiện dấu hiệu ra bề ngoài.

2 Chẩn đoán thiếu dinh dưỡng bằng thực vật chỉ thị

a Một số thuật ngữ về dấu hiệu thiếu dinh dưỡng thông thường:

- Cháy lá (burning): Các đốm vàng thể hiện sự cháy xém.

- Bệnh vàng lá (chlorosis): Vàng toàn bộ mô thực vật, thiếu chất

diệp lục.

- Tính phổ biến (generalized): Các dấu hiệu không tập trung vào

một chổ mà lan tỏa khắp cơ thể thực vật.

- Tính bất động (immobile): Không thể dịch chuyển từ bộ phận

này tới bộ phận khác ở thực vật.

- Màu vàng giữa gân lá (interveinal chlorosis): Xuất hiện màu

vàng giữa gân lá nhưng gân lá vẫn giữ nguyên màu xanh.

- Tính định vị (localized): Các dấu hiệu chỉ ở một lá hoặc ở một vùng nào đó của thực vật

- Tính động (mobile): Có khả năng di chuyển từ bộ phận này đến

bộ phận khác của thực vật.

- Bệnh đốm (mottling): Tập trung một chổ, không bình thường,

phương thức không nhất quán.

- Hoại tử (Necrosis): Chết mô thực vật, mô có màu nâu và chết rụi.

- Còi cọc (Stunting): Sinh trưởng giảm sút, cây thấp.

b Những dấu hiệu thiếu dinh dưỡng thông thường

Có thể gộp nhóm những dấu hiệu thiếu hụt chất dinh dưỡng vào 5 thể loại:

• Sinh trưởng còi cọc.

• Bệnh vàng lá.

• Bệnh vàng giữa gân lá.

• Xuất hiện màu đỏ tía.

• Hoại tử.

Màu sắc, vị trí trên thực vật, hiện diện bệnh màu vàng lá, xảy ra hoại tử viền lá thì khác nhau đối với từng nguyên tố dinh dưỡng

Bảng: Các dấu hiệu đặc trưng ở lá khi thiếu chất dinh dưỡng

S Những lá non Có Không Lá màu vàng

Mn, Fe Những lá non Có Không Màu vàng giữa

gân lá

B, Zn,Cu, Ca,

Mo Những lá non _ _ Lá biến dạng

Các nguyên tố vi lượng, đặc biệt là những cation kim loại (Cu, Fe, Mn, Zn) tồn tại trong đất ở dạng các khoáng chất, phức hữu cơ- kim loại ở dạng cation trao

đổi Chỉ thị tổng quát được nêu ra ở bảng

Nguyên tố bị thiếu Dấu hiệu thiếu Ngưỡng

thiếu hụt ( mg/kg)

Nguồn các chất vi lượng

Cu – ( Đất cát, hữu cơ), giàu

P và Zn Héo những lá non, màu vàng giữa gân lá < 4 Co – sunfat (25% Cu)

Mn - Đất kiềm thoát nước

kém, hàm lượng Fe, Cu, Zn

trong đất cao Khí hậu khô

hạn, cường độ ánh sáng

yếu, nhiệt độ đất thấp

Những đốm và giải màu vàng ( thường có những tổn

thương màu nâu xám) bắt đầu từ những lá non

3 Khóa nhận diện chất dinh dưỡng dễ tiêu và không

tiêu trong đất

Khóa nhận diện được sử dụng để nhận diện sự thiếu hụt dinh

dưỡng theo các dấu hiệu thông thường Khóa này gồm những diễn tả luân phiên về ác cấu trúc thực vật và sự xuất hiện của chúng Khóa nhận diện các chất dinh dưỡng dễ tiêu được minh họa ở hình 2 và các chất dinh dưỡng không linh động ở hình 3.

4 Dấu hiệu thiếu các chất dinh dưỡng ở thực vật

a Những chất dinh dưỡng linh động

- Nitơ (N):

+ Thực vật cần N để tạo Protein, DNA và RNA và chất diệp lục + Dấu hiệu thiếu N: Màu vàng các lá ở tầng dưới, còi cọc, sinh trưởng kém Thực vật sẽ chín sớm, năng suất và chất lượng giảm.

Photpho (P):

+ Thực vật cần P để tạo ATP, đường và axit Nucleic.

+ Dấu hiệu thiếu P: lá có màu xanh tối, yếu ớt và chín muộn.

- Kali (K):

+ Thực vật sử dụng K để hoạt hóa các enzym và coenzym, cho quang hợp, hình thành Protein và vận chuyển đường.

+ Dấu hiệu thiếu K: Sự thiếu K không xuất hiện ngay các dấu hiệu

có thể quan sát được Ban đầu chỉ giảm sinh trưởng, sau đó xuất hiện vàng lá và họai tử.

- Clo (Cl):

+ Thực vật cần Cl cho trương lá và quang hợp.

+ Dấu hiệu thiếu Cl: Thực vật xuất hiện những đốm vàng và hoại

tử dọc theo rìa lá với ranh giới rất rõ giữa mô chết và mô sống.

b Những chất dinh dưỡng không linh động

- Lưu huỳnh (S):

+ Là hợp chất cần thiết của một số axit amin và Protein.

+ Dấu hiệu thiếu S: Giống với các dấu hiệu khi thiếu N và Mo Những lá non thiếu S trở nên màu xanh sáng đến màu vàng.

- Bo (B):

+ Hình thành thành tế bào và mô sinh sản.

+ Dấu hiệu thiếu B: Các lá non có màu vàng và chết các điểm sinh trưởng chính Cây khô giòn và dị dạng, đỉnh lá dày và xoắn tròn màu trắng xám, rụng sớm và chết.

biến đổi các lá thành

- Đồng (Cu):

+ Sản sinh chất diệp lục, hô hấp và tổng hợp Protein.

+ Dấu hiệu thiếu Cu: Lá có màu vàng ở những lá non, cây châmk lớn và chín muộn.

lá và vàng giữa gân lá ở những lá non.

III Dấu hiệu ngộ độc dinh dưỡng ở thực vật

1 Ngộ độc nhôm

Trong những đất chua mạnh (ph<4), tình trạng phổ biến

đối với những cây trồng lương thực và thực phẩm là xuất hiện những dấu hiệu bị ngộ độc do Al3+ linh

động cao, trong một số trường hợp có cả Mn+,

nhưng Al linh động vẫn là chủ động Sự biến đổi của nhôm trong đất chua diễn ra rất phức tạp.

a) Dạng nhôm đơn thức

Al trong dung dịch nước bị thủy phân nhanh và

thuận nghịch trong những dung dịch pha loãng

(<0,001m) với giá trị n thấp(<0,15) Ở đây n là tỉ lệ

số mol OH/Al Sự thủy phân dạng Al đơn thức hình thành (chứa một ion kim loại hoặc trong trường hợp này, một ion Al3+).

b) Dạng phức nhôm

Dạng nhôm phức có thể được hình thành do các phản ứng thủy phân trong các dung dịch nước Sự có mặc của các polime Al trong

dung dịch đất chưa được khẳng định chắc chắn Sự thủy phân Al để hình thành các

dạng Al polime có thể được biểu diễn:

xAl3+ + yH20 -> Alx(OH)y(3x-y)+ yH+

• c) Ngộ độc nhôm

• * Cơ chế ngộ độc Al

• Thực vật tiếp xúc lâu với Al3+ sẽ hạn chế sinh trưởng của mầm, nhánh do thiếu các chất dinh dưỡng như Ca2+, Mg2+ và P, do cú sốc khô hạn và mất cân bằng hoocmon sinh lí

• Những khác biệt kiểu gen trong tính mẫn

cảm với ngộ độc Al3+ ở cây lúa như sau:

• - Né tránh cú sốc Al3+ do loại trừ Al3+ khỏi những điểm mẫn cảm hoặc giảm hoạt tính Al3+ trong vùng quyển rễ, do đó giảm sự kìm hãm

dòng Ca2+ và Mg2+ đi vào bởi Al3+

• - Chống chịu cú sốc Al3+ do sức chống chịu cao của mô thực vật đối với nhôm, cố định

nhôm trong các dạng không độc hoặc hiệu quả

sử dụng bên trong cây cao đối với P

- Vàng úa với màu vàng-da cam giữa các gân

trên lá Sinh trưởng kém, thực vật còi cọc

Những tính khảm từ màu vàng đến trắng giữa gân lá và kéo theo các đỉnh lá bị chất héo và

viền lá bị táp nắng

- Nếu ngộ độc Al3+ nghiêm trọng thì những chỗ

bị vàng úa sẽ bị hoại tử

Các loại đất sau dễ bị ngộ độc Al3+

- Đất dốc (feralit) với hàm lượng Al3+ trao đổi

lớn Ngộ độc Al3+ xảy ra đồng thời với ngộ độc

2 Ngộ độc sắt

Ngộ độc sắt trước hết do những tác động độc hại bởi thực vật hút thu dư thừa Fe có nồng độ lớn trong dung dịch đất

Giống cây khác nhau thì khác nhau về sự mẫn

cảm với độc Fe Đối với cây lúa, những cơ chế thích ứng chính để khắc phục độc Fe là:

- Tránh những cú sốc của Fe do sự oxy hóa

Fe2+ trong vùng quyển rễ

- Sự kết tủa và lắng đọng của hydroxit Fe3+

trong vùng quyển rễ do những rễ khỏe (được thể hiện bằng vỏ bọc màu nâu đỏ trên rễ)

ngăn cản sự hút thu quá nhiều Fe2+

b) Các triệu chứng ngộ độc sắt và tác động đến sinh trưởng

Những đám nâu nhỏ trên các lá ở tầng thấp bắt đầu tử đỉnh hoặc toàn bộ lá có màu vàng da

cam đến nâu

Trước hết, những vết đám nhỏ màu nâu xuất

hiện trên các lá tầng dưới, bắt đầu từ đỉnh lá lan rộng ra bản lá Sau đó, các vết đám lan ra giữa gân lá và các lá chuyến sang màu nâu da cam và chết Các lá hẹp thường vẫn giữ màu xanh Nơi có độc Fe trầm trọng, các lá xuất

hiện màu nâu tía

Những triệu chứng khác của ngộ độc Fe như

làm tăng ngộ độc Fe do giảm năng lực oxy hóa rễ

c) Nguyên nhân ngộ độc Fe

- Nồng độ Fe lớn hơn trong dung dịch đất do những

điều kiện khử mạnh hoặc do Ph thấp.

- Tình trạng dinh dưỡng kém hoặc mất cân đối Năng

lực oxy hóa rễ và khả năng loại trừ Fe yếu do thiếu P,

Ca, Mg hoặc K Sự thiếu hụt thường liên quan đến

hàm lượng bazo của đất và Ph thấp dẫn đến nồng độ

Fe cao trong dung dịch đất.

- Năng lực oxy hóa rễ yếu còn do sự tích lũy trong

quyển rễ các chất kìm hãm hô hấp như H2S, FeS và các axit hữu cơ.

- Sử dụng nhiều tàn dư hữu cơ chưa phân giải.

- Cung cấp liên tục Fe cho đất từ nước ngầm hoặc nước thấm rỉ từ nơi cao xuống.

- Sử dụng nước thải thành phố hoặc công nghiệp với

hàm lượng Fe cao.

• Những đất dễ bị ngộ độc Fe gồm các loại:

• + Đất tiêu nước kém ở những thung lũng tiếp nhận dòng nước chảy vào từ những đất chua ở trên cao xuống

• + Đất caolinit với CEC thấp và hàm lượng P và

3 Ngộ độc Mangan

a Cơ chế ngộ độc Mangan

Nồng độ Mn trong dung dịch đất tăng ở Ph đất thấp hoặc khi điện thế oxy hóa khử thấp sau khi ngập úng Lượng dư thừa Mn trong dung dịch đất có thể

dẫn đến sự hút thu dư thừa Mn trong những trường hợp nơi những cơ chế loại trừ hoặc chống chịu trong các rễ không hoàn thành đầy đủ chức năng

c) Diễn biến ngộ độc Mn

Ngộ độc Mn ít xảy ra ở đất trũng trồng lúa mặc dù nồng độ Mn lớn trong dung dịch

đất, ngộ độc Mn không phải là hiện tượng phổ biến vì cây lúa chống chịu tương đối tốt với

nồng độ cao của Mn Rễ lúa có khả năng loại trừ Mn và có sức chống chịu bên trong cao đối với nồng độ Mn trong mô thực vật

* Các loại đất sau thường bị ngộ độc Mn

- Đất dốc chua (Ph < 5,5), ngộ độc Mn thường xáy ra cùng với ngộ độc Al

- Đất úng trũng chứa lượng lớn Mn dễ khử

- Đất phèn

- Những vùng đất khai khoáng Mn

4 Ngộ độc bo (B)

a) Cơ chế ngộ độc bo (B)

Sự thu hút B liên quan mật thiết đến nồng

độ B của dung dịch đất và tốc độ thoát hơi nước

bởi thực vật khi nồng độ B trong dung dịch đất

cao, B phân bố rong khắp cơ thể thực vật trong

dòng nước thoát hơi, gây nên sự tích lũy B trong viền lá và đầu lá.

Lượng dư thừa B hạn chế sự hình thành các phức, B - cacbohidrat hạn chế sự mẩy hạt, nhưng sinh trưởng lại bình thường.

tuần sau những điểm elip màu nâu đen

xuất hiện ở những chỗ mất màusau đó trở thành màu nâu và khô héo