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
Phản N hóa
cố định N sinh học
Hấp thu sinh học
-
R-NH2
Cây trồng
NO3
Nitrate hóa
Ammonium hóa
+
NH4
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+
– 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.
• Đường đi của N trong Rhizobium:
nốt sần rễ Alfalfa
Rhizobium
Hình thành nốt sần
Dazzo & Wopereis, 2000
Lông hút xoắn xung quanh rhizobia
Rhizobia phát triển
Dazzo & Wopereis, 2000
Gage and Margolin, 2000
Vance et al., 1980
Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit
N Cố định /N ngòai môi trường
Tổng N trong cây
N cố định
“đất” N
N2
N2
Họ đậu
Cỏ
Cỏ
Cây họ đậu
N cố định
N phân chuồng
N trong đất
Michael Russelle - USDA-ARS Plant Science Research Unit
bón phân cần chú ý đến N cố định
Họ đậu
họ đậu
Cỏ
Cỏ
Mất
N cố dịnh
Phân chuồng N
Phân N N đất
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
High pH Soils > 7.5
• NH4+ ----> NH3
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-
- không được giữ trong đất nên
- > 10 ppm
*NO3 dễ bị rửa trôi - khi ppm NO3 nước bị ô nhiễm * phản n hóa – trong điều kiện yếm khí.
ET
Tưới Cây hấp thu N
Rửa trôi
Nước ngầm
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
• Cỏ dại - 35:1 • Cùi bắp - 50:1 • Rơm rạ - 80:1 • Mùn cưa - 400:1
• Bùn cống -5:1
• Cỏ họ đậu -13:1 • Phân ủ/rác 28 : 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
– Nhiệt độ tăng: 40
độ C
– Thành phần dễ phân
giải
• Giai đọan đầu
• Giai đọan nhiệt độ
tăng cao – 50 - 70 độ C – Hình thành mùn
• Giai đoạn nhiệt độ
hạ thấp
Lợi ích của ủ phân
– Thể tích giảm 30 -
50%
– Đồng nhất
• An tòan • Dễ thực hiện
• Tránh cạnh tranh N
– N dạng hữu cơ
• N ổn định
• Khử trùng 1 phần – Do nhiệt độ cao
• Khử độc
– Phần lớn các hợp chất hữu cơ được phân giải
• Giảm nguồn bệnh
