Giáo trình Khoa học đất - Chương 7, Bài 3: Chu kỳ chất N

Chương 7 bài 3. chu kỳ chất N • Nitrogen trong khí quyển = 79% • Làm sao chuyển N2 thành dạng cây trồng sử dụng được. • N trong đất có nguồn gốc • N = chất hữu cơ = 37%, phân chuồng = 19%, cố định bởi sinh vật đất.= 19% • mưa = 8%, • Phân bón = 13%, • bùn, rác = 4%. Cố định N chuyển hóa N2 thành NH3 hay R-NH2 A. Cố định hóa học -ô nhiễm không khí –mưa acid, HNO3. - cố định do sấm sét (lightning) 2-5 kg....../ha/năm N2 -----> NO3 - N2 R-NH2 NH4 + NO3 - Cây trồng cố định N sinh học Ammonium hóa Nitrate hóa Phản N hóa Hấp thu sinh học Khóang hóa 1. Cố định N biến đổi N2 thành NH3 hay R- NH2 B . Cố định sinh học 1. không cộng sinh (sinh vật tự do) - Azotobacter – háo khí & Clostridium – yếm khí khỏang 5-50 kg....../ha/năm 2. cộng sinh – vi khuẩn-cây trồng – tương tác phức tạp giữa vi sinh vật và cây trồng B. Cố định N cộng sinh Vi khuẩn = Rhizobia Cây trồng = cây họ đậu Cỏ 3 lá- 200 kg....../ha/năm Đậu đỗ -40- 100 kg....../ha/năm * phân xanh tươi vùi vào đất sẽ làm tăng hàm lựơng chất hữu cơ và N . Cố định N sinh học • Vi khuẩn xâm nhập vào rễ cây chủ • Rễ cây chũ hình thành nốt sần và vi khuẩn sống trong đó. • Vi khuẩn lấy N2 từ không khí và chuyển hóa thành R-NH2 nằm trong vi khuẩn trong nốt sần và 1 ít hình thành dạng NH4+ • Đường đi của N trong Rhizobium: – 1) sử dụng bời cây chủ, – 2) thóat ra ngòai rễ, cây trồng xung quanh sử dụng, – 3) khi rễ và nốt sần mục nát, sinh vật di dưỡng sẽ hấp thu N và là thành phần của chất hữu cơ trong đất. Dazzo & Wopereis, 2000 Vance et al., 1980 Hình thành nốt sần Rhizobium Dazzo & Wopereis, 2000 Gage and Margolin, 2000 Lông hút xoắn xung quanh rhizobia Rhizobia phát triển nốt sần rễ Alfalfa N cố định N Cố định /N ngòai môi trường “đất” N Tổng N trong cây N2 N2 Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit CỏCây họ đậu N trong đất N phân chuồng CỏHọ đậu N cố định Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit CỏHọ đậu N đất Phân chuồng N Cỏhọ đậu N cố dịnh bón phân cần chú ý đến N cố định Phân N Mất Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit 2. Ammonium hóa A. Biến đổi N hữu cơ (RNH2) thành ammonia (NH3) R-NH2 ---> NH3 + H+ ----> NH4+ sinh vật di dưỡng. B. Số phận NH4 + = 1) cố định/bị nhốt bởi các khóang sét, 2) mất do xói mòn, 3) cây hấp thu (NH4 +), 4) vi sinh vật hấp thu 5) bay hơi • NH4+ ----> NH3 High pH Soils > 7.5 3. Nitrate hóa 2 – bước 1. 2NH4+ + 3O2 ---> 2NO2- + 4H+ + 2H20 + E Nitrosomonas 2. 2NO2- + O2 --> 2NO3- + Nitrobacter Tiến trình này hình thành acid 4 H+ 3. Số phận của Nitrate *cây hấp thu NO3- *NO3 - không được giữ trong đất nên dễ bị rửa trôi - khi ppm NO3 - > 10 ppm nước bị ô nhiễm * phản n hóa – trong điều kiện yếm khí. Rửa trôi ET Tưới Nước ngầm Cây hấp thu N Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit 4. Phản N hóa Biến đổi NO3- thành N2 C6H12O6 + 4NO3- --> 6CO2 + 6H2O + 2N2(gas) + NO + NO2 Vi khuẩn = kỵ khí Mất 5-10%N. Tỉ số C:N • Vi khuẩn sử dụng 8 grams carbon, cần 1g N để đồng hóa C:N = 8:1. • C:N cao: quá trình phân giải: N trong đất giảm (vi sinh vật hấp thu) • C:N thấp, tăng N trong đất khi chất hữu cơ phân giải C:N của 1 số vật liệu • Bùn cống -5:1 • Cỏ họ đậu -13:1 • Phân ủ/rác 28 : 1 • Cỏ dại - 35:1 • Cùi bắp - 50:1 • Rơm rạ - 80:1 • Mùn cưa - 400:1 C:N = 20 -30 : 1. Chu kỳ N • Cây hút NO3- • Cần cung cấp NO3-, NH4+, hay N hữu cơ(R-NH2), Ohio State University Extension Fact Sheet • Nếu ta có 10 tấn mùn cưa mỗi tháng. Giải quyết? Chủng vi khuẩn-tăng cố định N ủ phân hữu cơ Các giai đọan của tiến trình ủ • Giai đọan đầu – Nhiệt độ tăng: 40 độ C – Thành phần dễ phân giải • Giai đọan nhiệt độ tăng cao – 50 - 70 độ C – Hình thành mùn • Giai đoạn nhiệt độ hạ thấp Lợi ích của ủ phân • An tòan • Dễ thực hiện – Thể tích giảm 30 - 50% – Đồng nhất • Tránh cạnh tranh N • N ổn định – N dạng hữu cơ • Khử trùng 1 phần – Do nhiệt độ cao • Khử độc – Phần lớn các hợp chất hữu cơ được phân giải • Giảm nguồn bệnh