6.2.3.1. Vòng tuần hoàn Nitơ trong tự nhiên
Cây trồng không thể đồng hoá trực tiếp nitơ hữu cơ, mà phải nhờ các loại vi sinh vật phân huỷ và chuyển hoá để giải phóng ra nitơ dạng dễ tiêu (NH3 hoặc NH4+) cung cấp nguồn dinh dưỡng nitơ cho cây trồng, quá trình này được gọi là quá trình amon hoá.
Tiếp nối quá trình amon hoá, các loài vi sinh vật lại chuyển hoá tiếp từ NH3 hoặc NH4+ thành NO3- quá trình này được gọi là quá trình nitrat hoá.
Các loại vi sinh vật lại chuyển hoá từ NO3- thành N2 để bù trả Nitơ cho không khí được gọi là quá trình phản Nitrat hoá.
Dưới tác dụng của các loại vi sinh vật, Nitơ phân tử được chuyển vào các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ được gọi là quá trình cố định Nitơ phân tử.
Tất cả các quá trình: Cố định - phân huỷ - chuyển hóa và phản Nitrat hoá luôn luôn xảy ra dưới tác dụng của các loài vi sinh vật nhờ đó đã khép kín được vòng tuần hoàn Nitơ trong tự nhiên.
6.2.3.2. Quá trình amôn hoá
Là quá trình phân huỷ và chuyển hoá các hợp chất hữu cơ có chứa N dưới tác dụng của các loài vi sinh vật thành NH4+ hoặc NH3 cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Sau đây chúng ta xem xét quá trình amôn hoá một số hợp chất quan trọng:
Quá trình amon hoá Urê:
Urê là một loại hợp chất hữu cơ đơn giản chứa 46,6 % N, được sản xuất trong các nhà máy phân bón bằng cách tổng hợp:
Dưới tác dụng của men ureaza do các loài vi sinh vật tiết ra làm xúc tác cho quá trình chuyển hóa urê theo phương trình sau:
Các loại vi sinh vật phân giải urê:
Planosarcina ureae, Micrococcus ureae, Sarcina hansenii, Bacillus pasteurii,Bac.amylovorum, Pseudobacterium ureolyticum, Chromobacterium, Proteus vulgaris....
Vi khuẩn phân giải urê thường thuộc loại hảo khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, chúng phát triển tốt ở pH = 6,5 - 8,5.
Quá trình amon hoá protein:
Hàng năm protein được đưa vào đất với số lượng rất lớn (cùng với xác hữu cơ, phân chuồng, phân xanh, phân rác). Trong protein chứa khoảng 15-17 % nitơ.
Quá trình phân huỷ và chuyển hoá protein để tạo ra NH3,NH4+ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng dưới tác dụng của các loài vi sinh vật được gọi là quá trình amôn hoá protein.
Vi sinh vật thực hiện quá trình amôn hoá protein gồm một số loại chính sau:
Vi khuẩn gồm: Bacillusmycoides,B.subtilis, Proteus vulgaris,Pseudomonas fluorescens, Escherichia coli, Clostridium sporogenes...
Xạ khuẩn gồm: Streptomyces griseus, S.rimesus…
Nấm gồm: Aspergillus oryzae, A.niger, Penicillium camomberli…. 6.2.3.3. Quá trình Nitrat hoá
Quá trình chuyển hoá từ NH3 hoặc NH4+ dưới tác dụng của các loài VSV thành NO3- được gọi là quá trình nitrat hoá.
+ Quá trình nitrat hoá là quá trình có hại cho nông nghiệp do một số nguyên nhân sau: - Nhiều thí nghiệm cho thấy cây trồng hấp thụ nitơ ở dạng NH4+ không thua kém NO3-. - Quá trình chuyển hóa từ NH4+ thành NO3- làm tiền đề cho quá trình mất đạm trong đất qua các con đường thấm sâu, rửa trôi và đặc biệt là phản nitrat hoá.
- Dinh dưỡng nitơ ở dạng NH4+ được giữ trong keo đất bền hơn ở dạng NO3-. - NO3- tích luỹ nhiều trong đất còn gây ra hiện tượng ô nhiễm nguồn nước.
- Quá trình chuyển hóa này làm cho đất chua đi, ảnh hưởng xấu cho quá trình sinh trưởng, phát triển của cây trồng và hoạt động sống của khu hệ vi sinh vật đất.
Năm 1891, nhà bác học Nga - Vinogratxki khẳng định quá trình nitrat hoá xảy ra qua hai giai đoạn: giai đoạn nitrit hoá và giai đoạn nitrat hoá.
Quá trình nitrit hoá:
Là quá trình chuyển hoá từ NH4+ thành NO2- Tham gia vào giai đoạn này có 4 giống chủ yếu - Nitrosomonas - Nitrosolobus
- Nitrocystis - Nitrosospira
Loài vi khuẩn nitrit hoá phát triển tốt ở pH = 7,0-7,5, nhiệt độ 28-300C, độ ẩm của đất 40-70 %, tuỳ từng chủng khuẩn.
Quá trình nitrat hoá:
Tham gia vào giai đoạn này gồm có 3 giống vi sinh vật: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus. Thích ứng ở môi trường pH trung tính hơi kiềm, nhưng vẫn có thể phát triển ở môi trường chua.
+ Các biện pháp để hạn chế quá trình nitrat hoá
- Các biện pháp canh tác như tưới tiêu chủ động tránh các điều kiện ngập nước, yếm khí, tránh khô hạn, áp dụng các công thức luân canh hợp lý.
- Các biện pháp hoá học như: Sử dụng phân đạm bọc lưu huỳnh; dùng thuốc ức chế nitrificid bón vào đất để ức chế hoạt động của các loài vi sinh vật tham gia vào quá trình nitrat này.
6.2.3.4. Quá trình phản Nitrat hoá
Quá trình chuyển hoá từ NO3- thành N2 được gọi là quá trình phản nitrat hoá hay quá trình phản đạm hoá.
Những vi khuẩn phản nitrat hoá điển hình là: Pseudomonas denitrificans, Ps acruginosa, Ps fluorescens, micrococcus denitrificans, Bacillus lichenforsmis..
Một số loại vi khuẩn tự dưỡng hoá năng cũng có khả năng thực hiện quá trình này như:
Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis
Để hạn chế quá trình này có một số biện pháp kỹ thuật sau:
- Hạn chế quá trình Nitrat hoá vì sản phẩm của quá trình này sẽ là nguyên liệu cho quá trình phản Nitrat hoá
- Không sử dụng đạm ở dạng NO3- bón cho đất lúa.
- Làm cỏ sục bùn, tiêu úng cho các vùng bị úng lụt, tưới nước cho các vùng bị hạn, bón phân đạm vào lúc trời ít nắng cho lúa.
6.2.3.5. Quá trình cố định đạm phân tử
* Quá trình cố định Nitơ phân tử tự do
Là quá trình đồng hoá Nitơ của không khí dưới tác dụng của các chủng giống VSV sống tự do trong đất. Có một số nhóm VSV chính sau:
- Vi khuẩn Azotobacter - Vi khuẩn Clostridium
* Quá trình cố định Nitơ phân tử cộng sinh
Là quá trình đồng hoá nitơ của không khí dưới tác dụng của các loài VSV cộng sinh với cây bộ Đậu tạo thành một chỉnh thể sinh lý hoàn chỉnh.
Cây họ đậu hút nước, muối khoáng và các chất dinh dưỡng ở trong đất để nuôi hệ cộng sinh, còn vi khuẩn nốt sần đồng hoá Nitơ không khí nuôi cho hệ cộng sinh. Cứ như vậy chúng gắn bó với nhau như một cơ thể tuyệt hảo.
Vi khuẩn nốt sần Rhizobium là loại trực khuẩn hình que, hảo khí, gram âm, không sinh nha bào, có tiên mao mọc theo kiểu đơn mao hoặc chu mao, có khả năng di động được. Tế bào
Rhizobium có kích thước 0,5 - 0,9 x 1,2 - 3,2 µm. Chúng thích ứng ở pH = 6,5 - 7,5, độ ẩm 60 - 70 %, nhiệt độ 28 - 300C.
+ Sự hình thành hệ cộng sinh ở rễ cây họ đậu
+ Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình cố định nitơ phân tử
* Vi sinh vật cố định đạm sống hội sinh
Các loài VSV này có khả năng cố định Nitơ khi sống trong vùng rễ của một số loại cây như: Lúa mỳ, lúa nước, ngô, lúa mạch, rau cải và một số loại cây hoà thảo khác.
Vi khuẩn cố đinh đạm sống hội sinh Azospirillum có một số vai trò chính sau:
- Có khả năng cố định đạm tốt, vì vậy có vai trò quan trọng trong tăng năng suất cây trồng
- Chúng tiêu thụ các sản phẩm bài tiết của rễ cây làm nguồn dinh dưỡng cho mình nên giữ cho môi trường vùng rễ thuận lợi hơn với cây trồng, giảm chua cho đất.
- Chất bài tiết ra của VSV cố định đạm sống hội sinh có thể lại là chất kích thích sinh trưởng đối với cây trồng, vì vậy giúp cây trồng sinh trưởng, phát triển và cho năng suất cao.