Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007 GIÔÙI THIEÄU Môi trường đất là phần trên bề mặt của vỏ trái đất, nơi địa chất và sinh quyển gặp nhau, bề mặt đất là nơi cư trú của nhiều loại động vật, thực vật. Đặc điểm về vật lý và hóa học của đất sa mạc, đầm lầy, đất đồng cỏ, đất trồng trọt khác nhau. Đất có cấu trúc tầng, các lớp song song và có độ dày khác nhau. Phân biệt mỗi lớp dựa vào đặc tính và thành phần của chất hữu cơ, muối khoáng, màu, kết cấu, cấu trúc, độ xốp, pH. Những đặc tính này quyết định đến thành phần độ ẩm, các khí thành phần và số lượng vi sinh vật có trong đất. Các chất hữu cơ đi vào trong đất qua các con đường khác nhau như từ xác bả thực vật, động vật. Nước tiểu và phân bón của động vật cũng góp phần vào sự tăng chất hữu cơ có trong đất.Các chất hữu cơ có trong đất được chia làm 3 loại: -Các chất không tan -Các chất tan được -Vi sinh vật Mùn được tạo thành từ sự phân hủy xác bã động vật, thực vật nhờ vi sinh vật gồm cả sinh khối các vi sinh vật trong quá trình tham gia vào sự phân hủy các chất đó. Mùn tốt cho đất vì nó giúp đất ổn định được cấu trúc, cung cấp chất dinh dưỡng từ từ và làm tăng khả năng giữ nước của đất, tính đệm của đất. Những hợp chất tan trong đất gồm các sản phẩm tạo thành từ sự phân hủy các hợp chất cao phân tử từ mô thực vật, động vật và vi sinh vật như các đường tạo thành từ cellulose, các phenol từ lignin, các amino acid từ protein. Trong tự nhiên vi sinh vật rất dễ phân tán nhờ gió, nước hay bám vào các vật thể khác và di chuyển khắp nơi. Đối với sản xụất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò quan trọng, đóng góp nhiều trong sự tồn tại và hoạt động sản xuất của đồng ruộng. Ước chừng khoảng 60-80% hoạt động trao đổi chất trong đất được thực hiện nhờ vi sinh vật. Vì vậy có ảnh hưởng rất nhiều đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Trong quá trình hoạt động sống vi sinh vật tham gia tích cực vào sự phân giải các hợp chất hữu cơ, tổng hợp và phân giải các chất mùn, chuyển hóa khoáng và đạm giúp cây trồng hấp thu được, cố định đạm phân tử làm giàu nitơ cho đất. Còn tiết các chất sinh học tác dụng trực tiếp đến cây trồng. Vi sinh vật còn giúp cây trồng hấp thu các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra ở bộ rễ, nếu không thì sự tích tụ này sẽ đầu độc trở lại cây trồng. Trong quá trình thực hiện các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, ở mỗi giai đoạn vai trò của vi sinh vật khá rõ rệt. Nó thường tập trung nhiều trong phần rễ của cây trồng. Vùng rễ là nơi mà thực vật và đất tiếp xúc nhau. Số lượng và thành phần của loài vi sinh vật vùng rễ cũng khác so với vùng đất không có rễ. Vì vậy để đạt hiệu quả cao, cần phải chú ý đến hoạt động của vi sinh vật. Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 1 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007 I. HỆ VI SINH VẬT ĐẤT(MICROFLORE): Hệ sinh vật trong đất rất phức tạp, chúng có những đặc điểm sinh lý và sinh thái khác nhau, chúng sống thành những quần thể và có tác động trực tiếp cũng như gián tiếp qua lại lẫn nhau. Theo tài liệu của Krassilnikov N.A thì trong mỗi gam đất có khoảng 100 triệu vi khuẩn, 100 triệu xạ khuẩn, gần 1 triệu nấm, 1 vạn đến 10 vạn tế bào tảo và động vật nguyên sinh… Số lượng chất hữu cơ trong đất rất lớn, chủ yếu là chất mùn, nguồn thức ăn carbon và đạm của nhiều vi sinh vật. Trong đó có vô số vi sinh vật đa dạng cả về loài và nhóm. 1. PHƯƠNG PHÁP ĐẾM VÀ PHÂN LẬP: Không có thí nghiệm đơn nào xác định được tổng thể các quần thể vi sinh vật trong một mẫu đất do sự đa dạng của nó. Vài kỹ thuật sử dụng để ước đoán số lượng và chủng loại như đếm trực tiếp dưới kính hiển vi, nuôi trên thạch đĩa, kỹ thuật làm giàu. -Trực tiếp: Lấy mẫu đất pha loãng trong nước vô trùng, xem trực tiếp dưới kính hiển vi. Phương pháp này chỉ phân tích sơ bộ xác định các vi sinh vật nào và chỉ có những chuyên gia có kinh nghiệm mới sử dụng được. -Gián tiếp: Cấy huyền trọc đất trên các loại môi trường khác nhau thích ứng cho từng nhóm vi sinh vật , phương pháp này có thể dùng định tính và định lượng tế bào vi sinh vật. Cần chú ý: • Trước khi pha loãng cần nghiền thật nhỏ. • Số lượng tính trên 1g đất không tính trên một huyền trọc nào cả. • Ghi nhận số lượng tế bào sống có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học trong đất, tuy nhiên đếm trực tiếp ghi nhận cả tế bào chết 2. CÁC NHÓM VI SINH VẬT TRONG ĐẤT: Số lượng và chủng loại vi sinh vật trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường khác nhau như: thành phần và số lượng các chất dinh dưỡng có sẳn, độ ẩm thoáng khí, nhiệt độ, pH, tập quán canh tác của từng vùng như sự bón phân, làm đất, tưới tiêu… sự hiện diện của rễ và vùng rễ trong đất luôn tác động đến số lượng và chủng loại vi sinh vật hiện diện gọi là “hiệu quả vùng rễ”. Ngoài ra có tác động qua lại giữa các loài vi sinh vật luôn có vai trò quan trọng đối với quần thể vi sinh vật trong đất. Xạ khuẩn tạo kháng sinh, protozoa tiêu diệt một số vi khuẩn. Ngược lại một số vi khuẩn phân giải cellulose và protein có thể cung cấp dinh dưỡng cho những loài không có enzyme phân giải này. Các vi sinh vật trong đất thường gặp: a. Vi khuẩn: Chiếm số lượng lớn trong hệ sinh vật đất về số lượng cũng như chủng loại.Thường sống lớp đất mặt, vì nhiệt độ, độ ẩm, không khí, thức ăn thuận lợi hơn. Chúng tồn tại chung quanh hạt đất có thức ăn, hỗn hợp keo của khoáng và chất hữu cơ tạo môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi khuẩn. Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 2 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007 Có sự khác biệt lớn về sự thích ứng của mỗi loại vi sinh vật đối với nguồn chất dinh dưỡng và điều kiện vật lý của vi sinh vật. Không có điều kiện nuôi cấy nào tạo sự phát triển cho nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Có rất nhiều loại vi sinh vật chưa được phân lập và định danh. Hầu hết vi sinh vật có trong đất là dị dưỡng, thường tạo nội bào tử như các loài của Bacillus, Clostridium ngoài ra còn có Arthrobacter, Pseudomonas, Rhizobium thường hiện diện trong đất. Tầm quan trọng: Tham gia vào sự phân hủy mạnh của xác bả hữu cơ cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng. Vi khuẩn có hệ enzyme thực hiện quá trình nitrat hóa , cố định đạm… thiếu vi khuẩn đời sống của thực vật bậc cao sẽ bị hại. b. Nấm: gồm nấm mốc và nấm men: Có hàng trăm loài nấm mốc khác nhau sống trong đất. Hầu hết sống trên lớp bề mặt nơi có nhiều oxy. Loài thường gặp nhất: Penicillium, Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Trichoderma… điều kiện vật lý và hóa học, chất dinh dưỡng của đất sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của loài. Người ta đã xác định có khoảng vài ngàn dến vài trăm ngàn tế bào trong 1g đất. Vai trò chưa xác định hết nhưng quan trọng trong sự phân hủy các chất hữu cơ của mô thực vật như: tinh bột, cellulose, lignin, pectin… ảnh hưởng đến sự hình thành mùn và bền vững của đất. Sự tích lũy sinh khối của nấm mốc giúp ổn định cấu trúc đất, làm ăng khả năng giử nước. Nấm hoạt động mạnh ở pH acid, chức năng biến đổi của nấm rất cao, có đến 50% chất hại bị phân hủy bởi nấm. Độ màu mỡ của đất phụ thuộc nhiều vào nấm mốc vì chúng tiến hành phân hủy sau sự phân hủy của vi khủẩn và xạ khuẩn -> quyết định chất dinh dưỡng cho đất. Nấm men có nhiều trong đất trồng nho, táo, nơi nuôi ong… Chúng có nhiều trên lá, thân, cành cây, sẽ theo cây vào đất khi cây chết. c. Xạ khuẩn: Hiện diện nhiều trong đất sau vi khuẩn, quan trọng trong sự phân huûy chất hữu cơ và phóng thích chất dinh dưỡng bao goàm các loại: Nocardia, Streptomyces, Micromonospora. Hiện diện hàng triệu tế bào trong 1g đất khô và ẩm. Xạ khuẩn tạo nên mùi của đất có thể phân huûy chất hữu cơ vững nhất như: kitin, cellulose -> quan trọng đối với sự phì nhiêu của đất. Xạ khuẩn cũng có khả năng tạo ra kháng sinh hiện diện và hoạt động một vùng xung quanh xạ khuẩn. d. Taûo: Có diệp lục tố có thể sống tự dưỡng như thực vật nên phải sống trên mặt đất. Quần thể tảo trong đất ít hơn so với vi khuẩn và xạ khuẩn. Các loại tảo chủ yếu hiện diện trong đất là: Cholorophyta, Silic cholorophyta… Vai trò trong sự tạo chất dinh dưỡng và độ màu mỡ cho đất cũng không kém vi khuẩn và nấm mốc. Vì có sắc tố diệp lục nên nó có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ CO 2 làm giàu cho đất, với hơn 40 loài có khả năng cố định đạm. Có một số trường hợp tảo có vai trò trong sự thay đổi cần thiết như Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 3 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 trong đất cằn cổi, đất bị xói mòn -> tảo có thể tích lũy nguồn chất hữu cơ ban đầu nhờ quang hợp. Tảo có thể kết hợp với nấm thành địa y, giúp sự chuyển hóa đá thành đất. e. Vi khuẩn lam: Vi khuẩn quang hợp thường sinh oxy có vai trò hoạt động như chìa khóa có thể biến đổi đá thành đất. Chúng có thể sống trên bề mặt đá, khi tế bào chết là nguồn dinh dưỡng ban đầu cung cấp cho các vi sinh vật khác phát triển và tiếp tục tạo nguồn dinh dưỡng cho tảo và nấm. Sự tạo thành acid trong q trình trao đổi chất của vi sinh vật giúp hòa tan các thành phần khống của đá. Q trình tích lũy liên tục chất hữu cơ và khống tan tiếp tục ni dưỡng địa y, rêu, thực vật bậc cao. Nhiều loại tảo biển cố định đạm dùng làm phân bón cho lúa, làm tăng năng suất rõ rệt, đặc biệt là tảo cộng sinh với bèo hoa dâu, cố định đạm trong dị bào, tế bào này có vách dày và quang hợp thuận tiện giúp cho q trình cố định đạm tốt hơn. f. Nguyên sinh động vật và virut: Số lượng ngun sinh động vật trong đất ẩm và giàu chất dinh dưỡng từ một đến vài trăm ngàn tế bào trong một gam đất. Hầu hết ngun sinh động vật sống dựa vào nguồn chất hữu cơ và sinh vật trong đất. Một số vi khuẩn trong đất chứa virus, virus động vật và virus thực vật ln hiện diện trong đất, mơ của xác động vật chết cũng như sống… Qua nghiên cứu cho thấy vi sinh vật thường tập trung ở vùng rễ cây. Vùng rễ là vùng đất và rễ cây tiếp xúc với nhau. Số lượng và thành phần lồi vi sinh vật cũng khác nhau so với vùng đất khơng có rễ cây. Ngày nay đã quan sát trực tiếp vi sinh vật trên bề mặt rễ, và trong vùng rễ vi khuẩn chiếm ưu thế nhất. Sự sinh trưởng của các vi sinh vật được kích thích bởi các chất dinh dưỡng như:amino acid, vitamin phóng thích từ rễ. Các sản phẩm trao đổi chất do vi sinh vật tạo ra kích thích sự sinh trưởng của thực vật do đó có sự trao đổi chất giữa vi sinh vật và thực vật. Chính ở vùng rễ có mối quan hệ mật thiết giữa thực vật và vi sinh vật. Tổng số vi sinh vật trong đất gọi là chỉ số vi sinh vật đất. Số lượng này từ 0.1-1% so với tất cả các chất hữu cơ có trong đất, tuy số lượng nhỏ nhưng rất quan trọng và chúng có vai trò lớn nhờ ở hoạt động sống của chúng sẽ làm biến đổi sâu sắc trong cấu tử của đất. trong đất có sự hiện diện của số lượng vi sinh vật và thành phần lồi rất lớn dẫn đến sự hình thành hệ vi sinh vật trong đất (microflore). II. SỰ PHÂN BỐ VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN: 1/ PHÂN BỐ THEO CHIỀU SÂ U: Số lượng của vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống tầng đất sâu càng ít vi sinh vật. Quần thể vi sinh vật tập trung nhiều nhất ở vùng đất canh tác. Đó là nơi tập trung nhiều chất dinh dưỡng, đất vùng rễ, có cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và độ ẩm thích hợp nhất. Thành phần của vi sinh vật cũng thay đổi theo tầng đất: vi khuẩn hiếu khí, nấm, xạ khuẩn thường tập trung nhiều ở tầng mặt. Càng xuống sâu các vi khuẩn hiếu khí càng ít và các nhóm vi khuẩn kỵ khí lại tăng như vi khuẩn phản nitrat hóa phát triển mạnh ở độ sâu 20-40 cm. Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 4 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 2/ PHÂN BỐ THEO CÂY TRỒNG: Đối với cây trồng thì vùng rễ là vùng phát triển mạnh nhất của vi sinh vật so với vùng khơng có rễ. Ví dụ: vùng rễ của cây họ đậu thường có nhóm vi khuẩn cố định nitơ cộng sinh, còn vùng rễ lúa tập trung nhiều nhóm vi khuẩn kị khí, vi khuẩn cố định nitơ tự do hay nội sinh . Vi sinh vật có mặt trong tất cả các loại đất, nhất là vùng đất mặt có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp… Chúng phong phú đa dạng cả vể thành phần và số lượng. Còn những vùng đất nghèo chất dinh dưỡng, chua, mặn, vi sinh vật chịu chua, vi sinh vật sống trong mơi trường nhiều CH 4 , H 2 S…Khơng chỉ thế khi thời tiết thay đổi cũng chi phối đến sự phân bố của vi sinh vật đất như: VSV chịu nóng, VSV chịu lạnh, VSV ưa ẩm, VSV ưa khơ…Sự tác động của con người cũng có tác động khơng nhỏ đến sự phân bố của vi sinh vật. 3/ PHÂN BỐ THEO CÁC LOẠI ĐẤT: Các loại đất khác nhau sẽ có điều kiện dinh dưỡng, độ ẩm, độ thống khí cũng khác nhau từ đó sự phân bố của sinh vật cũng khác nhau. Ví dụ: trong đất trồng lúa nước các vi sinh vật kị khí phát triễn mạnh như vi khuẩn anmon hóa, nitrat hóa. Ngược lại vi sinh vật hiếu khí như vi khuẩn cố định nitơ, nấm, xạ khuẩn rất ít. Đất giàu dinh dưỡng như đất phù sa sơng Hồng, số lượng vi sinh vật rất cao, ngược lại ở vùng đất bạc màu như Hà Bắc có số lượng vi sinh vật rất ít. Hệ vi sinh vật trong đất khác nhau, từng lọai đất, từng vùng khí hậu, từng vùng đòa lí và thậm chí ngay trên một điểm của một loại đất hệ vi sinh vật cũng khác nhau, đó là sự khác nhau theo độ sâu vào lòng đất và theo mùa trong năm. Sự khác nhau còn là hệ quả của các yếu tố môi trường chi phối như: chất dinh dưỡng, độ acid, nhiệt độ, thế năng oxy hóa khử, pH, tính chất lọai đất, trạng thái đất. Đ ất đầm lầy là lọai đất đen, không pha sét có nhiều chất hữu cơ đang bò phân hủy, đất đen có nhiều chất hữu cớ bò phân hủy hơn đất đầm lầy, đất nâu là đất đen có pha sét, một dạng xác bả hữu cơ bò quện lại, gần như sử dụng được. Lọai đất nào nhiều xác bả thực vật chôn vùi sẽ thuận lợi cho sự phát triển của thực vật. Trong các lọai đất đồng cỏ thảo nguyên khô cằn, hay đất cận sa mạc, xác thực vật bò phân hủy chậm hơn so với đất đầm lầy. Tuy nhiên, trong các lọai đất, ghi nhận có sự hiện diện ưu thế các đại diện của Pseudomonas, Bacteium, Mycobacterium tạo ra các thể trung gian sau đó có nhóm vi khuẩn tạo bào tử trong đất sử dụng các chất trung gian để phát triển và thực hiện các quá trình khoáng hóa trong đất. Đối với các lọai đất có quá trình khóang hóa yếu thường gặp các nhóm vi nấm như: Penicillium, Aspergillus, trong đất mặn thường gặp ưu thế của nấm mốc Monoverticillata, trong đất rừng thường gặp Biverticillata, những loại đại diện này đồng hóa tố đạm hữu cơ. Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 5 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Giống Mucor phát triển tốt trên đất hữu cơ tươi, phân bố nhiều ở lớp đất mặt thường gặp là Mucor ramanianus trên đất rừng. Còn Fusarium thường gặp trong đất có nhiều xác bã thực vật họ hòa bản, trong đất rừng thì ít gặp hơn. Về nấm men, cũng có mối quan hệ khác nhau với các lọai đất ở than bùn non ưu thế là Torulopsis, đất co độ chua yếu thường gặp Candida phát triển tạo sợi, trong đất rừng và đất đen thường gặp Lypomyces và đặc trưng cho đất đen là Rhodotorula. Nói chung trong các lọai đất nhiều xác bả thực vật thì có nhiều vi sinh vật phân giải cellulose có thể gặp Actinomyces, Fusarium, Chaetomium, Cytophga…… Trong đất trồng trọt sự biến đổi vi sinh vật tùy theo sự bón phân. Kết quả nghiên cứu về hệ vi sinh vật phân giải cellulose trong đất trồng với phân bón khác nhau của viện hàn lâm nông nghiệp Liên Xô: Timiriazev cho thấy phân chuồng và phân khóang đều làm thay đổi hệ vi sinh vật đất so với đất đối chứng, phân khoáng làm tăng sự phát triển của Cellvibrio còn phân chuồng làm tăng sự phát triển của Cytophaga. Sự phân bố của vi sinh vật cố đònh đạm cũng có liên hệ với nhiều yếu tố : lọai đất, trạng thái đất, khí hậu…… chủ yếu về số lượng. Azotobacter phát triển ở đất có nhiều phosphore, pH trung tính, nhiều chất hữu cơ và nước. Vi sinh vật cố đònh đạm và phân giải cellulose được coi là những vi sinh vật chỉ thò về chất lượng của đất trồng trọt. Trong hệ vi sinh vật đất có tảo, nhưng vai trò không lớn trong các họat động sinh lí trong các quần thể tự nhiên của đất. Sự phân bố vi sinh vật trong đất theo độ sâu vào lòng đất đã được nghiên cứu và ghi nhận rằng: sự giảm dần về thành phần và số lượng vi sinh vật theo độ sâu vào lòng đất có mối liên quan chặt chẽ với sự giảm dần lượng mùn là đồng biến. Từ những nghiên cứu trên có những nhận đònh tổng quát: điều kiện sinh thái ảnh hưởng đến hệ thống vi sinh vật đất và trong nghiên cứu so sánh hệ thống vi sinh vật đất, nước, không khí thường ở đất hệ sinh vật cũng nhiều hơn. ĐÁNH GIÁ VỀ HOẠT ĐỘNG SỐNG VI SINH VẬT TRONG ĐẤT: Muốn xác đònh họat động sống của vi sinh vật trong đất, trước hết phải xác đònh tính chất và số lượng nhóm vi sinh vật khác nhau. Như nhóm phân giải cellulose, phân giải hydrocarbon, nitrat hóa, khử nitrat… từ đó xác đònh sản phẩm tạo thành sau các họat động sinh lí là có lợi hay có hại cho đất. Nếu như có nhiều vi khuẩn khử nitrat thì có hại do làm mất đạm của đất. Với những phân tích trên đã khẳng đònh rằng: đánh giá đất về mặt vi sinh vật học không chỉ phân tích chỉ số vi sinh vật mà cần phải phân tích cả về sinh lí vi sinh vật trong đất, số lượng và họat động Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 6 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 của nhóm vi sinh vật này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố môi trường chúng sống, trong đất trồng trọt thường xuyên có sự hiện diện của nhiều nhóm vi sinh vật trong đường tiêu hóa của động vật do bón phân chuồng, chúng là vi sinh vật ưa nhiệt và có đặc tính phân giải cellulose, tinh bột, protid đồng thời còn có nhiều loài gây bệnh cho người và động vật. Với sự phát triển nhanh của khoa học, trong nghững năm gần đây người ta đã và đang sử dụng chỉ số enzym để đánh giá các họat động sinh lí của các nhóm vi sinh vật trong đất. III/ VI SINH VẬT ĐẤT VÀ HỆ SINH THÁI ĐẤT: 1. KHÁI NIỆM: Hệ sinh thái là tập hợp những nhóm vi sinh vật có quan hệ với nhau về mối trao đổi năng lượng hoặc chuyển hóa vật chất và các mơi trường mà nơi đó các nhóm sinh vật này tồn tại. Để có khái niệm rõ hơn về hệ sinh thái chúng ta xét về hệ sinh thái của một khu rừng chưa có tác động của con người mà trong đó:  Thực vật là thành phần sinh vật có khả năng hấp thu năng luợng mặt trời đề đồng hóa CO 2 thành các chất hữu cơ phức tạp.  Động vật sống nhờ vào các chất hữu cơ thực vật, động vật.  Đất và khơng khí của khu rừng. Hình 1.1. Chu trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái Như vậy thì các chất dinh dưỡng mà thực vật hấp thu từ đất và từ khơng khí, sau q trình phân giải của vi sinh vật sẽ được trả lại mơi trường chung quanh và chu trình chyển hóa của chúng lại tiếp tục và là một chu trình kín. Để khảo sát một hệ sinh thái cần xét hai mặt sau: 1. Cơ cấu( Structure) của hệ sinh thái: bao gồm số loại và số lượng của các nhóm sinh vật và đặc tính của mơi trường. 2. Chức năng( function) của hệ sinh thái: tức là các vấn đề có liên quan đến tốc độ của q trình chuyển hóa năng lượng và trao đổi chất trong hệ. Có thể chia sinh vật rong hệ ra làm 3 nhóm về mặt chức năng: a. Nhóm vi sinh vật sản xuất (producers): chủ yếu là các sinh vật có khả năng quang hợp. b. Nhóm sinh vật tiêu thụ (consumers): gồm các động vật sống nhờ thực vật một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. c. Nhóm sinh vật phân giải (decomposers): gồm các động vật nhỏ bé hoặc vi sinh vật có nhiệm vụ phân giải các chất hữu cơ. Trong nhóm này bao gồm một nhóm vi sinh vật có chức năng chuyển hóa chất vơ cơ từ dạng này sang dạng khác, được gọi là nhóm vi sinh vật chuyển hóa (transformers). 2/ HỆ SINH THÁI THỔ NHƯỠNG: Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 7 - Thực vật (nhóm sản xuất) Chất vơ cơ Chất hữu cơ Động vật Nhóm tiêu thụ) Vi sinh vật ( Nhóm chuyển hóa) Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007 Đối với hệ sinh thái trong đất liền như rừng, đồng cỏ… thổ nhưỡng là thành phần quan trọng trong hệ sinh thái kể trên. Tuy nhiên từ bản thân thổ nhưỡng cũng là một hệ phức tạp, trong đó các thành phần sinh vật và phi sinh vật có quan hệ chặt chẽ với nhau. Thành phần phi sinh vật như: đất, đá, chất hữu cơ, nước, không khí…Thành phần sinh vật bao gồm các vi sinh vật có khả năng quang hợp như tảo, các vi sinh vật hoặc động vật sống nhờ các vi sinh vật khác như protozoa và nhóm vi sinh vật phân giải vật chất như vi khuẩn, nấm… Như vậy thổ nhưỡng cũng mang tính chất như một hệ sinh thái hoàn chỉnh. Nghiên cứu đối tượng thổ nhưỡng trên quan điểm sinh thái sẽ giúp ta hiểu được các tính chất của thổ nhưỡng một cách toàn diện và biện chứng. Điều này cần thiết cho mục đích sử dụng đất trong sản xuất nông nghiệp cũng như trong việc bảo vệ môi trường. 3/ CƠ CẤU VI SINH VẬT SỐNG TRONG ĐẤT : Các sinh vật sống trong đất có quan hệ chặt chẽ với sự hình thành và phát triển của đất có thể chia thành hai nhóm: các động vật và các vi sinh vật. a/Nhóm động vật trong đất: Ở đây chúng ta không kể đến các động vật sống trong hang, các loại chỉ tồn tại trong đất ở thời kỳ trứng, các loại vào đất để ngủ đông, để tránh mùa khô hoặc để lột xác và các loại hiện diện trong đất ngẫu nhiên. Trừ các động vật kể trên, động vật sống trong đất được chia làm 3 nhóm tùy theo kích thước của chúng:  Nhóm động vật to: Chiều dài trên 1 cm  Nhóm động vật nhỏ: chiều dài từ 0.2mm-1 cm.  Nhóm động vật cực nhỏ: nhỏ hơn 0.2mm. Các động vật này có nguồn thức ăn khác nhau:  Nhóm ăn thực vật: ấu trùng của bọ rầy ăn rễ cây.  Nhóm ăn xác bả thực vật: trùng ốc.  Nhóm ăn xác động vật: ấu trùng của một số bọ rầy.  Nhóm ăn phân: một số loại collembola ăn các chất bài tiết của động vật.  Nhóm ăn vi sinh vật: một số côn trùng ăn các động vật nhỏ hơn.  Nhóm ăn tạp: một số thứ côn trùng ăn nhiều thứ kể trên. b/ Nhóm vi sinh vật trong đất: gồm 5 nhóm chính là: nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn, tảo và nguyên sinh động vật.  Nhóm nấm: thường gặp các chi Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Chaetomium, Alternaria, Rhizoctonia, Verticillium…  Nhóm xạ khuẩn: thường gặp là: Streptomyces, có nhiều loại có khả năng tiết ra chất kháng sinh chống lại sự phát triển của các loại sinh vật khác. Frankia sống cộng sinh với các cây phi lao… Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 8 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007  Nhóm vi khuẩn: nhóm này rất đa dạng và có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất trong đất. Tùy theo vai trò của nó có thể chia ra làm các tiểu nhóm như: + vi khuẩn hiếu khí : có nhiều trong đất cao ráo và thoáng khí. + vi khuẩn kị khí hay yếm khí : thường xuất hiện trong đất ngập nước. + vi khuẩn phân hủy cellulose : Clostridium, Cellulomonas… + vi khuẩn hóa amon (amonifer): phân hủy N hữu cơ thành amonium (CH 4 ) như Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serratia, Micrococcus, Corynrobacterium, Sarcina, Achromobacter… + Vi khuẩn hóa nitrat: giữ vai trò chuyển hóa NH 3 → NO 3 bằng cách cung cấp oxy cho NH 4 . + Vi khuẩn khử N (denitrifer): giữ vai trò khử oxygen của NO 3 để chuyển thành N 2 . + Vi khuẩn cố định N (nitrogen fixer): cố định nitơ của khí quyển. Có thể là vi khuẩn cộng sinh như Rhizobium hoặc không cộng sinh như Azotobacter, Clostridium, Azospirillum. IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT: 1/ NHIỆT ĐỘ: Về cơ bản thì nhiệt độ cũng ảnh hưởng bởi yếu tố địa lý, tuy nhiên chế độ nhiệt trong đất còn tùy thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của loại đất đó. Vì vậy trong cùng điều kiện khí hậu, địa lý nhất định trong vài loại đất khác nhau có chế độ nhiệt khác nhau. Dựa vào mối quan hệ nhiệt ta chia làm các nhóm sau:  Vi sinh vật ưa nóng (35-80 độ, nhiệt độ tối ưu 50-60 độ) nhưng chúng ít có vai trò quan trọng trong quá trình vi sinh học trong đất.  Vi sinh vật ưa ấm (20-45 độ, nhiệt độ tối ưu 25-27 độ)  Vi sinh vật ưa lạnh (nhóm này tương đối ít). Tuy nhiên ở nhiệt độ cao sẽ là biến tính protein của nguyên sinh chất, làm phá hủy các enzyme, ức chế các hoạt động của vi sinh vật. Không chỉ làm tổn thương mà còn ảnh hưởng trực tiếp lên sự sống còn của vi sinh vật, điều này còn tùy thuộc vào lượng nước có trong tế bào. Còn nhiệt độ thấp không có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật mà chỉ ức hế hoạt động của chúng. Chính vì những lý do đó mà hầu hết các vi sinh vật dù ở nhiệt độ quá cao hay quá thấp thì đa số các vi sinh vật chuyển sang dạng sống tiềm sinh. 2/ ÁNH SÁNG: Hầu hết các vi sinh vật phát triển tốt trong điều kiện tối. Ánh sáng trực tiếp của mặt trời và các tia tử ngoại có thể gây ra những quá trình quang oxy hóa trong nguyên sinh chất tế bào, đặc biệt là các nucleic acid. Dưới tác dụng của các bức xạ này các phản ứng hóa học trong tế bào bị phá vỡ, sinh vật có thể bị tiêu diệt. Tuy nhiên ánh sáng rất cần thiết với những vi sinh vật có sắc tố quang hợp và khả năng quang hợp. 3/ ĐỘ ẨM: Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 9 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Như chúng ta đã biết, nước chiếm một tỷ lệ quan trọng trong hầu hết các thể sống. Nước giúp hòa tan các chất dinh dưỡng trong nước và được hấp thu vào tế bào, mọi phản ứng sinh hóa trong tế bào cần có nước mới xảy ra được. Khơng những thế, độ ẩm còn ảnh hưởng đến hầu hết các hoạt động sống của vi sinh vật. Có những lồi thích nghi với mơi trường ngập nước, có những lồi có khả năng chịu khơ hạn cao. Nhưng phần lớn các vi sinh vật có khả năng phát triển mạnh ở độ ẩm 60-70% nhất là các lồi vi khuẩn cố định đạm hiếu khí. Do ở độ ẩm này trong đất đã đạt được lượng nước và khơng khí cần thiết. Nếu độ ẩm cao hơn, thì lượng khí trong đất sẽ bị đẩy ra → thiếu khơng khí sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí. Tuy nhiên, trong điều kiện khơ hạn thì hầu như mọi q trình sinh hóa đều bị trì trệ. 4/ THÀNH PHẦN CƠ HỌC CỦA ĐẤT: Phần sinh khối chủ yếu của vi sinh vật có đến 90-99% được gắn với pha rắn của đất, do các tiểu phần của đất ở pha rắn hấp thụ mạnh tế bào của vi sinh vật. Tuy nhiên khả năng hấp thu này khơng cố định mà nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ phân tán cũng như kích thước của tiểu phần đất, mùa trong năm… các tiểu phần tự nhiên trong đất thì ln có kích thước khơng đều nhau, các tiểu phần càng lớn tích lũy càng nhiều chất hữu cơ, nhiều chất dinh dưỡng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật. Chính điều này đã góp phần quan trọng trong sự phân bố của vi sinh vật trong đất. Hơn nữa, xác bã vi sinh vật làm giàu cho đất bằng các hợp chất hữu cơ, cũng ảnh hưởng một phần khơng nhỏ nhất là xung quanh hệ rễ đang phát triển cũng như sự thối hóa của thực vật. 5/ pH CỦA MƠI TRƯỜNG: Tùy từng loại vi sinh vật mà chúng có giới hạn pH thích ứng khác nhau như: + Nấm mốc và nấm men có thể phát triển tốt trong mơi trường khá acid (pH =3-6). + Vi khuẩn và xạ khuẩn nói chung phát triển tốt trong mơi trường pH trung tính (pH = 6.5- 7.5). + Vi khuẩn gây thối và nitrat hóa phổ biến ở mơi trường trung tính và hơi kiềm. + Vi khuẩn nốt sần phát triển tốt ở mơi trường kiềm yếu, tuy nhiên giới hạn pH của chúng khá rộng từ 4.2-10 tùy từng lồi. 6/CÁC CHẤT ĐỘC HĨA HỌC: Dựa vào thành phần, hoạt tính và sự ảnh hưởng lên hoạt động sống của vi sinh vật người ta chia chất độc hóa học ra làm 3 loại: + Chất sát trùng và chất phòng thối: Alkaloid, các muối kim loại nặng ( Hg, Cu, Ag …) các hợp chất của Cl 2 , Br 2 , I 2 … các chất oxy hóa mạnh (H 2 O 2 , KMnO 4 …) Khi ở nồng độ cao, chúng sẽ tiêu diệt, còn ở nồng độ thấp sẽ ức chế đối với các hoạt động sống của vi sinh vật. Giảng viên:Trịnh Thị Hồng - 10 - [...]... bào vi sinh vật chiếm khoảng 0.1-1% trọng lượng khơ của vi sinh vật, và S này nằm trong các acid amin trong ngun sinh chất của tế bào Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 16 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Do sự hấp 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 cây trồng Vì N và C làm tăng sinh khối của vi sinh vật trong đất, vi sinh. .. một số vi sinh vật phân giải mạnh, chúng hình thành loại vi sinh vật chủ yếu, mà lúc bấy giờ Kononova gọi chung là hệ vi sinh vật lên men bao gồm những lòai có khả năng phân giải tinh bột, các lọai đường, protide, cellulose Sau đó số lượng vi sinh vật lên men giảm dần và thay thế Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 30 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 đó là các vi sinh vật sinh tính đất, thường... Mn Một số vi sinh vật oxy hóa Mn hiện diệnkhá cao trong đất Chúng chiếm khoảng 5-15% tổng số vi sinh vật sống trong đất Chúng phát triển tốt nhất ở pH từ 6-7.5 VI SỰ BIẾN ĐỔI CỦA HỆ VI SINH VẬT BỞI ẢNH HƯỞNG CỦA VI C XỬ LÝ VÀ CẢI TẠO ĐẤT: 1 ẢNH HƯỞNG CỦA VI C XỬ LÝ ĐẤT: Vi c cày xới đất là một dạng xử lý căn bản có ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật đất Vi c cày xới đã tạo nên một lớp đất trong... Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 15 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Vi sinh vật còn cần kali để cấu tạo tế bào Do đó trong q trình phát triển vi sinh vật hấp thu một lượng kali trong đất cần thiết cho nó Kali này chuyển thành kali trong hợp chất hữu cơ Cây khơng sử dụng được kali này Tuy nhiên vi sinh vật sẽ trả lại cho đất khi chết 3/ SỰ CHUYỂN HĨA LƯU HUỲNH TRONG ĐẤT DO VI SINH VẬT:... trồng và vi sinh vật Vi c sử dụng vơi để cải tạo đất chua làm biến đổi đáng kể quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật trong đất và hoạt hóa hoạt động của một số nhóm vi sinh vật, điều này có ý nghĩa trong vi c tăng độ phì nhiêu của đất, cụ thể trong đó số lượng của Bact và Act được tăng lên vi sinh vật nitrat hóa bắt đầu sinh sản nhanh và vi nấm lại giảm và đặc biệt xuất hiện một số lớn vi sinh vật cố định... của vi sinh vật hoại sinh trong đất Nhiều tảo lam có khả năng cố định đạm, chính tảo làm giàu cho đất ngun thủy trong q trình hình thành đất Acid carbonic, các acid hữu cơ và vơ cơ do hệ vi sinh vật tạo nên có vai trò căn bản trong q trình tạo đất ngun thủy Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 29 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Sự phá hủy đất ngun thủy của núi còn được thực hiện bởi vi khuẩn.. .Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 + Chất kháng sinh là những sản phẩm của q trình trao đổi chất thứ cấp chủ yếu của vi sinh vật, mà với nồng độ thấp đã có thể gây ức chế đến sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật khác 7/ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC NHĨM VI SINHVẬT: Ngồi những tác động của các điều kiện tự nhiên lên hoạt động sống của vi sinh vật, thì tác động của các yếu tố sinh. .. nhiễm đối kháng giữa các lồi thực vật, khơng nên bón xác bả thực vật chưa bị phân hủy hết Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 34 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Chất độc đối với thực vật có trong đất còn từ một nguồn khác đó là sự tổng hợp các chất ấy do vi sinh vật đất Những vi sinh vật này ỏ quanh vùng rễ của thực vật như Pseudomonas tổng hợp Fenazin Vi nấm cá Asp.fumigatus tạo thành... chất hữu cơ và N, tập đồn 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 Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 13 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 chúng ta cần phải cung cấp thêm P để đáp ứng đủ u cầu của cây trồng và sự phát triển của vi sinh vật Tuy nhiên chất P được vi sinh vật hấp thu sẽ được tích lũy... CẢI TẠO ĐẤT ĐẾN HỆ VI SINH VẬT: Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 23 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 Tùy từng loại đất mà ta có thể thực hiện một biện pháp nào đó để cải tạo đất, sao cho loại đất đó có được những điều kiện bình thường của vi c canh tác Như ở vùng đất thiếu nước, khơ cằn thì người ta đào kênh, mương…tạo một hệ thống dẫn nước để tưới cho vùng đất đó hoặc ở vùng đất ngập . số vi sinh vật mà cần phải phân tích cả về sinh lí vi sinh vật trong đất, số lượng và họat động Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 6 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nơng nghiệp 2007 của nhóm vi sinh. phần sinh vật bao gồm các vi sinh vật có khả năng quang hợp như tảo, các vi sinh vật hoặc động vật sống nhờ các vi sinh vật khác như protozoa và nhóm vi sinh vật phân giải vật chất như vi khuẩn,. vi sinh vật. Giảng vi n:Trịnh Thị Hồng - 10 - Chương V: VI SINH VẬT ĐẤT Vi sinh nông nghiệp 2007 + Chất kháng sinh là những sản phẩm của quá trình trao đổi chất thứ cấp chủ yếu của vi sinh vật,