Tiểu luận môn sinh thái đất

đánh giá đất đai, sinh học đất, sinh thái đất, cơ sở hình thành đánh giá đất đai, các hoạt động khai thác sử dụng đất có mục đích, tiểu luận sinh thái đất đai, lâm nghiệp, lâm sinh, khoa học đất, bảo tồn đất, sinh vật trong đất, cải tạo đất, các loại đất, tính chất đất, thành phần của đất

MỞ ĐẦU

Vi sinh vật trong đất rất phong phú, đa dạng Chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau và có vai trò to lớn trong việc phân giải các xác hữu cơ biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho thực vật Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các vòng tuần hoàn trong tự nhiên Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn Hoạt động của hệ vi sinh vật này đã làm cho đất thành một thể sống, nếu biết được hệ vi sinh vật đất có thể đánh giá được tính chất cơ bản của đất và quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật

Hoạt động của vi sinh vật đất đóng vai trò rất lớn trong quá trình định hình đất, làm tăng độ phì cho đất Đặc biệt là các vi khuẩn cố định nitơ của không khí, chuyển hóa cacsbon, nito, photpho, lưu huỳnh và những nguyên tố khác từ các dạng không tiêu hóa sang dễ tiêu hóa đối với thực vật Do vậy chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất của tự nhiên Để hiểu vai trò của vi sinh vật đất trong việc chuyển hóa các chất em

làm tiểu luận “ Vi sinh vật đất và vai trò của chúng trong chu trình sunfua,

chu trình Fe”

NỘI DUNG

I. VI SINH VẬT

1.1. Khái niệm

Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào hoặc đa bào nhân sơ hoặc nhân thực có kích thước rất nhỏ, không quan sát được bằng mặt thường Thuật ngữ

vi sinh vật không tương đương với bất kỳ đơn vị phân loại nào trong phân loại khoa học Nó bao gồm cả virus, vi khuẩn, nấm, tảo, nguyên sinh động vật 1.2. Các loại vi sinh vật

Vi sinh vật có khoảng trên 100 nghìn loài bao gồm 30 nghìn loài động vật nguyên sinh, 69 nghìn loài nấm, 1.2 nghìn loài vi tảo, 2.5 nghìn loài vi khuẩn lam, 1.5 nghìn loài vi khuẩn, 1.2 nghìn loài virus và ricketxi

Những loại vi sinh vật chính có thể được gom vào những nhóm sau:

- Virus

- Archaea

- Vi khuẩn

- Xạ khuẩn

- Vi nấm

- Vi tảo

1.3. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất

Đất là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sống và phát triển

Các nhóm vi sinh vật cư trú trong đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh động vật Trong đó vi khuẩn là nhóm chiếm nhiều nhất về số lượng chúng bao gồm vi khuẩn háo khí, vi khuẩn kị khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng

Các nhóm vi sinh vật trong đất thường xuyên có liên quan với nhau: tác động tương hỗ lẫn nhau hoặc chống đối nhau

Số lượng và thành phần vi sinh vật trong đất thay đổi khá nhiều Ở nơi đất nhiều chất hữu cơ, giàu chất mùn có độ ẩm thích hợp vi sinh vật phát triển mạnh, ví dụ ở đầm lầy, ao hồ…

Số lượng vi sinh vật thay đổi theo độ sâu của đất

Còn ở những nơi đất đá, đất có số lượng và thành phần vi sinh vật ít hơn Lợi dụng sự có mặt của vi sinh vật trong đất mà người ta phân lập, tuyển chọn, đồng thời duy trì những chuyển hóa có lợi phục vụ cho cuộc sống

II. CHU TRÌNH SUNFUA

Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14 trong vỏ Trái Đất, là thành phần rất quan trọng trong cấu trúc sinh học như các axit amin, cystein, metionin và chu trình của nó đóng vai trò thiết yếu trong việc điều hòa các muối dinh dưỡng khác như oxy, phốt pho Trung tâm của chu trình lưu huỳnh có liên quan với sự thu hồi sunphat (SO2-) của sinh vật sản xuất qua rễ của chúng và

sự giải phóng và biến đổi của lưu huỳnh ở nhiều công đoạn khác nhau, cũng như những biến đổi dạng của nó, bao gồm sunphua hydryl (-SH), sunphua hydro (H2S), thiosunphat (SO2-) và lưu huỳnh nguyên tố Tương tự như chu trình nitơ, chu trình lưu huỳnh rất phức tạp, song lại khác với chu trình ni tơ ở chỗ

nó không lắng đọng vào những bước "đóng gói" riêng biệt như sự cố định đạm, amon hóa

2.1 Vòng tuần hoàn lưu huỳnh trong tự nhiên

Cũng như photpho, lưu huỳnh là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng nhất của cây trồng

Trong đất S thường ở dạng vô cơ ( CaSO4, Na2S…) và ở dạng hữu cơ Trong cơ thể sinh vật, S nằm trong thành phần của các acid amin ( metionin, xystein và trong nhiều loại ezim quan trọng

Thực vật hút các hợp chất vô cơ trong đất chủ yếu dưới dạng SO4 2- và chuyển sang dạng S hữu cơ của tế bào

Động vật và người sử dụng thực vật làm thức ăn và cũng biến S thực vật thành S của động vật và người Khi động, thực vật chết đi để lại lưu huỳnh hữu cơ trong đất, S hữu cơ sẽ chuyển hóa thành H2S

H2S và các hợp chất vô cơ khác bị oxy hóa bởi các vi sinh vật tự dưỡng thành S và SO4 2- SO4 2- lại được thực vật hấp thụ, cứ thế vòng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh diễn ra liên tục Trong đó các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng không thể thiếu được

2.2 Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh

Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng

Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng quang năng

Sự khử các hợp chất S vô cơ do vi sinh vật

* Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng

2H2S + O2 → 2H2O + 2S + Q

S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + Q

Axit sinh ra làm PH của đất hạ xuống Năng lượng sinh ra trong quá trình oxy hóa được các vsv đồng hóa CO2 tạo thành đường

Một ít hợp chất hữu cơ dạng S được đồng hóa tạo thành S hữu cơ tế bào

vi khuẩn ( thiobacillus thioparus và thiobacillus thioxidans )

Ngoài ra vi khuẩn begiatra minima có thể oxy hóa H2S tạo thành S tích lũy trong tế bào Trong đk hiếu khí H2S các hạt S sẽ được oxy hóa đến khi S

dự trữ hết thì vk chết hoặc ở trạng thái tiềm sinh

Một số vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S tạo thành SO4 2-

H2S đóng vai trò là chất cho điện tử trong quá trình quang hợp

Các vi khuẩn họ thiodaceae chlorobacteriae thường oxy hóa H2S tạo C6H12O6, S, H2SO4 ở nhóm vi khuẩn trên S được hình thành không tích lũy trong cơ thể mà ở ngoài môi trường

Đây là quá trình phản sulfat hóa Quá trình này được tiến hành kỵ khí, ở những tầng nước sâu

C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO2 + 3H2S + Q

Đóng vai trò cung cấp hidro trong quá trình khử SO4, H2SO4 bị khử dần tới các sơ đồ sau:

H2SO4 → H2SO3 → H2SO2 → H2SO → H2

Qúa trình khử sulfat dẫn đến việc tích lũy H2S trong môi trường làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến đời sống của thực vật và động vật

Chu trình lưu huỳnh trong sinh quyển diễn ra cả ở 3 môi trường: đất, nước và không khí, trong cả điều kiện yếm khí và kỵ khí Chìa khóa của quá trình vận động là sự tham gia của các vi khuẩn đặc trưng cho từng

- Sự chuyển hóa của hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, rồi

từ đó sang sunphat (SO42-) do hoạt động của vi khuẩn lưu huỳnh không

- Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại do sự phân giải của vi

- Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit là nhờ hoạt

Chu trình lưu huỳnh trên phạm vi toàn cầu được điều chỉnh bởi các mối

tương tác giữa nước - khí - trầm tích và của các quá trình địa chất - khí hậu - sinh học

2.3 Vai trò của vi sinh vật trong chu trình lưu huỳnh

Tham gia vào chu trình chuyển hóa lưu huỳnh trong tự nhiên

Tạo nguồn năng lượng sơ cấp cho hệ sinh thái

Cùng với thực vật đưa lưu huỳnh vào protein

Góp phần điều hòa các chu trình khác như chu trình N, P, C…

Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh: trong đất, N và S ở dạng hữu cơ là chủ yếu cho nên cây trồng không đồng hóa được muốn đồng hóa được phải vô cơ hóa

- Sự chuyển hóa của hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, rồi

từ đó sang sunphat (SO42-) do hoạt động của vi khuẩn lưu huỳnh không màu

- Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại do sự phân giải của vi

- Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit là nhờ hoạt động của vi khuẩn

-Vô cơ hóa lưu huỳnh hữu cơ lưu huỳnh ở 3 dạng sau: axit amin có S, sunfat hữu cơ và este sunfuric của hidratcacbon và lipit, S hữu cơ gắn chặt trong các phần axit humic và phần khoáng

-VSV phân giải lưu huỳnh hữu cơ và cơ chế phân giải: vd VSV Proteus, Seratia, Pseudomonas, Closridum, Aspergillus, Microsporum…

-Cơ chế: Disunfoxidecystin → Axit cystein → Axit cysteic

Quá trình oxi hóa hợp chất lưu huỳnh vô cơ

VSV oxi hóa lưu huỳnh vô cơ có 4 nhóm:

-VSV hóa năng dinh dưỡng

-VSV hóa năng hữu cơ dinh dưỡng

-VSV hoa năng dinh dưỡng thuộc họ Beggiatoaces

-VSV hóa năng dinh dưỡng

Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa S: đất bão hòa nước

III. CHU TRÌNH SẮT

Trong sinh thái học hoặc khoa học Trái Đất, chu trình sắt (Fe) là chu trình sinh địa hóa của sắt qua các địa mạo, khí quyển, và đại dương Chu trình sắt gây ảnh hưởng tới quá trình lắng đọng bụi và tính sinh khả dụng của sắt aerosol

Sắt có số oxi hóa từ -2 tới +7; tuy nhiên, trong lớp vỏ Trái Đất nó chủ yếu ở dạng oxy hóa-khử +2 (sắt (II)) hoặc +3 (sắt (III))

Sự tuần hoàn của sắt giữa dạng sắt (II) và sắt (III) được gọi là chu trình sắt Quá trình này thì có thể hoàn toàn vô sinh (không dính dáng tới sinh vật sống), hoặc có thể được các vi sinh vật làm cho trở nên dễ dàng hơn

Một số ví dụ như gỉ của kim loại mang sắt (trong trường hợp này Fe2+ bị oxy hóa một cách vô sinh thành Fe3+) bởi oxy, và bị khử vô sinh từ Fe3+ xuống

Fe2+ bởi các khoáng chất sắt sắt sunfua

3.1 Chuyển hóa sắt của vi sinh vật

Chu trình sắt cũng có thể được trợ giúp bởi các vi sinh vật, ví dụ như bởi vi khuẩn oxy hóa sắt, thứ có thể oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, lấy đi một electron từ chu trình này để biến thành năng lượng Vi khuẩn khử sắt có thể khử Fe3+ trở lại Fe2+ bằng cách tận dụng nó như một chất nhận electron cuối cùng

- Hai dạng thế khử chính của sắt trong tự nhiên là Fe2+ và Fe3+ phụ thuộc vào pH và O2

- Fe3+ : chỉ tan trong nước ở pH axít hoặc ở dạng phức hợp với các hợp chất hữu cơ; bị khử thành Fe2+ bằng phản ứng hóa học hoặc bởi vi sinh vật

- F2+ bị ôxi hóa bởi O2 thành Fe3+

+ Bền trong điều kiện không có O2 hoặc trong môi trường có O2 ở pH axít

+ Trong không khí ở pH axít, Fe2+ là chất cho điện tử của vi sinh vật (Thiobacillus ferrooxidans) tạo Fe3+

+Chuyển hóa sắt của VSV: oxi hóa Fe2+ và khử sắt (fer-feique), hòa tan sắt

Gồm có các VSV: Gallionella, Leptothrix, Sphaerotillus, Crenothrix, Thiobacillus…

3.2 Vai trò của vi sinh vật trong chu trình sắt

- Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, lấy đi một electron từ chu trình này để biến thành năng lượng Vi khuẩn khử sắt có thể khử Fe3+ trở lại Fe2+ bằng cách tận dụng nó như một chất nhận electron cuối cùng

KẾT LUẬN

Hoạt động của vi sinh vật đất đóng vai trò rất lớn trong quá trình định hình đất, làm tăng độ phì cho đất Đặc biệt là các vi khuẩn tham gia vào các chu trình chuyển hóa lưu huỳnh, sắt, photpho, nito và những nguyên tố khác từ các dạng không tiêu hóa sang dễ tiêu hóa đối với thực vật Do vậy chúng ta cần phải tạo điều kiện cho các vi sinh vật có ích phát triển

Trong các hoạt động cải tạo đất đai, hoạt động sản xuất nông, lâm nghiệp cần chú sử dụng các loại phân bón phù hợp với từng loại đất, sử dụng các biện pháp canh tác hợp lý sẽ tạo điều kiện cho các sinh vật có ích phát triển, đồng thời hạn chế hoạt động của các vi sinh vật có hại