Chu trình nitơ trong hệ sinh thái

 Nitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển chiếm khoảng 78% về thể tích. Nitơ phân tử N2 có nhiều trong khí quyển nhưng chúng không có hoạt tính sinh học đối với p

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

7 Lâm Kiều Yến B1206305

CHU TRÌNH NITƠ TRONG HỆ SINH THÁINHÓM 3

 Nitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển (chiếm khoảng 78% về thể tích).

 Nitơ phân tử (N2) có nhiều trong khí quyển nhưng chúng không có hoạt tính sinh học đối với phần lớn các loài sinh vật, chỉ một số rất ít các loài sinh vật có khả năng đồng hoá được nitơ ở dạng này.

 Khoảng 85% tác dụng cố định nitơ trên Trái đất là do vi sinh vật cố định nitơ thực hiện.

NITƠ VÀ VAI TRÒ CỦA NITƠI

Nitơ là thành phần quan trọng của mọi cơ thể sống, cấu thành các axit amin, protein, axit nucleic, chlorophyll,….

Là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật ( cây trồng hấp thu Nitơ ở 2 dạng nitrate (NO3- ) và dạng amon (NH4+).

CHU TRÌNH NITƠ

II

KHÁI QUÁT CHU TRÌNH NITƠ

Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình khí khác, được sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá rồi được chu chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ, cuối cùng bị sinh vật phân huỷ

để trả lại nitơ phân tử cho môi trường

Tuy nhiên quá trình này diễn ra rất phức tạp, xảy ra nhanh, liên tục, và gồm nhiều công đoạn theo từng bước.

CÁC BƯỚC CỦA CHU TRÌNH NITƠ

CỐ ĐỊNH ĐẠM

SỰ AMON HÓA

NITRATE HÓA

PHẢN NITRATE HÓA

1 SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM

SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM

SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG LÍ- HÓA

SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC

a CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG

LÝ- HÓA

Thông qua quá trình điện hóa và quang hóa.

 Chớp là một nguồn năng lượng cố định nitơ khi tạo ra sự kết hợp giữa nitơ và oxy trong không khí

Phương trình phản ứng:

N2 + O2  2 NO

2NO + O2  2NO2

3NO2 + H2O  2H+ + 2NO3- + NO

Khí nitơ trong khí quyển dưới tác động của các dòng điện tự nhiên (khi có dông bão) cũng có thể tạo thành amoni nitrat, được nước mưa đưa vào đất khoảng vài kilôgam một hecta một năm

b CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC

Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học có ý nghĩa to lớn đối với cân bằng N trên trái đất và việc duy trì độ phì của đất.

Sinh vật có khả năng cố định đạm gồm 2 nhóm chính:

 Nhóm cộng sinh (phần lớn là vi khuẩn, 1 số ít tảo và nấm).

 Nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo).

 Nhóm cộng sinh(phần lớn là vi khuẩn, 1 số ít tảo và nấm)

Vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh gặp nhiều trong đất, gồm các loài của chi Rhizobium sống cộng

sinh với các cây họ Đậu để tạo nên các nốt sần ở rễ, cố định được một lượng lớn Nitơ Các loài xạ khuẩn

(Actinomycetes) cộng sinh trong rễ của chi Alnus và một số loài cây khác cũng có khả năng cố định đạm….

Cố định nitơ của không khí nhờ kết hợp N2 với H2 thành NH3 dưới tác dụng của hệ thống enzim nitrogenaza Từ NH3 sẽ tổng hợp ra các hợp chất chứa nitơ khác cung cấp cho cây và đồng thời làm giàu thêm N cho đất

 Nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo)

Trong môi trường nước: các loài vi khuẩn kỵ khí và một số vi sinh vật quang hợp

Ở những nơi thoáng khí: chủ yếu là vi khuẩn lam

Để hoạt hoá nitơ, những sinh vật tự dưỡng sử dụng năng lượng của quá trình quang hoá hoặc hoá tổng hợp, còn các vi sinh vật dị dưỡng sử dụng năng lượng chứa trong các hợp chất hữu cơ có sẵn trong môi trường

Ngoài ra, quá trình cố định nitơ được tiến hành trong công nghiệp, trong đó nitơ và hiđro tương tác với nhau ở nhiệt độ và áp suất cao, tạo nên amoniac có chất xúc tác tham gia Phương pháp này được dùng trong sản xuất phân bón như amoni nitrat

Cơ chế của sự cố định:

2.SỰ AMON HÓA

Quá trình chuyển hóa nitơ hữu cơ thành muối amon được gọi là quá trình amon hóa (ammonification).

Các hợp chất nitơ vô cơ ( NO3-) được thực vật hấp thụ và chuyển thành dạng nitơ khác ( thường là các axit amin –NH2) và chuyển qua các bậc dinh dưỡng khác nhau ở dạng các hợp chất hữu cơ.

Các chất này được hoàn lại môi trường từ phân, các chất thải từ bài tiết ( urê, axit urit) hay xác chết.

Các vi khuẩn dị dưỡng, nấm trong đất, trong nước phân hủy phân rã các chất thải tạo ra các hợp chất amoni, amoniac.

Dưới tác dụng của vi sinh vật protein, amino acid, các base nitơ sẽ bị thủy phân tạo thành amino acid Sau đó tiếp tục phân hủy tới NH3.

3.QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA

Chủ yếu là quá trình hiếu khí, thường xảy ra trong đất có pH trung tính, thoát nước tốt Trong điều kiện kỵ khí hoặc trong điều kiện acid mạnh rất hạn chế xảy ra quá trình này

Hai bước của quá trình nitrate hóa (nitrification) được trình bày như sau:

 Bước 1: biến đổi amoni thành nitrite

2NH3 + 3O2  2NO2- + 2H2O + NĂNG LƯỢNG

 Bước 2: biến đổi nitrite thành nitrate

2NO2- + O2  2NO3- + NĂNG LƯỢNG

Nitrate và nitrite do vi khuẩn oxy hóa thành, thực vật có thể hấp thu để tổng hợp ra các amino acid Trong đất còn có một bộ phần nitrate được oxy hóa chậm chạp để trở thành thành phần của chất mùn.

Nitrate hay nitrite đều dễ bị rửa trôi, nhất là trong mùa mưa, nếu không được đồng hóa chúng có thể thoát ra khỏi hệ sinh thái này để đến hệ sinh thái khác qua sự chu chuyển nước ngầm.

4 QUÁ TRÌNH PHẢN NITRATE HÓA

Con đường chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá - dị hoá để trở về các dạng như N2, NO, N2O được gọi là quá trình phản nitrat hóa.

Quá trình này diễn ra nhờ các vi khuẩn phản nitrat hóa Các vi khuẩn này sống trong điều kiện thiếu oxy, chúng dùng NO3 - làm nguồn oxy để hô hấp yếm khí, giải phóng ra N 2O,

NO, N2 vào trong khí quyển Khí nitơ được giải phóng ra khỏi quá trình như chất thải.

NHẬN XÉT

 Trong các quá trình của chu trình nitơ thì quá trình cố định nitơ đóng vai trò

quan trọng, vì:

 Quá trình cố định đạm bằng con đường lí- hóa, sinh học hay cố định trong công nghiệp

trong sản xuất phân bón là bước đầu tiên để nitơ đi vào chu trình

 Quá trình cố định nitơ làm tăng lượng đạm trong đất, tăng độ phì nhiêu.

 Nitơ được cố định ở dạng hữu cơ là nguồn đạm cho các vi sinh vật trong đất sử dụng

cho các quá trình tiếp theo của chu trình nitơ

 Trong chu trình nitơ có nhiều chu trình nhỏ, giữa chúng có sự đan xen rất

phức tạp

N2 trong khí quyển

Vi khuẩn

cố định N2 trong đất Amon

các chu trình nhỏ

1 Chu trình 1 (theo chiều mũi tên): diễn ra quá trình cố định đạm và quá trình amon hóa.

Vi khuẩn

cố định N2 trong đất

2 Chu trình 2 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các

quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa

các chu trình nhỏ

3 Chu trình 3 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa.

Đạm tổng hợp trong khí quyển  đồng hóa ở thực vậtvi khuẩn và nấm phân

giảiamonnitrit

nitratvi khuẩn khử nitrat khí quyển

các chu trình nhỏ

4 Chu trình 4 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa

Đạm tổng hợp trong khí quyển  đồng hóa ở thực vậtđồng hóa ở động vậtvi khuẩn và nấm phân giảiamonnitrit

nitratvi khuẩn khử nitrat khí quyển

nitrat vikhuẩn phản nitrat  khí quyển

Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH NITƠ

 Chu trình nitơ là cơ chế duy trì sự cân bằng nitơ trên Trái Đất.

 Chu trình nitơ còn là động lực cho mối tương tác dương.

 Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học có ý nghĩa trong việc duy trì độ phì của đất

 Lượng nitơ sinh học được tích lũy trong đất nhờ các vsv cố định đạm cố ý nghĩa to lớn đói với

nông nghiệp, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phân bón hóa học chưa phát triển

Việc phát hiện ra các nhóm vsv có khả năng cố định nitơ và sử dụng chúng như 1 nguồn phân bón hữu hiệu là biện pháp tích cực làm giàu nguồn đạm cho đất và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường

do sử dụng quá nhiều phân bón hóa học

 Ngày nay, các cuôc cách mạng công nghiệp đã ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng Nitơ

trong tự nhiên

 Trong nông nghiệp: lạm dụng phân bón hóa học, đặc biệt là phân đạm

 Sự suy giảm đa dạng sinh học trong tự nhiên

 Hiện tượng sương mù quang hóa

 Hiện tượng nóng lên toàn cầu, hiệu ứng nhà kính

Nguy hại đối với người và

động vật

Sương mù quang hóa

Tạo ra do các hidrocacbon tác dụng với các sản phẩm

của phản ứng quang hóa giữa NO2 và tia sáng mặt trời

Ảnh hưởng nghiêm trọng đến thực vật(gây sạm lá, là hư

hại các tế bào thịt lá, hạn chế quá trình trao đổi chất của thực

vật)

Đối với con người: cay mắt, ho, đau đầu, mệt mỏi, các

bệnh về phổi, mức độ nặng có thể tử vong

Tầng ozon hấp thụ phần lớn tia cực tím của bức xạ mặt trời, không cho

các tia này đến được trái đất Nếu tầng ozon bị suy giảm, bức xạ UV sẽ

đến trái đất nhiều hơn làm giảm chất lượng không khí, ảnh hưởng đến

sức khỏe của con người và sinh vật, giảm độ bền của vật liệu

Hình ảnh lỗ thủng tầng ozon nhìn từ mặt trăng

Tác hại của nitơ đối với con người và sinh vật

Dư thừa N2: làm mất cân bằng hệ sinh thái (một số loài động thực vật bị tuyệt chủng, một số loài ngày

càng phát triển, nguồn nước ô nhiễm do ánh sáng mặt trời bị che lấp, tôm cá chết ngạt, các quá trình quang hợp của thực vật dưới nước bị ngăn cản)

NO, NO3-: tác dụng với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển oxi của máu Tồn dư

Nitrate trong cơ thể gây ngộ độc, ung thư

NH3 ở nồng độ cao: gây độc cho tất cả các sinh vật và con người.

Hợp chất xianua bị thất thoát ra ngoài môi trường: gây hại nghiêm trọng đến môi trường và sứ

khỏe con người (nó là chất cực độc)

 Sản xuất hữu cơ kết hợp với vận động, tuyên truyền và hướng dẫn cho nông dân nâng cao ý thức trách nhiệm với môi trường và con người.

 Kiểm soát tốt hoạt động của các ngành công nghiệp và giao thông vận tải

 Đầu tư xây dựng các nhà máy xử lý chất thải Khuyến khích các dự án xử lý chất thải bằng các biện pháp thân thiện với môi trường

 Các cơ quan nhà nước cần có các quy định chặt chẽ hơn về việc xử lý chất thải, thường xuyên kiểm tra thực hiện và xử lý nghiêm các trường hợp vi phạm

 Tăng cường mối liên kết giữa các quốc gia trong việc quản lý chu trình nitơ toàn cầu

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤCIV

Cám ơn thầy và các bạn đã chú ý lắng nghe