Vi sinh vật đất P7

SỰ CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT TRONG ĐẤT RUỘNG NGẬP NƯỚC ---oOo--- Điểm khác biệt cơ bản giữa hệ sinh thái ruộng ngập nước và hệ sinh thái đất rẫy là ở ruộng ngập nước, đất trở thành yếm khí..

đại học cần thơ

đại học cần thơ khoa nông nghiệp khoa nông nghiệp khoa nông nghiệp

giáo trình giảng dạy trực tuyến

Đường 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

Vi i i sinh vật sinh vật sinh vật đất đất đất

Chương 7:

Sự chuyển hóa vật chất trong đất ruộng ngập nước

CHƯƠNG VII

SỰ CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT TRONG ĐẤT RUỘNG NGẬP NƯỚC

-oOo -

Điểm khác biệt cơ bản giữa hệ sinh thái ruộng ngập nước và hệ sinh thái đất rẫy là ở ruộng ngập nước, đất trở thành yếm khí Trong điều kiện yếm khí qúa trình khử và lên men trở thành ưu thế

Trong chương này, chúng ta nhìn tổng quát lại các hóa trình khử và lên men

do vi sinh vật, ảnh hưởng đến sự chuyển hóa vật chất trong đất ruộng ngập nước

I ĐO TÌNH TRẠNG CỦA ĐẤT RUỘNG NGẬP NƯỚC

Chúng ta đã biết, ở đất ruộng ngập nước, đất không tiếp xúc trực tiếp với không khí do lớp nước trên mật ngăn cản.Oxy có thể khuyếch tán trong nước, tuy nhiên lượng oxy trong nước rất giới hạn, do đó chỉ có lớp đất mặt là được cung cấp oxy Lớp này rất mỏng, dày khoảng vài mm và được gọi là tầng oxy hóa Tầng đất bên dưới, không được cung cấp oxy, vi sinh vật háo khí tiêu hao hết oxy dự trữ, nên trở thành tần khử (hình7.1)

Để đo các tầng oxýt hóa hoặc khử của đất ruộng ngập nước, chúng ta có thể

đo điện vị của nó Ở đất rẫy, điện vị trong đất dễ thay đổi và biên độ biến động thường nhỏ, khoảng 200 - 300 mV Trong khi đó ở đất ngập nước, biên độ biến động lớn, khoảng 800 - 900 mV, nên các trị số đo được tương đối an định Trị số điện vị (Eh) được tính bằng volt (V) hoặ milivolt (mV)

Ở ruộng khô trị số Eh vào khoảng cộng +600 mV Sau khi cho ngập nước trị số

Eh của tầng oxy hóa giảm trong 10 ngày đầu, và sau đó tăng dần và giữ nguyên ở trị số cũ Trong khi đó trị số Eh ở tầng khử giảm rất nhanh ở 10 ngày đầu và sau đó giữ ở mức rất thấp, khoảng -200 mV (hình 7.2) Như vậy lớp đất mặt sau thời một thời gian trở lại trạng thái oxy hóa, có tầng bên dưới vẫn giữ nguyên tình trạng khử

Nếu đo điện vị ở nhiều nơi khác nhau trong tầng khử thì trị số Eh đo được thường biến động trong phạm vi mV như vậy tình trạng khử không xảy ra đồng nhất tuyệt đối trong đất

74

II CÁC QUÁ TRÌNH KHỬ TRONG RUỘNG NGẬP NƯỚC

- Sau khi cho nước vào ngập đất, trước tiên nhận thấy oxy trong đất bị tiêu hao Quá trình này xảy ra do sự hô hấp của các vi sinh vật háo khí Chúng lấy oxy trong đất để hô hấp, do đó oxy bị tiêu hao dần

- Sự tiêu hao oxy này chấm dứt sau một vài ngày Tiếp đến là quá trình khử

oxy Đây là sự hô hấp nitrat của vi sinh vật (hô hấp yếm khí) Trong quá trình này

nitrat không xảy ra trong giai đoạn hô hấp háo khí Các vi sinh vật này lấy oxy của đất để hô hấp trong điều kiện đất thoáng khí và chỉ lấy oxy của nitrat để hô hấp trong điều kiện đất đã chuyển sang tình trạng khử Nếu đất có nhiều nitrat, quá trình khử của đất chậm lại, Eh được duy trì khoảng 400-200 mV, đồng thời các quá trình khử các ion Mn++++, Fe+++, SÕ , không xảy ra Như vậy quá trình khử nitrat được xem là giai đoạn kế của quá trình hô hấp háo khí và xảy ra trước quá trình khử các ion khác

(MnO2) vào đất thì quá trình khử Fe+++ và SO4 chậm lại Ngoài ra như ở hình 7.3,

Từ các kết quả này có thể kết luận quà trình khử Mn++++ xảy ra trước quá trình khử Fe+++

- Tiếp đến quá trình khử Fe+++

- Sau cùng là quá trình khử SO quá trình khử SO4 được xem là bất đầu xảy

ra khi Eh dưới 150mV

Tóm lại trong đất ruộng ngập nước, diễn tiến của các quá trình khử là:

III QUÁ TRÌNH PHÁT SINH KHÍ METAN TRONG RUỘNG NGẬP NƯỚC:

Ở lớp đất sâu dưới 1 cm, nhận thấy sau 2 ngày kể từ khi bắt đầu ngập nước,

acetic tăng lên, tiếp theo nhận thấy có sự phát sinh của khí metan (CH4)

Quá trình phát sinh khí metan là quá trình hô hấp yếm khí của vi sinh vật Trong quá trình này, các chất như đạm, chất đường, bị phân giải thành các acid hữu

cơ như acid acetic, acid propionic, acid butyric, Các acid này được nhóm vi khuẩn hóa metan phân giải tiếp thành metan (Hình 7.4)

Thí nghiệm về phản ứng sinh hóa trong quá trình phát sinh khí metan được thực hiện bằng cách cho các chất acid acetic, CO3NO2 được đánh dấu bằng C14 vào đất ngập nước đang ở trong tình trạng phát sinh kjhí metan Ghi nhận các chất sinh

ra có chứa C14 để suy ra các bước chuyển hóa Kết quả cho thấy sự chuyển hóa của gốc metyl của acid acetic thành khí metan là quan trọng hơn cả Ngoài ra một phần

Sự sinh thành khí metan tùy thuộc vào các chất cần cho quá trình lên men, và còn tùy thuộc vào lượng Fe+++ trong đất Đất có nhiều oxít Fe tự do, quá trình phát sinh khí metan bị chậm lại và lượng khí metan cũng bị giảm

IV HOẠT TÍNH CỦA VI SINH VẬT VÀ CÁC HÓA TRÌNH CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT TRONG ĐẤT RUỘNG NGẬP NƯỚC

Một cách tổng quát, ở điều kiện yếm khí, hoạt động của vi khuẩn chiếm ứu thế hơn nấm và xạ khuẩn

Các giống vi sinh vật liên quan đến quá trình khử được đề cặp ở các chương trước Ở đây chỉ tóm gọn lạivới hoạt tính của chúng

Quá trình khử nitrat do "vi khuẩn khử N" (denitrifying bacteria), như Pseudomonas, Bacillus, Achromobacter, vv Nhóm vi khuẩn này là vi khuẩn háo khí, nhưng ở điều kiện yếm khí, chúng co thể lấy oxy của nitrat để hô hấp Gập diều kiện thoáng khí, các vi khuẩn này hô hấp bằng oxy của không khí là chính

Quá trình khử So4 cũng là hô hấp hiếm khí ( còn gọi là hô hấp sulfat) Vi

76

nhân điện tử trong sự hô hấp hiếm khí của chúng Quá trình này cũng còn do phản ứng của các men mà vi khuẩn tiết ra

Quá trình khử mangan chủ yếu do phản ứng với các men do vi khuẩn tiết ra

Cuối cùng vi khuẩn sinh khí metan là Methanobacterium barkerii, vi khuẩn này phân giải êtanol và acid acetic thành khí mêtan, và vi khuẩn M Omelianskii phân giải acid butyric và acid propyonic thành khí metan (bảng 7.1)

Bảng 7.1: Các quá trình chuyển hóa vật chất trong đất ruộng, ngập nước và hoạt tính của vi sinh vật tham gia