Lân là một trong những yếu tố quan trọng đối với cây trồng. Lân dễ tiêu trong đất th−ờng không đáp ứng đ−ợc nhu cầu của cây nhất là những cây trồng có năng suất cao. Bón phân lân và tăng c−ờng độ hoà tan các dạng lân khó tiêu là biện pháp quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Bón phân hữu cơ, vùi xác động vật vào đất ở mức độ nhất định là biện pháp tăng hàm l−ợng lân cho đất.
1.1. Lân hữu cơ
Lân hữu cơ có trong cơ thể động vật, thực vật, vi sinh vật th−ờng gặp ở các hợp chất chủ yếu nh− phytin, phospholipit, axit nucleic. Trong không bào ng−ời ta còn thấy lân vô cơ ở dạng octhophosphat làm nhiệm vụ đệm và chất dự trữ. Cây trồng, vi sinh vật không thể trực tiếp đồng hoá lân hữu cơ. Muốn đồng hoá chúng phải đ−ợc chuyển hoá thành dạng muối H3PO4.
1.2. Lân vô cơ
Lân vô cơ th−ờng ở trong các dạng khoáng nh− apatit, phosphoric, phosphat sắt, phosphat nhôm... Muốn cây trồng sử dụng đ−ợc phải qua chế biến, để trở thành dạng dễ tan.
Cũng nh− các yếu tố khác, P luôn luôn tuần hoàn chuyển hoá. Nhờ vi sinh vật lân hữu cơ đ−ợc vô cơ hoá biến thành muối của axit phosphoric. Các dạng lân này một phần đ−ợc sử dụng, biến thành lân hữu cơ, một phần bị cố định d−ới dạng lân khó tan nh− Ca3(PO2)2, FePO4, AlPO4. Những dạng khó tan này trong những môi tr−ờng có pH thích hợp sẽ chuyển hoá thành dạng dễ tan. Vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong quá trình này.
1.3. Vòng tuần hoàn phospho trong tự nhiên
Cây xanh Động vật
Ion PO trong dung dịch đất ↑↓ Ion PO bị hấp phụ -3 4 -3 4 Hoà tan
Phospho vô cơ
kh á
Cố định tạm thời
Chất hữu cơ t−ơi và tế bào sinh vật Chất hữu cơ mùn hoá
Quá trình cố định Quá trình khoáng
Hình 8: Vòng tuần hoàn phospho trong tự nhiên
2. Sự chuyển hoá lân vô cơ
2.1. Thí nghiệm
Từ năm 1900 đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu vấn đề này. J. Stokelasa dùng đất đã tiệt trùng bón bột apatit và cấy vi khuẩn. Ông dùng Bacillus megatherium, Bac. mycoides và Bacillus
butyricus. Sau khi cấy vi khuẩn và bón cho lúa mạch thấy có tăng năng suất.
Các chất dinh d−ỡng khác đều ở dạng hoà tan. Còn P thì ở dạng không tan nh− phosphat bicanxi hay Ca3(PO4)2.
Thí nghiệm theo 2 công thức:
(1) Tiệt trùng các chậu sau đó gieo hạt với 1% đất không tiệt trùng; (2) Tiệt trùng các chậu và gieo hạt.
ở công thức (1) cây đồng hoá P mạnh và cây phát triển tốt hơn. Điều đó chứng tỏ rằng ở đây có sự tác động của vi sinh vật trong quá trình phân giải các hợp chất lân khó tan.
Nhiều vi khuẩn nh− P. seudomonas fluorescens, vi khuẩn nitrat hoá, một số vi khuẩn hệ rễ, nấm, xạ khuẩn... cũng có khả năng phân giải Ca3(PO4)2 và bột apatit.
Ngoài ra trong quá trình lên men butyric, lên men lactic, quá trình lên men dấm, trong phân chuồng cũng có thể xúc tiến quá trình hoà tan Ca3(PO4)2. Vi khuẩn vùng rễ phân giải Ca3(PO4)2 mạnh.
ở hệ rễ lúa mì th−ờng có 30% vi khuẩn có khả năng phân giải Ca3(PO4)2 và l−ợng lân phân giải so với đối chứng tăng 6-18 lần.
2.2. Vi sinh vật phân giải
Vi khuẩn phân giải những hợp chất lân vô cơ khó tan th−ờng gặp các giống: Pseudomonas,
Alcaligenes, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter, Brevibacterium, Micrococcus, Flavobacterium...
Bên cạnh các vi khuẩn và xạ khuẩn thì nấm cũng có tác dụng trong quá trình hoà tan hợp chất lân khó tan: Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Sclerotium.
2.3. Cơ chế hoà tan phospho
Đại đa số nghiên cứu đều cho rằng sự phân giải Ca3(PO4)2 có liên quan mật thiết với sự sản sinh axit trong quá trình sống của vi sinh vật. Trong đó axit cacbonic rất quan trọng. Chính H2CO3 làm cho Ca3(PO4)2 phân giải.
Quá trình phân giải theo ph−ơng trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O → Ca(PO4)2H2O + Ca(HCO3)2
Trong đất, vi khuẩn nitrat hoá và vi khuẩn chuyển hoá S cũng có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca3(PO4)2.
Quá trình hoà tan các hợp chất lân khó tan có thể theo cơ chế: Lân khó tan đ−ợc tạm thời đồng hoá vi sinh vật, sau đó lân đ−ợc giải phóng khỏi vi sinh vật d−ới dạng có thể đồng hoá cho cây trồng.
3. Điều kiện ngoại cảnh
+ Độ pH: Nhìn chung pH ảnh h−ởng không nhiều đến vi sinh vật phân giải lân. Tuy nhiên ở pH 7,8 - 7,9 ảnh h−ởng tốt đến sự phát triển của hệ vi sinh vật phân giải lân.
+ Độ ẩm: ở những nơi ngập n−ớc, hàm l−ợng axit hữu cơ cao (do hoạt động của vi sinh vật) làm tăng quá trình phân giải lân hữu cơ khó tan.
+ Hợp chất hữu cơ: Hàm l−ợng chất hữu cơ mùn hoá không ảnh h−ởng đến quá trình phân giải lân. Hợp chất hữu cơ t−ơi làm tăng sự sinh tr−ởng của hệ vi sinh vật, dẫn đến tăng quá trình hoà tan hợp chất lân khó tan.
+ Hệ rễ: Hệ rễ cây trồng kích thích sự sinh tr−ởng phát triển của vi sinh vật. Do đó sự phân giải hợp chất lân khó tan cũng đ−ợc tăng c−ờng.
4. Sự chuyển hoá lân hữu cơ
4.1. Các dạng lân hữu cơ th−ờng gặp trong đất
Trong đất các dạng lân hữu cơ th−ờng gặp là: Phytin, axit nucleic, nucleoprotein, phospholipit.
a) Phytin và các chất họ hàng
Phytin là muối Ca và Mg của axit phytic. Trong đất những chất có họ hàng với phytin là inositol, inositolmonophosphat, inositoltriphosphat. Tất cả đều có nguồn gốc thực vật. Phytin và những chất có cùng họ hàng chiếm trung bình từ 40-80% phospho hữu cơ trong đất.
b) Axit nucleic và nucleoprotein
Những axit nucleic và nucleoprotein trong đất đều có nguồn gốc thực vật hoặc thực vật và nhất là vi sinh vật. Hàm l−ợng của chúng trong đất khoảng < 10%.
c) Phospholipit: Sự kết hợp giữa lipit và phosphat không nhiều trong đất.
4.2. Vi sinh vật
Giống Bacillus: B. megaterium, B. subtilis, B. malaberensis.
B. megaterium không những có khả năng phân giải hợp chất lân vô cơ mà còn có khả năng
phân giải hợp chất lân hữu cơ. Ng−ời ta còn dùng B. megaterium làm phân vi sinh vật. Ngoài ra còn các giống Serratia, Proteus, Arthrobscter...
Nấm: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Cunnighamella... Xạ khuẩn: Streptomyces.
4.3. Cơ chế phân giải
Nhiều vi sinh vật đất có men dephosphorylaza phân giải phytin theo phản ứng sau: Nucleoprotit → nuclein → axit nucleic → nucleotit → H3PO4
Nucleoprotein Protein Axit nucleic C6H5O5 C5H5O5O C5H5O5O2 C4H5O5O 4H3PO4 NH3 CO2 H2O H2S Axit amin Chất khác 4C5H10O5