<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

đại học cần thơ

đại học cần thơ

đại học cần thơ

đại học cần thơ ---- khoa nông nghiệp

khoa nông nghiệp

khoa nông nghiệp

khoa nơng nghiệp

giáo trình giảng dạy trực tuyn

Đờng 3/2, Tp. Cần Thơ. Tel: 84 71 831005, Fax: 84 71 830814

Website: email: ,

V

V

V

Vi

i

i

i sinh vật

sinh vật

sinh vật

sinh vật đất

đất

đất

đất

Ch

−

¬ng 6:

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

CHỈÅNG VI.

SỰ CHUYỂN HỐ CÁC CHẤT VƠ CƠ TRONG ĐẤT BỞI VI SINH VẬT
---oOo---

I. SỰ CHUYỂN HÓA LÂN TRONG ĐẤT DO VI SINH VẬT
1. Chất P và chu trình chất P trong đất;

Trong đất, chất P hiện diện dưới 2 dạng: chất P hữu cơ và chất P vô cơ.

Chất P hữu cơ tồn tại trong xác bã thực vật và trong vi sinh vật. Trong xác bã thực
vật, chất P nằm trong hợp chất hữu cơ như: phytin, phôsphôlipid, Acid nuclêic, các

nuclêơprơtêin, các chất đường có chứa P, các men (phân hóa tố, cơenzyme) và các hợp
chất khác ( hình 6.1).

Hình 6.1: Cấu tạo phân tử của một số hợp chất chứa P trong xác bả thực vật.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Trong tế bào vi sinh vật, phần lớn P là hợp chất trong acid nuclêic của vi sinh vật,
các hợp chất khác trong nguyên sinh chất như các orthơphosphat, metaphosphat, đường
có chứa P và các men có chứa P. 15-25% chất P trong tế bào vi sinh vật ở dưới dạng hợp
chất acid đễ tan.

Trong đất từ 25-85% chấP ở dưới dạng P hữu cơ. Lượng P hữu cơ biến động mạnh
theo chiều sâu của đất, càng xuống sâu, lượng P hữu cơ càng giảm.

P vô cơ trong đất thường là những phosphat như phosphat calci, phosphat sắt
hoặc phosphat nhôm, thường ở dạng khó tan. Trong đất trung hòa và kiềm, phosphat
calci ưu thế hơn; và trong đất chua, phosphat sắt và phosphat nhôm ưu thế.

Các dạng P kể trên đây, cả hữu cơ lẫn vô cơ, cây trồng không thể hút trực tiếp được.
Chúng phải chuyển hóa ra dạng P₂O₅ vơ cơ dễ tan, cây trồng mới hấp thụ được. Vi sinh
vật giữ vai trị quan trọng trong sự chuyển hóa các dạng của chất P trong đất.

Trong thiên nhiên chất P được chuyển hóa theo một chu trình khép kín như trong
hình 6.2.

2. Sự hóa khống chất P hữu cơ:

a. Các chất hữu cơ chứa P sẽ được vơ cơ hố do các men, tiết ra từ vi sinh vật
trong đất. Trong quá trình sống của chúng, vi sinh vật cần phân hủy các chất hữu cơ
thành ra các 1ường đơn để lấy C cần cho sự phát triển củ chúng. Trong quá trình phân
hủy này, nhờ các men của vi sinh vật tiết ra, các hợp chất hữu cơ có chứa P, phóng thích P

với dạng phosphat.

Như trong sự phân hủy acid phytic, vi sinh vật tiết ra men phytaz, nhờ men này
acid phytic được phân ra làm một phân tử inôsitol và 6 phân tử H₃PO₄.

Các vi sinh vật tham gia trong q trình này có thể kể: Aspergillus, Penicillium,
Rhizopus, Cunninghamella, Arthrobacter và Bacillus.

Phytin cũng được phân hủy như trên vì phytin là một muối calci và magnê của
acid phytic.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

b. Sự chuyển hóa các Lân hữu cơ sang lân vô cơ trên đây xảy ra nhanh hay
chậm tùy thuộc vào một số yếu tố của môi trường như:

- Nhiệt độ: dưới 30o C sự chuyển hóa này xảy ra hơi chậm. Sự chuyển hóa tăng
nhanh ở nhiệt độ trên 30o C. Như vậy nhóm vi sinh vật giữ vai trị chuyển hố này có
khuynh hướng thích nhiệt độ cao.

- pH của môi trường: Ở mơi trường kiềm sự phóng thích P vơ cơ nhanh hơn ở môi

trường chua.

- Chất hữu cơ trong môi trường: Ở đất chứa nhiều mùn hoặc nhiều chất hữu cơ,
phosphat được phóng thích nhanh hơn. Trong chất mùn, các acid nuclêic được chuyển
hóa nhanh hơn va phytin là chất được chuyển hóa chậm nhất (bảng 6.1).

Bảng 6.1: Sự hóa khống chất lân hữu cơ ở một số vật chất được chôn vào đất, do vi sinh
vật trong đất ( Pearson và ctv, 1941).

Chất được chôn Lân hữu cơ Lân vô cơ dễ tan (ppm)

vào đất (%) 0 ngày 5 ngày 45 ngày 90 ngày
Rơm cây lúa mạch 0,060 44,5 45,5 52,5 49,9
Thân lá cỏ alfalfa 0,115 47,0 43,5 47,5 48,0
Hột đậu nành 0,526 28,5 32,0 41,5 45,5
RNA 7,80 25,5 79,0 56,0 62,5
Phytin 19,10 25,5 24,0 40,0 65,0
Đối chứng (không

thêm vật chất vào)

- 24,0 27,0 30,5 33,0

- Chất đạm và carbon trong đất: Sự hoá khoáng chất P hữu cơ xảy ra nhanh ở đất
có sự hóa NH₃ (ammonification) mạnh. Sự hóa NH3 xảy ra mạnh hơn sự hóa khống chất
P từ 8 - 15 lần. Tương tự cũng có mối tương quan giữa sự hóa khống chất C ( phóng thích
CO₂) và P hữu cơ, và tỉ lệ của hai sự hóa khống này vào khoảng từ 100 đến 300:1. Người
ta nhận thấy rằng sự6 hóa khống của 3 chất C:N:P: do vi sinh vật, cũng cùng tỉ lệ với sự
hiện diện của 3 chất này chứa trong chất mùn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Chất lân dễ tan sinh ra trong quá trình khống hóa lân hữu cơ một phần sẽ được
cây hấp thụ, phần cịn lại bị chuyển hóa ra dạng lân vơ cơ khó tan và bị bất động do vi
sinh vật sử dụng.

Vi sinh vật trong đất cần P để cấu tạo các chất trong tế bào của chúng. Do đó vi
sinh vật cần lấy P từ môi trường chung quanh cùng lúc với C và N. Ở đất thiếu P, vi sinh
vật phát triển rất kém và lôi kéo theo sự chuyển hóa C vàN cũng chậm lại. Ở nơi này, nếu
bón thêm P vơ cơ hoặc là chất hữu cơ sẽ làm gia tăng sự phát triển của tập đoàn vi sinh
vật trong đất một cách rõ rệt, đồng thời cũng lôi keo nhau sự khoáng hoá C vàN.

Vi sinh vật cần hấp thu P để cấu tạo nên acid nuclêic, phôsphôlipid và các chất
khác chứa P trong nguyên sinh chất của chúng. Chất P tích lũy trong vi sinh vật sẽ
khơng được cây sử dụng.

Do đó trong đất có nhiều vi sinh vật cũng có sự cạnh tranh chất P của tập đoàn vi
sinh vật và cây trồng. Ở đất thiếu P nếu bón nhiều chất hữucơ và N, tập đoàn vi sinh vật
phát triển mạnh, vi sinh vật sẽ cạnh tranh P với cây trồng. Hậu quả là năng suất cây trồng
bị giảm sút. Trong trường hợp này chúng ta cần cung cấp thêm P để đáp ứng đủ yêu cầu
của cây trồng và sự phát triển của vi sinh vật.

Tuy nhiên, chất P được vi sinh vật hấp thusẽ được tíïch lũy dưới dạng P hữu cơ, và
sẽ được chuyển hóa ngược lại khi vi sinh vật chết đi. Do đó P ở dạng này khơng bị mất đi,
mà chỉ bị bất động (immobilization) trong một khoảng thởi gian.

Lượng chất P bị bất động có thể khá quan trọng tùy thuốc vào tỉ lệ C/P và N/P
của chất hữu cơ thêm vào đất. Trường hợp vùi phân của gia súc vào đất, sự phát triển của
vi sinh vật không đưa đến sự bất động P vì trong trường hợp này tỉ le65 C/P và N/P
tương đối cân đối. Ngược lạinếu vùi rơm rạ vào đất mà khơng bón thêm phân P, hậu quả
của hiện tượng bất động P sẽ xảy ra. Người ta có thể tính một cách tương đối, khi vùi
chất hữu cơ vào đất, hiện tượng khoáng hóa P hữu cơ để cung cấp P dễ tiêu chỉ xảy ra khi
tỉ lệ C/P nhỏ hơn 200/1. Trường hợp này chất hữu cơ có thừa P cho cho vi sinh vật sử
dụng nên phân hữu cơ thừa sẽ được khống hóa. Và tỉ lệ C/P lớn hơn 300/1 thì hiện
tượng bất động P sẽ trở nên ưu thế.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Như vậy, khi bón phân cho cây trồng chúng ta cần quan tâm đến sự cân bằng giữa
C,N và P vì khi lệch cân bằng, năng suất cây trồng chẳng những không gia tăng mà còn
bị giảm sút. Trường hợp này xảy ra rất rõ nét ở ruộng lúa thiếu P, mà chỉ bón phân N
thuần túy, hoặc chôn vùi rơm rạ vào đất mà không bón thêm P. Ở đây sự giảm sút năng
suất là hậu quả của nhiều hiện tượngphức tạp xảy ra, mà trong đó hiện tượng bất động
hầu hết P hữu cơ chứa trong rơm rạ, vốn đã quá ít, là một.

4. Sự chuyển hóa lân vơ cơ khó tan thành dạng dễ tiêu:

Trong đất P vơ cơ khó tan có thể được vi sinh vật chuyển hóa thành dạng P dễ tiêu.
Phần lớn vi sinh vật trong đất có khả năng này. Có đến 1/10 đến phân nữa chủng vi
khuẩn phân lập được từ đất có khả năng chuyển hóa P khó tan thành P dễ tiêu. Nấm và
vi khuẩn có khả năng này, gồm có: Penicillium, Sclerotium, Aspergillus, Pseudomonas,
Mycobacterium, Micrococcus, Flavobacterium, Thiobacillus,vv...

Các nấm và vi khuẩn này ni trong mơi trường dinh dưỡng có chứa apatit
(Ca₃(PO₄)₂), hoặc trong môi trường có chứa đá P nghiền mịn, có thể phân hủy để hấp
thu P cần cho nhu cầu phát triển của mình, mà cịn thừa lượng P dễ tiêu để cung cấp cho
mơi trường chung quanh. Hiện tượng này có thể thấy được trong dĩa petri, vì dung dịch
dinh dưỡng đặc (có thạch) bị đục vì P khó tan lơ lững trong dung dịch. Chung quanh
các khuẩn lạc của vi khuẩn hoặc nấm kể trên sẽ có quầng trong, là nơi mà P khó tan bị
chuyển hóa sang dạng tan được và được vi sinh vật ấy hấp thu được một phần.

Các vi sinh vật này tiết ra các acid hữu cơ, và cụ thể đối với vi sinh vật hóa tự
dưỡng có khả năng oxy hóa Nh4 hoặc Oxy hóa S, thì các dạng hữu cơ này là acid nitric
và acid sulfuric. Các acid này tác dụng lên apatit để cho ra dibasic phosphat và
monobasic phosphat là các dạng P vô cơ dễ tiêu. Các nghiên cứu cho thấy sự xuất hiện
các acid hữu cơ này xảy ra cùng lúc với xuất hiện P dễ tiêu. Có nghĩa là, ngay khi vi sinh
vật tiết ra các acid hữu cơ, các acid này tác dụng trên P khó tan và cho ra ngay P dễ tiêu.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Ở đất ruộng phèn, hhầu hết P đều ở dạng phosphat sắt hoặc nhôm, lúa không
hâ1p thu được. Trong điều kiện này việc bón phân chuồng, hoặc chôn vùi rơm rạ (cung
cấp chất hữu cơ) kết hợp với bón N,P và vơi để giúp vi sinh vật phát triển, sẽ giúp cây từ
từ P bị cố định sang dạng dễ tiêu, cung cấp cho lúa. Sự chuyển hóa này khá chậm nên tự
nó khơng cung cấp đủ P cần thiết cho nhu cầu của lúa ( do đó vẫn phải bón thêm P).

Tóm lại, trong đất P ở dưới dạng hợp chất P hữu cơ. Vi sinh vật chuyển hóa P hữu
cơ thành P vơ cơ dễ tiêu, cây hấp thu được. Bên cạnh đó vi sinh vật cũng hấp thu một
lượng P cần thiết cho sự phát triển của chúng. Khi chết, P trong vi sinh vật được trả lại đất
và được chuyển hóa ngược lại thành P dễ tiêu. Mặt khác, P còn được tồn trữ trong đất
dưới dạng P vơ cơ khó tan như phosphat calci, sắt và nhôm. Dưới tác dụng của vi sinh
vật, P khó tan này có thể chuyể hóa sang dạng P khó tiêu. Q trình chuyển hóa này có
thể tóm lược theo sơ đồ ở hình 6.4.

II. SỰ CHUYỂN HĨA CHẤT KALI TRONG đẤT DO VI SINH VẬT:

Kali là chất thứ 3 Rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Trông đất, kali ở
dưới dạng các hợp chất hữu cơ chứa kali trong xác bã thực vât và trong tế bào vi sinh
vật, dưới dạng kali dễ tiêu được giữ trong các phiến sét hoặc trong dung dịch của đất và
dưới dạng kali khó tan trong đất tương đối nhỏ so với kali dễ tan, vào khoảng 1/3 kali
tổng số.

Vai trò của vi sinh vật trong sự chuyển hóa kali trong đất tương đối kém so với C,
N và P. Trong đất vi sinh vật giữ 2 vai trò đối với sự chuyển hóa kali:

1. Chuyển hóa kali khó tan thành dạng dễ tiêu:

Một số vi sinh vật có khả năng phân hủy aluminosilicat kali để phóng thích kali
chứa trong ấy cho cây sử dụng. Alcksandrov và cộng tác viên (1950) làm thí nghiệm với
loài vi khuẩn Bacillus silicous, trên cây bắp và lúa mì trồng trong đất thanh trùng là đất
có và đất chủng vi khuẩn . Kết quả trên đất có chủng vi khuẩn B. silicous và khơng bón
Kali, cả bắp và lúa mì đều gia tăng nâng suất tương ứng với một lơ trồng ở đất có thanh
trùng và có bón thêm kali.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Các vi sinh vật có khả năng tiết ra các acid hữu cơ kể trên đều có khả năng phóng
thích kali khỏi hợp chất aluminosilicat.

2. Bất động kali

Vi sinh vật còn cần kali để cấu tạo tế bào. Do đó trong q trình phát triển, vi sinh
vật hấp thu 1 số lượng kali trong đất cần thiết cho nó. Kali này chuyển thành kali trong
hợp chất hữu cơ. Cây không sử dụng được lượng kali này. Tuy nhiện vi sinh vật sẽ trả lại
đất khi chết.

III. SỰ CHUYỂN HÓA S TRONG ĐẤT DO VI SINH VẬT
1. Chu trình của S và S trong đất:

Trong thiên nhiên lưu huỳnh có mặt trong khí quyển, trong nước và trong đất.
Lưu huỳnh ln ln chuyển hóa theo 4 giai đoạn.

- Giai âoản họa khoạng.

- Giai đoạn oxy hoá lưu huỳnh.
- Giai đoạn khử của S.

- Giai đoạn bất động của S.

Bốn giai đoạn này xảy ra tùy theo điều kiện của môi trường và tùy theo giai đoạn
trước đó của S (hình 6.5).

Trong đất, S hiện diện trong xác bã thực vật, phân của động vật, phân bón hóa học
và trong nước mưa. Trong chất mùn, S ở trong các acid amin, được phân hủy từ các
prôtêin của xác bã thực vật, và thường là:

- Cystein : HOOCCHNH₂CH₂SSCH₂CHNH₂COOH
- Cystein : HSCH₂CHNH₂COOH

- Methionin: H₃CSCH₂CH₂CHNH₂COOH

Ngồi ra, trong đất, S cịn có thể tồn tại dưới các dạng như sulfat, sulfid, thiosulfat,
thioure, tetrathionat hoặc trong các glucosid và trong các alkaloid.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

2. Sỉû họa khoạng cuía S:

Trong đất, S hữu cơ bị vi sinh vật làm cho chuyển hóa sang các dạng S vơ cơ. Tùy
theo điều kiện của môi trường chất sinh ra do qúa trình khống hóa của S có khác nhau.

Trong điều kiện thống khí, vi sinh vật phân hủy để sử dụng một phần, phần còn
lại được chuyển hóa thành sulfat (SO----). Thí dụ như cystein và cystin trong đất là 2 acid
amin rất dễ được chuyển hóa trong đất thống khí. Đầu tiên cystein được oxy hóa
(khơng có tác dụng của vi sinh vật) thành cystin. Kế đó S của cystin được phân hủy tiếp
để cho ra sulfat, qua 2 chất trung gian là cystin disulfoxid và cystin, acid sulfinic, theo
phản ứng sau:

Các giai đoạn phản ứng sau do tác dụng của vi sinh vật trong đất. Sự hóa khống
các S hữu cơ trong đất thống khí xảy ra rất chậm. Theo kết quả nghiên cứu của
Federick và ctv (1957), sự chuyển hóa của cystin trong đất đạt được 85%, tổng số cystin
hóa thành sulfat, trong 1 tuần lễ.

Trong điều kiện hiếm khí (thiếu oxy), một phần S hữu cơ sẽ được chuyển hóa
thành acid sulfuric (H₂S) và một vài mercaptan có mùi. Sự chuyển hóa này do bởi một số
giống vi khuẩn hiếm khí.

3. Sụ sử dụng S của vi sinh vật

Vi sinh vật cần S và để phát triển và phải lấy S từ môi trường chung quanh.

Trong đất vi sinh vật có thể lấy S từ các sulfat, hyposulfid, sulfoxylat, thiosulfat, sulfid...
và các S hữu cơ như các acid amin có chứa S hàm lượng S chứa trong tế bào vi sinh vật
chiếm trong khoảng 0,1 - 1,0% trọng lượng khô của vi sinh vật, và S này nằm trong các
acid amin trong nguyện sinh chất của vi sinh vật.

Do sựhấp thu S của vi sinh vật, ở những đất thiếu S, nếu bón N hoặc đường bột
vào đất sẽ làm giảm năng suất của hoa màu. VÌ N và C làm tăng sinh khối vi sinh vật
trong đất, vi sinh vật phải lấy S của đất cho sự tăng sinh khối của mình, và kết quả là
hoa màu bị thiếu S trầm trọng. Các thí nghiệm trong nhà lưới cho thấy, nếu bón thêm S
trong trường hợp náy giúp cho hoa màu không bị giảm năng suất.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Hiện tượng bất động S do vi sinh vật chiỉ xảy ra khi tỉ lệ C/S của chất hữu cơ trong
đất vượt quá cân bằng. Theo Barrow (1958), tỉ lệ C/S được xem là cân bằng khoảng 50/1.

4. Sự oxy hóa, các S vơ cơ trong đất

Các S vô cơ được sinh ra trong quá trình khống hóa S hữu cơ trong đất, có thể bị
oxy hóa để cho ra sulfat. Hiện tượng oxy hóa có thể do phản ứng hóa học thuần túy, cũng
như do các vi sinh vật. Oxít hóa hóa học xảy ra tương đối chậm, trong khi oxy hóa do vi
sinh vật xảy ra rất nhanh trong điều kiện môi trường thuận hợp. Trong điều kiện tối
hảo của mơi trường cho hoạt động của vi sinh vật thì phản ứng oxy hóa hóa học thuần
túy xảy ra khơng đáng kể so với phản ứng oxy hóa do vi sinh vật gây ra.

VI sinh vật tham gia vào sự oxy hóa lưu S vơ cơ thành sulfat phần lớn là vi khuẩn
và một vài nấm. Vi khuẩn tham gia vào đuá trình này thường là vi khuẩn tự dưỡng bắt
buộc hoặc tùy ý. Cũng có một ít vi khuẩn dị dưỡng và vài nấm dị dưỡng.

Vi sinh vật oxy hóa S trong đất nằm trong 4 nhóm sau đây

* Nhóm vi khuẩn hình que: giốngThiobacillus.

* Nhóm vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn dị dưỡng.

* Nhóm vi khuẩn có dạng sợi. Nhóm này gồm trong 2 bộ và 6 bộ của ngành vi
khuẩn như sau:

+Bäü Beggiatoales:

- Hoü Beggiatoaceae: Beggiatoa, Thiothrix, Thioplaca

- Hoü Leucotrichaceae: Leucothrix

- Hoü Achromatiaceae: Achromatium

+ Bäü Pseudomonales:

- Thiobacteriaceae: Thiobacterium

- Thiorhodaceae
- Chlorobacteriaceae

* Nhóm vi khuẩn sulfua lục và tím, quang tổng hợp.

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

Giống vi khuẩn Thiobacillus có 9 lồi, trong đó có 5 loài đã được nghiên cứu kỷ:

T. thiooxidans là vi khuẩn hóa tự dưỡng sống được ở mơi trường chua có pH đến
3,0.

T. thioparus là vi khuẩn rất nhạy cảm với môi trường chua.

T. novellus có thể oxy hóa các lưu huỳnh trong hợp chất hữu cơ lẫn S vô cơ.

T. denitrificans là lồi vi khuẩn có thể sống được trong mơi trường thiếu oxy và có
khả năng khử oxy của NO₃ trong điều kiện ngập nước.

T. ferrooxydans, có thể oxy hóa cả S vơ cơ lẫn các muối Fe trong đất.

Ở hình dạng giống Thiobacillus gần giống với các giống thuộc nhóm Pseudomonas,
nhưng khác nhau vì Thiobacillus có khả năng hóa tự dưỡng.

Mơ hình oxy hóa S của các vi sinh vật này được mô tả theo hình 6.6.

5. Quá trình khử của lưu huỳnh trong đất

Khi đất chuyển sang tình trạng hiếm khí do bị ngập nước, nồng độ sulfic trong
đất tăng dần, trong khi đó nồng độ sulfat của đất bị giảm nhanh. Trong trắc diện của đất
thường có 1 vùng tập trung sulfid sắt nhị. Đi đôi với hiện tượng tăng lượng sulfid trong
đất, một số vi khuẩn khử sulfat cũng tăng nhanh theo Takai và các ctv (1956), sdau khi
cho đất ruộng ngập nước 2 tuần lễ, một số vi khuẩn khử sulfat tăng lên đến vài triệu
trong 1 gram đất.

Có 2 giống vi khuẩn tham gia vào quá trình khử sulfat của S trong đất:

a. Vi khuẩn Desulfovibio giữ vai trò quan trọng hơn cả đây là vi khuẩn kỵ khí
bắt buộc, có hình phẩy và di động bởi 1 chiên mao ở một đỉnh. Vi khuẩn này thuộc nhóm
vi khuẩn chịu ấm, nhiệt độ tối hảo khoảng 30o C. Không phát triển được ở môi trường
quá chua, có pH < 5,5. Giống vi khuẩn này chứa nhiều loài, tuy nhiên loài Desulfovibrio
desulfuricans thường gặp trong đất nhất.

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

Quá trình khử sulfat trong đất ngập nước xảy ra theo nhiều giai đoạn như trong
hình 6.7

IV. VI KHUẨN SỬ DỤNG SẮT (Fe) V SỰ CHUYỂN HĨA SẮT TRONG ĐẤT
1. Vi khuẩn sử dụng sắt:

Năm 1888, Winogradsky ( nhà bác học Nga) phân lập được một loài vi khuẩn từ
trong suối nước chứa nhiều sắt. Vi khuẩn này có khả năng oxy hóa các ion Fe++ thành
hydroxid Fe+++ và tích lũy trong vỏ của chúng. Đó là vi khuẩn Leptothrix characeae.

Về sau này đã phát hiện ra rất nhiều vi khuẩn có khả năng sử dụng sắt (Fe) như là
chất trao đổi năng lượng. Vi khuẩn này có nhiều trong nước cũng như trong đất. Một
số tham gia vào q trình chuyển hóa Fe trong đất, một số khơng có ảnh hưởng đến.

Các vi khuẩn sử dụng Fe được xếp vào 4 họ sau:

- Họ Caulobacteraceae: khơng có dạng sợi, hình que, cơ thể tích lũy Hydroxid sắt
tan. Gơm các chi Gallionella, Siderophaceae

- Họ Siderocapsaceae: Hình que hoặc hình cầu, có vỏ nhầy chứa muối Fe hoặc
muối mangan, chia ra 2 nhóm:

+ Cọ v:

- Hình cầu: Siderocapsa, Siderosphaera

- Hỗnh que: Ferribacterium, Sideromonas, Sideronema.

+ Khọng cọ v: Ferrobacillus, Siderbacter, Siderococcus

- Họ Chlamydobacteriaceae: có dạng sợi, có vỏ chứa muối sắt tam hoặc muối Mn:
Leptothrix, Toxothrix...

- Hoü Crenothricaceae: Crenothrex, Clonothix

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Trong các vi khuẩn sử dụng đất trên đây, có 3 loại là vi khuẩn "thiết tự dưỡng"
bắt buộc (obligate iron autrophe) gồm: Thiobacillus ferrooxidans. Ba loại vi khuẩn này
không phát triển được trong môi trường dinh dưỡng chất hữu cơ. Chúng sử dụng được C
của khí CO₂ và lấy năng lượng từ phản ứng oxy hóa sắt nhị.

2. Quá trình oxy hóa - khử ion sắt

a. Ở điều kiện hiếm khí, do đất bị ngập nước, Fe+++ bị khử thànhsắt Fe++.
quá trình này xảy ra do vi sinh vật yếm khí sử dụng ion sắt làm chất trao đổi năng
lượng. Takai và cộng tác viên (1956) do hiệu thế khử và ion Fe++ trong đất ruộng bị ngập
nước và cho kết quả trong bảng 6.2.

Bảng 6.2: Quá trình khử do vi sinh vật trong đất ruộng sau khi cho ngập nước:

Thời gian sau khi cho Hiệu thế khử (Eh) _{ion Fe}++ (%) Tỉ lệ giữa
ngập nước ( ngày) (volt) (pmm) _Fe++_/(Fe++_{+ Fe}+++₎

0 0,45 0 43

1 0,22 0 47

2 -0,05 200 59

3 -0,20 - 66

5 -0,23 940 73

8 -0,25 1.030 76

13 -0,25 1.140 84

21 -0,25 950 78

Qua bảng 6.2, chúng ta thấy trong quá trình ngập nước lượng Fe++ ngày càng tăng
và đạt mức cao nhất vào ngày thứ 13 sau khi ngập nước. Đồng thời lượng Fe+++ ngày càng
giảm theo cùng nhịp độ với sự tăng Fe++.

Quá trình khử sắt tam trong điều kiện ngập nước do tác dụng của các vi sinh vật
mà hầu hết là do các vi khuẩn kỵ khí như:

- Bacillus polymyxa
- B. circulans

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Hai loại B. polymyxa và B. circulans hoạt động ở môi trường chua, pH vào khoảng
5,5. Hai loài B. freundii và A. aerogenes thích mơi trường chua hơn.

Ở đất có chứa nhiều chất hữu cơ, nếu bị ngập nước, vi khuẩn khử sắt cho ra nhiều
ion Fe++. Trong điều kiện này vi khuẩn khử sulfat như Desulfovibrio chuyển hoá sulfat
thành sulfit. Sunfit sẽ phối hợp với Fe++ cho ra pyrit (FeS). Nếu điều kiện ngập nước liên
tục lâu dài, pyrit tích tụ thành tầng phèn tiềm tàng trong đất. Trong điều kiện này pyrit là
một muối kim loại khó tan nên khơng độc cho rễ cây. Tuy nhiên lượng ion Fe++ được
phóng thích và tự do trong dịch của đất và độc cho cây trồng khi hiện diện quá nhiều.

Trường hợp đất có thủy triều lên xuống, các giai đoạn thống và yếm khí thay
nhau. Trong giai đoạn yếm khí vi khuẩn khử Fe+++ thành Fe++ và kết hợp với sulfat trong
đất thành sulfat sắt nhị, tích tụ trong tầng đất ấy và tạo thành tầng đất có gley, màu xám
hoặc xám xanh sáng. Sulfat sắt nhị độc cho cây.

b. Trong điều kiện thống khí: Fe++ bị oxy hoá trở thành sắt Fe+++. Trong điều kiện
đất trung tính q trình này chủ yếu xảy ra do phản ứng hoá học. Trong điều kiện đất
chua, q trình oxy hố do vi sinh vật tác dụng gây ra, chủ yếu là vi khuẩn: Hai loài vi
khuẩn oxy hoá Fe++ thành Fe+++ được nghiên cứu nhiều là:

- Ferrobacillus ferrooxidans.
- Thiobacillus ferrooxidans.

pH thích hợp cho hố trình oxyd hố sắt nhị biến động từ 2,0 đến 4,5 và tốt nhất ở
3,5.

Quá trình oxyd hố sắt nhị sinh ra năng lượng. Người ta tính được mỗi nguyên tử
gram sắt sẽ cho ra 10.000 calo.

V. SỰ CHUYỂN HOÁ MANGAN (Mn) TRONG ĐẤT:

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

Trong điều kiện acid, pH 5,5, Mn++++ có thể bị khử thành Mn++. Ngược lại trong
điều kiện kiềm, pH 8.0, Mn++ có thể bị oxyd hố thành Mn++++ dưới dạng MnO₂. Sự
chuyển hoá này thuần túy hố học.

Trong điều kiện mơi trường có pH trong khoảng 5,5 đến 8,0, vai trò của vi sinh
vật trong q trình chuyển hố trên đây được xem là đáng kể.

Vi sinh vật tham gia vào q trình oxy hố Mn trong đất gồm có vi khuẩn, nấm và
xạ khuẩn. Trong vi khuẩn có thể kể các giống Aerobacter, Bacillus, Corynebacterium và
Pseudomonas. Nấm gồm có Cladsporium, Curvularia, Helminthosporium và Cephalosporium,
Streptomyces, xạ khuẩn, cũng được báo cáo là có tham gia vào q trình này. Ngồi ra các
vi khuẩn chuyển hố Fe cũng có tham gia vào q trình oxy hố Mn.

</div>

<!--links-->