Phân giải các chất hữu cơ trong đất

 Các chất hữu cơ đã bị phân giải: đây là phần chính của chất hữu cơ trong đất bao gồm + Nhóm chất hữu cơ ngoài mùn không phải là mùn: đó là sản phẩm phân giải của chất hữu cơ, gồm các h

KHOA SINH HỌC

  

BÁO CÁO KHOA HỌC ĐẤT

CHUYÊN ĐỀ 4 Quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất Vai trò của chất hữu cơ đối với độ phì nhiêu đất

GVHD: TS Trần Thị Tường Linh Thành viên nhóm 2:

1 Bùi Nguyễn Gia Hân MSSV: 42.01.301 143

2 Huỳnh Thị Trúc Quân MSSV: 42.01.301 077

3 Nguyễn Ngọc Như MSSV: 41.01.301 051

5 Đoàn Vũ Thúy Hạnh MSSV: 42.01.301.139

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2019

MỤC LỤC

I/ Quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất 3

1 Chất hữu cơ trong đất 3

2 Các quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất 3

a) Quá trình khoáng hóa (vô cơ hóa) chất hữu cơ 3

b) Quá trình mùn hóa 5

II/ Vai trò của chất hữu cơ đối với độ phì nhiêu của đất 7

I/ Quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất

1 Chất hữu cơ trong đất

Cấu trúc đất điển hình

Chất hữu cơ là một bộ phận cấu thành đất, là nguyên liệu để tạo nên độ phì nhiêu của đất; là phần quý giá nhất của đất, là kho dự trữ dinh dưỡng cho cây trồng

Chất hữu cơ trong đất có thể chia ra 2 bộ phận:

 Chất hữu cơ chưa bị phân giải (còn nguyên hình thể ban đầu) như: rễ cây, thân lá cây, xác động vật, đây không phải là phần chính của chất hữu cơ trong đất

 Các chất hữu cơ đã bị phân giải: đây là phần chính của chất hữu cơ trong đất bao gồm

+ Nhóm chất hữu cơ ngoài mùn (không phải là mùn): đó là sản phẩm phân giải của chất hữu

cơ, gồm các hợp chất hữu cơ đơn giản chứa C và N như: gluxit, protit, lipit, các axit hữu cơ, các andehyt, lignin, tanin, nhựa, sáp (chiếm 10-15%)

+ Nhóm hợp chất hữu cơ phức tạp gọi là mùn, (chiếm 85-90%)

Như vậy chất hữu cơ trong đất chịu sự tác động của 2 quá trình song song tồn tại, tuỳ theo điều kiện đất, khí hậu, thành phần xác sinh vật mà một trong hai quá trình ấy chiếm ưu thế Hai quá trình này là: quá trình khoáng hoá chất hữu cơ và quá trình mùn hoá chất hữu cơ

Sự phân giải chất hữu cơ trong đất có thể được khái quát bằng sơ đồ sau:

Sơ đồ quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất

2 Các quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất

a) Quá trình khoáng hóa (vô cơ hóa) chất hữu cơ

Khái niệm:

Khoáng hoá là quá trình biến đổi chất hữu cơ thành chất vô cơ với sự tham gia của các

men do vi sinh vật tiết ra Các chất hữu cơ phức tạp sẽ bị thủy phân, phân giải và tạo thành những sản phẩm trung gian Sau đó xảy ra sự oxi hóa hoàn toàn những hợp chất hữu cơ và sản phẩm cuối cùng là những hợp chất tan và khí

Đặc điểm của quá trình:

Theo L.N Alexandrova quá trình khoáng hoá chất hữu cơ xảy ra theo 3 giai đoạn:

 Các hợp chất hoá học phức tạp như protit, gluxit, lipit, nhựa, sáp, lignin, tanin do tác động của các men do vi sinh vật đất tiết ra bị thuỷ phân để hình thành các sản phẩm có cấu tạo đơn giản hơn: đường hexoza, pentoza, saccaroza, xenluloza, axit amin mạch vòng và mạch thẳng, amin, các gốc purin và pirimidin, axit uronic, axit béo, glixerin, polyphenol

 Do tác dụng của các phản ứng oxi hoá khử, khử amin, khử cacboxyl các sản phẩm của giai đoạn 1 tiếp tục bị biến đổi thành các axit hữu cơ mạch vòng và mạch thẳng, axit vô cơ, axit béo, axit hữu cơ dạng bay hơi, axit không no, andehit, rượu, các sản phẩm oxi hoá khử dạng phenol, quinol

 Giai đoạn khoáng hoá hoàn toàn: gồm 2 quá trình nhỏ:

 Thối mục: Trong điều kiện hiếu khí các sản phẩm trung gian trên bị biến đổi hoàn toàn thành các sản phẩm: R3PO4, R2SO4, RNO2, RNO3, NH3, H2O, CO2 (R là Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+) Đây là quá trình tỏa nhiệt

 Thối rữa: Trong điều kiện kỵ khí (thiếu oxi do ngập nước hoặc VSV hiếu khí phát triển nhanh sử dụng hết oxi trong đất) sản phẩm cuối cùng tạo thành từ các sản phẩm trung gian bao gồm: NH3, H2O, CO2, CH4, H2, N2, H2S, PH3 Quá trình này không có sự tăng nhiệt độ

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá:

Thành phần chất hữu cơ: quá trình khoáng hóa những chất hữu cơ khác nhau là khác nhau Đường hòa tan, tinh bột bị khoáng hóa nhanh nhất, tiếp đến là protit, hemixenluloza, xenluloza và

bị khoáng hóa chậm nhất là lignin, sáp, nhựa, cho nên đối với những tàn tích sinh vật khác nhau,

có thành phần hoá học khác nhau thì tốc độ các quá trình khoáng hoá không thể giống nhau Ðặc điểm của đất và khí hậu: tốc độ khoáng hoá cũng phụ thuộc vào độ pH, thành phần cơ giới đất, độ ẩm, nhiệt độ Khoáng hoá cần điều kiện thoáng khí, nước, nhưng nếu độ ẩm cao quá

gây ra yếm khí, vi sinh vật khó hoạt động Kết quả hiện nay cho thấy ở các điều kiện ẩm độ

70%, đủ ánh sáng, pH 6,5 - 7,5, nhiệt độ 250C – 300C là thích hợp cho sự hoạt động của vi

sinh vật, và do đó khoáng hoá xảy ra mạnh mẽ Những điều kiện này thích hợp với đất có nhiệt

độ, ẩm độ như ở Việt Nam  Ở nước ta các quá trình khoáng hoá rất mạnh, phân giải ra nhiều chất dinh dưỡng cho cây trồng, nhưng đồng thời chất hữu cơ và mùn trong đất bị phá huỷ nhanh chóng làm cho đất không nhiều mùn và ít đạm Vì vậy đối với đất nhẹ, cần có biện pháp giảm tốc

độ khoáng hoá

b) Quá trình mùn hóa

Khái niệm:

 Mùn được cấu tạo từ protit, lignin, tanin và những thành phần khác nhau của VSV

 Mùn hóa là quá trình sinh học có điều kiện dưới tác động của VSV (phân giải và tổng hợp), động vật đất và kết quả chất mùn được hình thành

 Đặc điểm quá trình mùn hóa: là những phản ứng sinh hóa, oxi hóa dần dần những hợp chất các phân tử có mạch vòng khác nhau, liên kết lại với nhau, rồi trùng hợp, dẫn tới hình thành hợp chất cao phân tử mùn bền vững

Các con đường hình thành chất mùn từ xác hữu cơ thông thường ở trong đất

(Theo Stevenson, 1982)

Các con đường hình thành chất mùn

Từ sơ đồ trên cho thấy nguồn gốc các chất tham gia cấu tạo nên chất mùn có thể bao gồm tất

cả các chất hữu cơ là sản phẩm phân giải trung gian, sản phẩm tái tổng hợp của các cơ thể sinh vật Chúng có thể là các chất đường, polyphenol, quinol, các chất amin, các hợp chất linhin, Trong đó các hợp chất chứa vòng thơm như phenol, polyphenol, quinol, polyquinol, các chất linhin có vai trò quan trọng

Xét một cách tổng quát, quá trình hình thành chất mùn có thể phân chia thành 3 bước cơ bản như sau:

 Từ các xác hữu cơ mà chủ yếu là xác thực vật bị phân huỷ với sự tham gia tích cực của vi sinh vật đất để hình thành các hợp chất hữu cơ là các sản phẩm trung gian như đường, polyphenol, quinol, các chất amin,

 Tác động của các hợp chất trung gian, hoặc bị phân huỷ tiếp tục hoặc liên kết với nhau để hình thành các chất phức tạp hơn

 Trùng hợp và liên kết các hợp chất trung gian trên tạo thành các chất mùn

Những lý thuyết hình thành chất mùn

* Quá trình hình thành mùn theo quan điểm hiện đại (sinh hoá)

+ Theo Docuchaev, Viliam và Tiurin, Kononova, Alexandrova đặc điểm cơ bản của sự mùn hoá là những phản ứng sinh hoá oxy hoá dần dần những hợp chất cao phân tử có mạch vòng khác nhau, trong đó protit, lignin, tanin đóng vai trò quan trọng Những phản ứng oxy hóa này xảy ra khi phân giải các tàn tích sinh vật dưới ảnh hưởng của oxy không khí, men oxydaza và các xúc tác vô cơ khác Những hợp chất cao phân tử kể trên liên kết lại với nhau dưới tác dụng của phản ứng trùng hợp dẫn tới việc hình thành những hợp chất mùn cao phân tử và bền vững

+ Tham gia vào quá trình mùn hoá ngoài protit, lignin, tanin còn có những sản phẩn khác của quá trình phân giải xác hữu cơ đất Trong quá trình sống của mình, vi sinh vật đất sử dụng những sản phẩm phân giải hữu cơ, những sản phẩm trao đổi chất và tổng hợp của vi sinh vật như axit, đường, amin, hợp chất thơm cũng tham gia cấu tạo nên phân tử mùn

Theo Stevenson thì có 4 con đường hình thành chất mùn khác nhau: Sự liên kết trùng ngưng giữa các hợp chất đường với các chất amin (con đường 1); giữa các polyphenol là sản phẩm phân huỷ các xác hữu cơ với các chất amin (con đường 2); giữa các chất là sản phẩm phân huỷ linhin với các hợp chất amin (con đường 3) và các chất linhin biến đổi với các chất amin (con đường 4) Các con đường này đều có sự tham gia của các quá trình sinh học

Theo Selman Waksman, chất mùn được hình thành chủ yếu từ các hợp chất linhin (con đường 4) nên còn được gọi là lý thuyết linhin hình thành chất mùn Theo thuyết này, trước hết các hợp chất linhin bị biến đổi mất dần các nhóm metoxyl (OCH3) Với sự có mặt của các orthohydroxylphenol và sự oxy hoá các hợp chất béo để hình thành các nhóm cacboxyl (COOH) Các hợp chất linhin này bị biến đổi dần để hình thành các axit mùn Sự hình thành chất mùn theo con đường 1 là không đáng kể

Một số tác giả khác lại cho rằng chất mùn đất được hình thành theo con đường 2 và 3 là chính và gọi là học thuyết polyphenol hình thành chất mùn Theo thuyết này, linhin cũng được xem là nguồn gốc quan trọng trước tiên để hình thành chất mùn Dưới tác động của các enzym sinh học, linhin bị phân huỷ thành các aldehyt phenol và các axít hữu cơ Sau đó chúng chuyển thành các hợp chất quinol rồi trùng hợp lại để hình thành chất mùn

Ngày nay người ta thừa nhận cả 4 con đường hình thành chất mùn đều diễn ra đồng thời Tuy nhiên tuỳ theo điều kiện và tính chất cụ thể của từng loại đất mà một con đường nào đó có thể chiếm ưu thế hơn Thông thường chất mùn hình thành từ các chất linhin biến đổi (con đường 4) chiếm ưu thế ở các đất thoát nước kém; trong khi hình thành từ polyphenol (con đường 2 và 3) lại có ưu thế ở các đất rừng

Yếu tố hoàn cảnh Yếu tố nội tại Điều kiện

khí hậu:

Chế độ

nhiệt ẩm quyết

định tốc độ hình

thành mùn và

loại hình mùn

- Điều kiện

khô: chất hữu cơ

phân giải chậm

 Tầng thảm

mùn dày dạng

mùn thô (vùng

núi cao nhiệt

đới)

- Điều kiện

ẩm, khô xen kẽ:

quá trình khoáng

hóa chiếm ưu

thế, mùn được

hình thành bền

chặt hơn do gắn

với sét

- Điều kiện

yếm khí thường

xuyên tạo thành

than bùn

Đất đai:

Đá mẹ với tính chất vật, hóa lý ảnh hưởng tới hình thành mùn

- Đá mẹ giàu Ca  Mùn nhuyễn, gặp trên đất đen, giúp vi sinh vật dễ phân giải, tạo môi trường trung tính

- Đá mẹ giàu SiO2

 Mùn thô, vi sinh vật hoạt động kém, tạo nên môi trường chua

Đặc tính chất hữu cơ cùng với thành phần:

Ảnh hưởng mạnh đến quá trình hình thành mùn

- Xác hữu

cơ non giàu Ca,

N, Mg, axit hữu

cơ phân giải nhanh

- Xác hữu

cơ già nhiều linhin tỉ lệ

Ca, N,

Số lượng vi sinh vật:

- Vi sinh vật càng nhiều mùn hình thành càng nhiều

- Chất lượng mùn thể hiện qua chỉ số axit humic / axit fulvic

Mg, axit hữu cơ giảm làm tốc độ mùn hóa giảm theo

và khó phân giải

II/ Vai trò của chất hữu cơ đối với độ phì nhiêu của đất

Vai trò của chất hữu cơ đối với đất

Độ phì nhiêu

Độ phì nhiêu được đánh giá bởi thực vật, cơ bản là đất càng phì nhiêu thì hệ thực vật càng phát triển

Độ phì nhiêu là khả năng cung cấp cho cây về các nguyên tố dinh dưỡng khoáng, nước, ổn định cấu trúc đất đảm bảo cho rễ cây đủ không khí và nhiệt thuận lợi để phát triển bình thường

Chất hữu cơ là nguồn cung cấp CO 2 và các chất dinh dưỡng cho thực vật

- Chất mùn là kho dự trữ, nguồn cung cấp các thành phần dinh dưỡng cho thực vật

Kết luận chức năng của CHC đối với độ phì nhiêu đất

 Nâng cao hiệu quả phân bón

 Vận hành tuần hoàn dinh dưỡng trong đất

 Cung cấp dinh dưỡng tối ưu để giảm tác động của bệnh, côn trùng và sương giá

 Quản lý độ mặn – chất mùn hấp phụ muối dư thừa cho cây

 Mùn hữu cơ là chất xúc tác để tăng mức độ C (carbon) của đất

 Giúp đất có cấu trúc ổn định

 Bằng quá trình OXH trong đất, dinh dưỡng cho thực vật như N, P, S được giải phóng dưới dạng dễ hấp thu bởi rễ

 Trong đất cát, CHC giúp tăng khả năng trao đổi cation nên tăng khả năng cố định cation khỏi bị thất thoát trong đất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Giáo trình Đất và Môi trường – Lê Văn Khoa

https://tailieu.vn/doc/qua-trinh-khoang-hoa-xac-huu-co-577823.html

tích lũy nhiều

Độ phì nhiêu tăng

https://www.lexiconoffood.com/definition/definition-soil-fertility

https://www.jstor.org/stable/2417826?read-now=1&seq=1#page_scan_tab_contents http://www.fao.org/3/a0100e/a0100e05.htm#TopOfPage