đại học cần thơ đại học cần thơ đại học cần thơ đại học cần thơ - -- - khoa nông nghiệp khoa nông nghiệp khoa nông nghiệp khoa nông nghiệp giáo trình giảng dạy trực tuyến Đờng 3/2, Tp. Cần Thơ. Tel: 84 71 831005, Fax: 84 71 830814 Website: http://www.ctu.edu.vn/knn email: dminh@ctu.edu.vn, vtanh@ctu.edu.vn V VV Vi i i i sinh vật sinh vậtsinh vật sinh vật đất đất đất đất Chơng 7: Sự chuyển hóa vật chất trong đất ruộng ngập nớc CHỈÅNG VII. SỈÛ CHUØN HỌA VÁÛT CHÁÚT TRONG ÂÁÚT RÜNG NGÁÛP NỈÅÏC ---oOo--- Âiãøm khạc biãût cå bn giỉỵa hãû sinh thại rüng ngáûp nỉåïc v hãû sinh thại âáút ráùy l åí rüng ngáûp nỉåïc, âáút tråí thnh úm khê. Trong âiãưu kiãûn úm khê qụa trçnh khỉí v lãn men tråí thnh ỉu thãú. Trong chỉång ny, chụng ta nhçn täøng quạt lải cạc họa trçnh khỉí v lãn men do vi sinh váût, nh hỉåíng âãún sỉû chuøn họa váût cháút trong âáút rüng ngáûp nỉåïc. I. ÂO TÇNH TRẢNG CA ÂÁÚT RÜNG NGÁÛP NỈÅÏC Chụng ta â biãút, åí âáút rüng ngáûp nỉåïc, âáút khäng tiãúp xục trỉûc tiãúp våïi khäng khê do låïp nỉåïc trãn máût ngàn cn.Oxy cọ thãø khuúch tạn trong nỉåïc, tuy nhiãn lỉåüng oxy trong nỉåïc ráút giåïi hản, do âọ chè cọ låïp âáút màût l âỉåüc cung cáúp oxy. Låïp ny ráút mng, dy khong vi mm v âỉåüc gi l táưng oxy họa. Táưng âáút bãn dỉåïi, khäng âỉåüc cung cáúp oxy, vi sinh váût hạo khê tiãu hao hãút oxy dỉû trỉỵ, nãn tråí thnh táưn khỉí (hçnh7.1). Âãø âo cạc táưng oxt họa hồûc khỉí ca âáút rüng ngáûp nỉåïc, chụng ta cọ thãø âo âiãûn vë ca nọ. ÅÍ âáút ráùy, âiãûn vë trong âáút dãù thay âäøi v biãn âäü biãún âäüng thỉåìng nh, khong 200 - 300 mV. Trong khi âọ åí âáút ngáûp nỉåïc, biãn âäü biãún âäüng låïn, khong 800 - 900 mV, nãn cạc trë säú âo âỉåüc tỉång âäúi an âënh. Trë säú âiãûn vë (Eh) âỉåüc tênh bàòng volt (V) hồû milivolt (mV). ÅÍ rüng khä trë säú Eh vo khong cäüng +600 mV. Sau khi cho ngáûp nỉåïc trë säú Eh ca táưng oxy họa gim trong 10 ngy âáưu, v sau âọ tàng dáưn v giỉỵ ngun åí trë säú c. Trong khi âọ trë säú Eh åí táưng khỉí gim ráút nhanh åí 10 ngy âáưu v sau âọ giỉỵ åí mỉïc ráút tháúp, khong -200 mV (hçnh 7.2). Nhỉ váûy låïp âáút màût sau thåìi mäüt thåìi gian tråí lải trảng thại oxy họa, cọ táưng bãn dỉåïi váùn giỉỵ ngun tçnh trảng khỉí. Nãúu âo âiãûn vë åí nhiãưu nåi khạc nhau trong táưng khỉí thç trë säú Eh âo âỉåüc thỉåìng biãún âäüng trong phảm vi mV. nhỉ váûy tçnh trảng khỉí khäng xy ra âäưng nháút tuût âäúi trong âáút. 74 II. CẠC QUẠ TRÇNH KHỈÍ TRONG RÜNG NGÁÛP NỈÅÏC - Sau khi cho nỉåïc vo ngáûp âáút, trỉåïc tiãn nháûn tháúy oxy trong âáút bë tiãu hao. Quạ trçnh ny xy ra do sỉû hä háúp ca cạc vi sinh váût hạo khê. Chụng láúy oxy trong âáút âãø hä háúp, do âọ oxy bë tiãu hao dáưn. - Sỉû tiãu hao oxy ny cháúm dỉït sau mäüt vi ngy. Tiãúp âãún l quạ trçnh khỉí nitrat (NO +++ ), do vi sinh váût sỉí dủng nitrat nhỉ cháút nháûn âiãûn tỉí thay cho phán tỉí oxy. Âáy l sỉû hä háúp nitrat ca vi sinh váût (hä háúp úm khê). Trong quạ trçnh ny nitrat âỉåüc khỉí thnh NO, N 2 O v N 2 . Nhiãưu thê nghiãûm xạc nháûn quạ trçnh khỉí nitrat khäng xy ra trong giai âoản hä háúp hạo khê. Cạc vi sinh váût ny láúy oxy ca âáút âãø hä háúp trong âiãưu kiãûn âáút thoạng khê v chè láúy oxy ca nitrat âãø hä háúp trong âiãưu kiãûn âáút â chuøn sang tçnh trảng khỉí. Nãúu âáút cọ nhiãưu nitrat, quạ trçnh khỉí ca âáút cháûm lải, Eh âỉåüc duy trç khong 400-200 mV, âäưng thåìi cạc quạ trçnh khỉí cạc ion Mn ++++ , Fe +++ , S -- , . khäng xy ra. Nhỉ váûy quạ trçnh khỉí nitrat âỉåüc xem l giai âoản kãú ca quạ trçnh hä háúp hạo khê v xy ra trỉåïc quạ trçnh khỉí cạc ion khạc. - Kãú âãún l quạ trçnh khỉí Mn ++++ . Cọ thê nghiãûm cho thãm oxêt màngan (MnO 2 ) vo âáút thç quạ trçnh khỉí Fe +++ v SO 4 -- cháûm lải. Ngoi ra nhỉ åí hçnh 7.3, ion Mn ++ sinh ra trong âáút nhanh hån ion Fe ++ . Tỉì cạc kãút qu ny cọ thãø kãút lûn qu trçnh khỉí Mn ++++ xy ra trỉåïc quạ trçnh khỉí Fe +++ . - Tiãúp âãún quạ trçnh khỉí Fe +++ - Sau cng l quạ trçnh khỉí SO ---- . quạ trçnh khỉí SO 4 âỉåüc xem l báút âáưu xy ra khi Eh dỉåïi 150mV. Tọm lải trong âáút rüng ngáûp nỉåïc, diãùn tiãún ca cạc quạ trçnh khỉí l: Tiãu hao O 2 - khỉí nitrat - khỉí Mn ++++ - khỉí Fe +++ - khỉí SO 4 III. QUẠ TRÇNH PHẠT SINH KHÊ METAN TRONG RÜNG NGÁÛP NỈÅÏC: 75 ÅÍ låïp âáút sáu dỉåïi 1 cm, nháûn tháúy sau 2 ngy kãø tỉì khi bàõt âáưu ngáûp nỉåïc, O 2 v NO --- biãún máút nhanh chọng, kãø âãún lỉåüng Fe ++ v CO 2 sinh ra tàng lãn âäưng thåìi Eh ca âáút gim xúng. Sau khi Eh gim khong 0, lỉåüng S -- v acid acetic tàng lãn, tiãúp theo nháûn tháúy cọ sỉû phạt sinh ca khê metan (CH 4 ). Quạ trçnh phạt sinh khê metan l quạ trçnh hä háúp úm khê ca vi sinh váût. Trong quạ trçnh ny, cạc cháút nhỉ âảm, cháút âỉåìng, bë phán gii thnh cạc acid hỉỵu cå nhỉ acid acetic, acid propionic, acid butyric, . Cạc acid ny âỉåüc nhọm vi khøn họa metan phán gii tiãúp thnh metan (Hçnh 7.4). Thê nghiãûm vãư phn ỉïng sinh họa trong quạ trçnh phạt sinh khê metan âỉåüc thỉûc hiãûn bàòng cạch cho cạc cháút acid acetic, CO 3 NO 2 âỉåüc âạnh dáúu bàòng C 14 vo âáút ngáûp nỉåïc âang åí trong tçnh trảng phạt sinh kjhê metan. Ghi nháûn cạc cháút sinh ra cọ chỉïa C 14 âãø suy ra cạc bỉåïc chuøn họa. Kãút qu cho tháúy sỉû chuøn họa ca gäúc metyl ca acid acetic thnh khê metan l quan trng hån c. Ngoi ra mäüt pháưn khê metan cng âỉåüc hçnh thnh tỉì gäúc carboxylv CO --- . Sỉû sinh thnh khê metan ty thüc vo cạc cháút cáưn cho quạ trçnh lãn men, v cn ty thüc vo lỉåüng Fe +++ trong âáút. Âáút cọ nhiãưu oxêt Fe tỉû do, quạ trçnh phạt sinh khê metan bë cháûm lải v lỉåüng khê metan cng bë gim. IV. HOẢT TÊNH CA VI SINH VÁÛT V CẠC HỌA TRÇNH CHUØN HỌA VÁÛT CHÁÚT TRONG ÂÁÚT RÜNG NGÁÛP NỈÅÏC Mäüt cạch täøng quạt, åí âiãưu kiãûn úm khê, hoảt âäüng ca vi khøn chiãúm ỉïu thãú hån náúm v xả khøn. Cạc giäúng vi sinh váût liãn quan âãún quạ trçnh khỉí âỉåüc âãư càûp åí cạc chỉång trỉåïc. ÅÍ âáy chè tọm gn lảivåïi hoảt tênh ca chụng. Quạ trçnh khỉí nitrat do "vi khøn khỉí N" (denitrifying bacteria), nhỉ Pseudomonas, Bacillus, Achromobacter, vv . Nhọm vi khøn ny l vi khøn hạo khê, nhỉng åí âiãưu kiãûn úm khê, chụng co thãø láúy oxy ca nitrat âãø hä háúp. Gáûp diãưu kiãûn thoạng khê, cạc vi khøn ny hä háúp bàòng oxy ca khäng khê l chênh. Quạ trçnh khỉí So4-- cng l hä háúp hiãúm khê ( cn gi l hä háúp sulfat). Vi khøn Desulfvibrio giỉỵ vai tr quan trng. Chụng sỉí dủng sulfat nhỉ cháút nhán âiãûn tỉí cho cạc quạ trçnh phán gii acid lactic, acid pyruvic, vv . 76 Quaù trỗnh khổớ sừt cuợng do caùc vi khuỏứn gỏy ra, vi khuỏứn nhỏỷn Fe +++ nhổ chỏỳt nhỏn õióỷn tổớ trong sổỷ họ hỏỳp hióỳm khờ cuớa chuùng. Quaù trỗnh naỡy cuợng coỡn do phaớn ổùng cuớa caùc men maỡ vi khuỏứn tióỳt ra . Quaù trỗnh khổớ mangan chuớ yóỳu do phaớn ổùng vồùi caùc men do vi khuỏứn tióỳt ra. Cuọỳi cuỡng vi khuỏứn sinh khờ metan laỡ Methanobacterium barkerii, vi khuỏứn naỡy phỏn giaới ótanol vaỡ acid acetic thaỡnh khờ mótan, vaỡ vi khuỏứn M. Omelianskii phỏn giaới acid butyric vaỡ acid propyonic thaỡnh khờ metan (baớng 7.1) Baớng 7.1: Caùc quaù trỗnh chuyóứn hoùa vỏỷt chỏỳt trong õỏỳt ruọỹng, ngỏỷp nổồùc vaỡ hoaỷt tờnh cuớa vi sinh vỏỷt tham gia. Quaù trỗnh chuyóứn hoùa Eh (V) Hoaỷt tờnh cuớa vi sinh vỏỷt Tióu hao oxy +0,5 -> +0,3 Họ hỏỳp haùo khờ Khổớ nitrat +0,4 -> +0,1 Họ hỏỳp yóỳm khờ Khổớ mangan +0,4 -> -0,1 Phaớn ổùng vồùi men cuớa VSV Khổớ sừt +0,2 -> -0,2 Họ hỏỳp vaỡ phaớn ổùng vồùi men Khổớ sulfat 0 -> -0,2 Họ hỏỳp yóỳm khờ Phaùt sinh metan -0,2 -> -0,3 Họ hỏỳp yóỳm khờ . vtanh@ctu.edu.vn V VV Vi i i i sinh vật sinh vậtsinh vật sinh vật đất đất đất đất Chơng 7: Sự chuyển hóa vật chất trong đất ruộng ngập nớc CHỈÅNG VII. SỈÛ CHUØN. nitrat (NO +++ ), do vi sinh váût sỉí dủng nitrat nhỉ cháút nháûn âiãûn tỉí thay cho phán tỉí oxy. Âáy l sỉû hä háúp nitrat ca vi sinh váût (hä háúp úm