Chương 3: Sinh học đất potx

Quá trình hình thành đất là một quá trình biến đổi vật chất xảy ra ở lớp vỏ ngoài của vỏ quả đất, liên tục và kéo dài từ hàng triệu năm nay, kết quả tạo thành lớp phủ thổ nhưỡng có hoạt

Hình: Các nhóm sinh vật đất

Quá trình hình thành đất là một quá trình biến đổi vật chất xảy ra ở lớp vỏ ngoài của vỏ quả đất, liên tục và kéo dài

từ hàng triệu năm nay, kết quả tạo thành lớp phủ thổ

nhưỡng có hoạt động sinh học.

Theo học thuyết của V.V Docutraev thì sinh vật là một

trong năm nhân tố hình thành đất và đóng vai trò là

nhân tố chủ đạo.

Trong đất luôn tồn tại và diễn ra quá trình trao đổi, chuyển hoá vật chất được thực hiện nhờ sinh vật, vì vậy, sinh vật là một bộ phận không thể tách rời của đất, là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ phì đất.

Quần thể sinh vật đất được chia thành 3 phần:

- Thực vật

- Động vật đất

- Vi sinh vật đất

4.1 THỰC VẬT

- Có vai trò lớn trong quá trình phong hoá đá tạo thành đất.

Ảnh hưởng đến tính chất hoá học của đất

- Giảm sự rửa trôi các chất dinh dưỡng

- Làm chua đất

- Ảnh hưởng tới hàm lượng và chất lượng mùn trong đất

- Ảnh hưởng thành phần chất hữu cơ trong đất

Hình: Vai trò của bộ rễ thực vật

4.2 ĐỘNG VẬT ĐẤT

* Khái niệm

Là tất cả những động vật có hoạt động sống phụ thuộc hoặc có ít nhiều liên quan đến môi trường đất.

* Phân loại

- Theo thời gian và mức độ

gắn bó với môi trường đất:

- Nhào trộn các chất hữu cơ tạo thành các phức chất mùn-sét bền vững, đó là những phức hệ

Động vật đất

a Giun đất (anh thợ cày cần mẫn).

-Là động vật hoại sinh, cỡ trung bình

- Phân bố: Trên hầu hết các tầng đất.

- Vai trò:

+ Tham gia quá trình phân huỷ xác hữu

cơ, chuyển hoá thành mùn và chất

khoáng nhờ dịch và men tiêu hoá trong

ống tiêu hoá của giun

+ Tạo ra hệ thống hang để không khí

nước và nhiệt xâm nhập vào đất

+ Giun thải phân giun - những đoàn lạp

hoàn hảo chứa đầy chất dinh dưỡng

- Điều kiện sống: Yêu cầu độ ẩm phù

hợp, giàu thức ăn, đất có phản ứng trung

- Trong ống tiêu hoá tiết ra các chất

men có khả năng phân huỷ

Cenlulose và vi khuần cộng sinh

nên hiệu suất tiêu hoá rất cao

- Hệ thống đường đi của chúng tạo

điều kiện vật lý cho cây trồng và các

sinh vật khác phát triển

c Nguyên sinh động vật (Protozoa)

- Là nhóm sinh vật đơn bào, kích thước từ vài μm đến cm, thuộc nhóm động vật cỡ nhỏ

-Có thể sống tự dưỡng hoặc dị dưỡng

- Động vật nguyên sinh ăn vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm, tảo và vụn xác hữu cơ

- Nhờ cộng sinh với vi khuẩn nên chúng có thể tiêu hoá được

4.3 VI SINH VẬT ĐẤT

-Là những sinh vật có kích thước bé không quan sát được bằng mắt thường

mà phải dùng kính hiển vi mói nhìn thấy Kích thước được đo bằng μm hoặc nm.

* Đặc điểm chung:

-Có khả năng hấp thu và chuyển hoá mạnh vật chất do bề mặt tiếp xúc lớn

- Có khả năng thích ứng cao với điều kiện môi trường và dễ biến dị nên việc chọn lọc và duy trì một loài VSV nào đó là rất khó.

- Sinh trưởng và phát triển nhanh (20 phút lại nhân đôi).

- Phổ biến ở mọi nơi trong mọi điều kiện (10 9 /1g đất).

* Vai trò chung:

-Phân giải xác động vật, thực vật tạo độ dày tầng mùn.

- Tăng độ phì nhiêu của đất (cố định nitơ tự do).

- Tham gia quá trình chu chuyển các nguyên tố hoá học.

* Phân loại

-Vi khuẩn - Xạ khuẩn

4.3.1 Vi khuẩn

* Phân loại:

-Theo hình dạng: hình cầu, hình que, hình xoắn

- Theo nhu cầu về dinh dưỡng: Tự dưỡng và dị dưỡng

* Điều kiện sống thích hợp: với hầu hết VK là 25 – 350C và độ ẩm bão hoà của đất khoảng 60%

* Kích thước của hầu hết VK là 1μm

* Đối với các VK phân huỷ chất hữu cơ thì thành phần chất

khoáng cần thiết là Nitơ

* Xung quanh rễ cây thường tập trung nhiều vi khuẩn?

* Hoạt động của VK thường kém đi trong đất khô và càng yếu

hơn tại độ ẩm cây héo

* Phần lớn VK thích hợp ở pH = 7 Tuy nhiên chúng có thể hoạt động trong phạm vi rông hơn 4,0 - 9,0

4.3.1.1 Vi khuẩn phân giải các hợp chất không chứa Nitơ

(Hydratcacbon, Lignin)

* Xenluloza:

- Nhóm VK thực hiện: VK ưa khí (họ Spirilaccae) và VK kỵ khí (họ

Bacillaccae với giống Clostridium)

- Nhiệt độ thích hợp: 20 – 30 0 C

- Sản phẩm chung: Axit béo, cacbonic, Hydro và giải phóng năng lượng

C6H12O6 = CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2 + 193 kj

- Nhóm VK ưa khí phân giải Xenluloza rất nhạy cảm với hàm lượng không

khí và độ chua của đất Nếu pH < 5.5 thì VK ngừng hoạt động Sản

phẩm là CO2 và H2O.

- Nhóm VK kị khí có thể chịu được độ axit cao và điều kiện thiếu oxy của

đất Sản phẩm phân giải có thêm CH4 Các loại VK này sử dụng Nitơ ở dạng NH4+ và NO3-

* Lignhin

- Trong điều kiện kỵ khí rất ít bị phân huỷ

Phân giải Cellulose

4.2.1.2 VK chuyển hoá hợp chất chứa Nitơ và cố định Nitơ phân tử

a Quá trình cố định nitơ phân tử

Cơ chế của quá trình rất phức tạp, nhưng có thể

khái quát bằng sơ đồ sau:

+2H +2H +2H

Loài vi sinh vật có khả năng cố định nitơ phân tử

3

Nhóm vi tảo

cố định nitơ.

a Quá trình cố định nitơ phân tử

* Vi khuẩn cố định nitơ cộng sinh :

- Vi khuẩn thực hiện Rizobium

- Đặc điểm: là nhóm vi khuẩn dị dưỡng, háo khí, có khả năng cố định nitơ không khí bằng cách sống cộng sinh với những thực vật bậc cao

và tạo thành ở rễ cây những nốt sần (thường cộng sinh với cây họ

đậu)

-Điều kiện sống:

+ Háo khí, chú ý tỷ lệ nước và không khí

+ pH thích hợp là trung tính hoặc hơi kiềm

Hình: Vi khuẩn cộng sinh

a Quá trình cố định nitơ phân tử ( tiếp)

* Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống tự do

- Azotobacte

+ Là vi khuẩn hiếu khí, không sinh bào tử

+ Khoảng pH tối ưu = 7,2 – 8,2; pH < 5,8 thì nó ngừng hoạt động

+ Nhiệt độ thuận lợi 28 0 C.

+ chất hữu cơ trong đất, các chất khoáng nhất là phôtpho hoà tan, các

nguyên tố vi lượng như Mo, Fe, …ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của Azotobacte

* Khái niệm: Là quá trình phân giải các hợp chất Protit để tạo thành các Amoniac và các hợp chất hữu cơ không chứa đạm.

Sơ đồ biểu diễn quá trình:

Protit Polipeptit Dipeptit Axit Amin

Một phần Axit amin bị các VK hấp thụ, phần lớn còn lại tham gia vào quá trình khử Aminoaxit:

* Điều kiện: pH trung tính; nhiệt độ 20 – 250C và tỉ lệ C/N của chất hữu cơ là 20/1 pH càng tăng thì quá trình càng giảm

c Quá trình Nitrat hoá

* Khái niệm: Là quá trình chuyển NH3 và

NH4+ thành NO3-

* VK tham gia: họ Nitrobacteraceae

(VSV háo khí sống tự dưỡng),

Nitrosomonas

* Điều kiện: Nhiệt độ 25 – 350C, trung

tính hoặc hơi chua, giàu P Ca Mn Fe, đất

có độ thoáng khí cao, độ ẩm 40 – 60% so

với độ trữ ẩm toàn phần

* Yếu tố ảnh hưởng quyết định tới quá

trình này là số lượng và chất lượng CHC

Nếu hàm lượng CHC trong đất < 5% thì

quá trình này bị kìm hãm mạnh

d.Quá trình phản nitrat hoá

* Khái niệm: Là quá trình biến đổi Nitrat thành Nitơ phân tử.

* VK thực hiện: Bacillus denitrificans

Xảy ra theo hai mức:

Mức 1: chỉ một phần axitnitric bị khử thành amoniac

Mức 2: Toàn bộ axit nitric bị khử thành N2

* Điều kiện thích hợp: điều kiện yếm khí, xảy ra mạnh ở đất ngập nước và có phản

4.2.1.3 Một số nhóm vi khuẩn khác

a.Vi khuẩn Lưu huỳnh

S là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng của cây trồng Trong đất nó thường ở dạng một số hợp chất muối vô cơ như CaSO4,

Na2SO4, FeS2, Na2S, … phần lớn ở dạng hữu cơ Trong cơ thể sinh

vật, S nằm trong thành phần của các axit amin như metionin, xystein , protit động vật và nhiều loại enzim quan trọng

Thực vật hút các hợp chất S vô cơ trong đất chủ yếu dưới dạng SO4

2-và chuyển sang dạng S hữu cơ của tế bào

Quá trình chuyển hoá các hợp chất S được chia làm 2 loại:

- Quá trình khử Sunphat

- Quá trình Sunphat hoá

a.Vi khuẩn Lưu huỳnh ( tiếp)

Quá trình khử Sunphat

-VK thực hiện: Desulfovibrio thuộc

loại kỵ khí bắt buộc và khử sunfat

thành sunfua hydro Nguồn chất khử

được lấy từ các hydratcacbon, các

axit hữu cơ, các ion kim loại trong

đất (các hợp chất này cung cấp hydro

* Quá trình Sunphat hoá

- Là quá trình Oxy hoá các hợp chất Sunphua, Lưu huỳnh nguyên tố và các hợp chất lưu huỳnh tới axit H2SO4

-VK thực hiện: Thioploga, Thiobacillus, … là các VK tự dưỡng quang

năng hoặc hoá năng.

- Điều kiện sống: pH 8.5 -1.9

- Sơ đồ phản ứng:

2H2S + O2 = 2HOH + 2S

2S + 3O2 + 2HOH = 2H2SO4 (Thiobacillus thiooxidans)

12FeSO4 + 3O2 + 6HOH -> 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 (T.ferroxidans)

-H2SO4 sinh ra làm pH đất hạ xuống (diệt trừ bệnh thối do Streptomyces gây ra và bệnh ghẻ khoai tây do pH thấp VK gây bệnh không sống được).

* Chú ý cải tạo đất để quá trình Sulfat hóa diễn ra thuận lợi

Các vi khuẩn sắt oxy hoá hợp chất hữu cơ chứa sắt hoá trị II thành hoá trị III để lấy năng lượng.

Trong đất ta gặp các vi khuẩn: Leptothrix, Crenithrix, Galionella

Fe (II) đóng vai trò là nguồn electron cho VSV oxi hoá sắt trong

điều kiện kỵ khí và hiếu khí Fe(III) đóng vai trò chất nhận electron cuối cùng trong điều kiện kỵ khí cho VSV khử sắt

Quá trình này phụ thuộc

chặt chẽ vào thế oxy hoá khử

trong đất

b Vi khuẩn Sắt

c Vi khuẩn Photpho

Các VSV như Clostridium

Pasteurianum và Bacillus

extorquens có vai trò phân

huỷ các chất hữu cơ tạo ra

các axit như axit cacbonic,

axit hữu cơ Chính các axit

này làm chuyển hoá các

chất vô cơ khó tan chứa

photpho như apatit

4.2.1.4 Xạ khuẩn (Actinomycetes)

Xạ khuẩn có cấu tạo nhân đơn giản giống như vi khuẩn Tuy vậy, đa

số tế bào xạ khuẩn lại có cấu tạo dạng sợi, phân nhán phức tạp và có nhiều mầu sắc giống như nấm mốc Có khả năng sinh sản bằng bào

tử

* Ý nghĩa thực tiễn của xạ khuẩn:

- Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất, chúng

tham gia vào quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như xelluloza, tinh bột, … góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

- Tham gia vào quá trình hình thành các axit mùn

- Một vài loại có khả năng cố định Nitơ khi cộng sinh với rễ cây

không thuộc bộ đậu

- Tạo ra chất kháng sinh làm giảm vi sinh vật gây bệnh trong đất đối

4.2.2.1 Nấm trong đất ( Fungi)

* Gồm có các loài nấm đa bào và nấm sợi sinh thể quả lớn

* Nấm trong đất là sinh vật ưa khí, tuỳ theo cách dinh dưỡng có thể chia thành 3 nhóm:

- Nấm hoại sinh

- Nấm ký sinh

-Nấm rễ

* Vai trò:

-Phân giải xác hữu cơ cho đất

- Vai trò trong quá trình mùn hoá

4.2.2 Nấm, tảo, rêu, địa y

* Vai trò

- Tảo có tác dụng là tăng khả năng hoà tan của khoáng vật đặc biệt

là cacbonat, làm tăng tốc độ phong hoá

- Cung cấp lượng lớn chất hữu cơ cho đất

- Một số tảo lục lam có khả năng cố định nitơ tự do

XIN CHÂN THÀNH

CẢM ƠN!