Vi sinh vật đất_Chương 6

Chia sẻ: Truongminh Dat | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

277
lượt xem 93
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chương 6 trình bày về Sự chuyển hóa của các chất vô cơ trong đất bởi vi sinh vật. Mời các bạn cùng tham khảo học tập.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vi sinh vật đất_Chương 6

®¹i häc cÇn th¬ - khoa n«ng nghiÖp gi¸o tr×nh gi¶ng d¹y trùc tuyÕn §−êng 3/2, Tp. CÇn Th¬. Tel: 84 71 831005, Fax: 84 71 830814 Website: http://www.ctu.edu.vn/knn email: dminh@ctu.edu.vn, vtanh@ctu.edu.vn Vi sinh vËt ®Êt Ch−¬ng 6: Sù chuyÓn hãa cña c¸c chÊt v« c¬ Trong ®Êt bëi vi sinh vËt
CHÆÅNG VI. SÆÛ CHUYÃØN HOAÏ CAÏC CHÁÚT VÄ CÅ TRONG ÂÁÚT BÅÍI VI SINH VÁÛT ---oOo--- I. SÆÛ CHUYÃØN HOÏA LÁN TRONG ÂÁÚT DO VI SINH VÁÛT 1. Cháút P vaì chu trçnh cháút P trong âáút; Trong âáút, cháút P hiãûn diãûn dæåïi 2 daûng: cháút P hæîu cå vaì cháút P vä cå. Cháút P hæîu cå täön taûi trong xaïc baî thæûc váût vaì trong vi sinh váût. Trong xaïc baî thæûc váût, cháút P nàòm trong håüp cháút hæîu cå nhæ: phytin, phäsphälipid, Acid nuclãic, caïc nuclãäprätãin, caïc cháút âæåìng coï chæïa P, caïc men (phán hoïa täú, cäenzyme) vaì caïc håüp cháút khaïc ( hçnh 6.1). Hçnh 6.1: Cáúu taûo phán tæí cuía mäüt säú håüp cháút chæïa P trong xaïc baí thæûc váût. Qua hçnh trãn , pháön låïn P trong tãú baìo thæûc váût åí dæåïi daûng phosphat.
Trong tãú baìo vi sinh váût, pháön låïn P laì håüp cháút trong acid nuclãic cuía vi sinh váût, caïc håüp cháút khaïc trong nguyãn sinh cháút nhæ caïc orthäphosphat, metaphosphat, âæåìng coï chæïa P vaì caïc men coï chæïa P. 15-25% cháút P trong tãú baìo vi sinh váût åí dæåïi daûng håüp cháút acid âãù tan. Trong âáút tæì 25-85% cháúP åí dæåïi daûng P hæîu cå. Læåüng P hæîu cå biãún âäüng maûnh theo chiãöu sáu cuía âáút, caìng xuäúng sáu, læåüng P hæîu cå caìng giaím. P vä cå trong âáút thæåìng laì nhæîng phosphat nhæ phosphat calci, phosphat sàõt hoàûc phosphat nhäm, thæåìng åí daûng khoï tan. Trong âáút trung hoìa vaì kiãöm, phosphat calci æu thãú hån; vaì trong âáút chua, phosphat sàõt vaì phosphat nhäm æu thãú. Caïc daûng P kãø trãn âáy, caí hæîu cå láùn vä cå, cáy träöng khäng thãø huït træûc tiãúp âæåüc. Chuïng phaíi chuyãøn hoïa ra daûng P2O5 vä cå dãù tan, cáy träöng måïi háúp thuû âæåüc. Vi sinh váût giæî vai troì quan troüng trong sæû chuyãøn hoïa caïc daûng cuía cháút P trong âáút. Trong thiãn nhiãn cháút P âæåüc chuyãøn hoïa theo mäüt chu trçnh kheïp kên nhæ trong hçnh 6.2. 2. Sæû hoïa khoaïng cháút P hæîu cå: a. Caïc cháút hæîu cå chæïa P seî âæåüc vä cå hoaï do caïc men, tiãút ra tæì vi sinh váût trong âáút. Trong quaï trçnh säúng cuía chuïng, vi sinh váût cáön phán huíy caïc cháút hæîu cå thaình ra caïc 1æåìng âån âãø láúy C cáön cho sæû phaït triãøn cuí chuïng. Trong quaï trçnh phán huíy naìy, nhåì caïc men cuía vi sinh váût tiãút ra, caïc håüp cháút hæîu cå coï chæïa P, phoïng thêch P våïi daûng phosphat. Nhæ trong sæû phán huíy acid phytic, vi sinh váût tiãút ra men phytaz, nhåì men naìy acid phytic âæåüc phán ra laìm mäüt phán tæí inäsitol vaì 6 phán tæí H3PO4. Caïc vi sinh váût tham gia trong quaï trçnh naìy coï thãø kãø: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Cunninghamella, Arthrobacter vaì Bacillus. Phytin cuîng âæåüc phán huíy nhæ trãn vç phytin laì mäüt muäúi calci vaì magnã cuía acid phytic. Sæû phán huíy cuía phytin hoàûc acid phytic trong âáút cháûm hån so våïi caïc acid nuclãic. Caïc acid nuclãic cuîng âæåüc háöu hãút vi sinh váût trong âáút laì chuyãøn hoaï vaì phoïng thêch ra phosphat, nhåì caïc men thêch æïng. 74
b. Sæû chuyãøn hoïa caïc Lán hæîu cå sang lán vä cå trãn âáy xaíy ra nhanh hay cháûm tuìy thuäüc vaìo mäüt säú yãúu täú cuía mäi træåìng nhæ: - Nhiãût âäü: dæåïi 30o C sæû chuyãøn hoïa naìy xaíy ra håi cháûm. Sæû chuyãøn hoïa tàng nhanh åí nhiãût âäü trãn 30o C. Nhæ váûy nhoïm vi sinh váût giæî vai troì chuyãøn hoaï naìy coï khuynh hæåïng thêch nhiãût âäü cao. - pH cuía mäi træåìng: ÅÍ mäi træåìng kiãöm sæû phoïng thêch P vä cå nhanh hån åí mäi træåìng chua. - Cháút hæîu cå trong mäi træåìng: ÅÍ âáút chæïa nhiãöu muìn hoàûc nhiãöu cháút hæîu cå, phosphat âæåüc phoïng thêch nhanh hån. Trong cháút muìn, caïc acid nuclãic âæåüc chuyãøn hoïa nhanh hån va phytin laì cháút âæåüc chuyãøn hoïa cháûm nháút (baíng 6.1). Baíng 6.1: Sæû hoïa khoaïng cháút lán hæîu cå åí mäüt säú váût cháút âæåüc chän vaìo âáút, do vi sinh váût trong âáút ( Pearson vaì ctv, 1941). Cháút âæåüc chän Lán hæîu cå Lán vä cå dãù tan (ppm) vaìo âáút (%) 0 ngaìy 5 ngaìy 45 ngaìy 90 ngaìy Råm cáy luïa maûch 0,060 44,5 45,5 52,5 49,9 Thán laï coí alfalfa 0,115 47,0 43,5 47,5 48,0 Häüt âáûu naình 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 Âäúi chæïng (khäng - 24,0 27,0 30,5 33,0 thãm váût cháút vaìo) - Cháút âaûm vaì carbon trong âáút: Sæû hoaï khoaïng cháút P hæîu cå xaíy ra nhanh åí âáút coï sæû hoïa NH3 (ammonification) maûnh. Sæû hoïa NH3 xaíy ra maûnh hån sæû hoïa khoaïng cháút P tæì 8 - 15 láön. Tæång tæû cuîng coï mäúi tæång quan giæîa sæû hoïa khoaïng cháút C ( phoïng thêch CO2) vaì P hæîu cå, vaì tè lãû cuía hai sæû hoïa khoaïng naìy vaìo khoaíng tæì 100 âãún 300:1. Ngæåìi ta nháûn tháúy ràòng sæû6 hoïa khoaïng cuía 3 cháút C:N:P: do vi sinh váût, cuîng cuìng tè lãû våïi sæû hiãûn diãûn cuía 3 cháút naìy chæïa trong cháút muìn. 3. Sæû báút âäüng lán dãù tan do vi sinh váût: 75
Cháút lán dãù tan sinh ra trong quaï trçnh khoaïng hoïa lán hæîu cå mäüt pháön seî âæåüc cáy háúp thuû, pháön coìn laûi bë chuyãøn hoïa ra daûng lán vä cå khoï tan vaì bë báút âäüng do vi sinh váût sæí duûng. Vi sinh váût trong âáút cáön P âãø cáúu taûo caïc cháút trong tãú baìo cuía chuïng. Do âoï vi sinh váût cáön láúy P tæì mäi træåìng chung quanh cuìng luïc våïi C vaì N. ÅÍ âáút thiãúu P, vi sinh váût phaït triãøn ráút keïm vaì läi keïo theo sæû chuyãøn hoïa C vaìN cuîng cháûm laûi. ÅÍ nåi naìy, nãúu boïn thãm P vä cå hoàûc laì cháút hæîu cå seî laìm gia tàng sæû phaït triãøn cuía táûp âoaìn vi sinh váût trong âáút mäüt caïch roî rãût, âäöng thåìi cuîng läi keo nhau sæû khoaïng hoaï C vaìN. Vi sinh váût cáön háúp thu P âãø cáúu taûo nãn acid nuclãic, phäsphälipid vaì caïc cháút khaïc chæïa P trong nguyãn sinh cháút cuía chuïng. Cháút P têch luîy trong vi sinh váût seî khäng âæåüc cáy sæí duûng. Do âoï trong âáút coï nhiãöu vi sinh váût cuîng coï sæû caûnh tranh cháút P cuía táûp âoaìn vi sinh váût vaì cáy träöng. ÅÍ âáút thiãúu P nãúu boïn nhiãöu cháút hæîucå vaì N, táûp âoaìn vi sinh váût phaït triãøn maûnh, vi sinh váût seî caûnh tranh P våïi cáy träöng. Háûu quaí laì nàng suáút cáy träöng bë giaím suït. Trong træåìng håüp naìy chuïng ta cáön cung cáúp thãm P âãø âaïp æïng âuí yãu cáöu cuía cáy träöng vaì sæû phaït triãøn cuía vi sinh váût. Tuy nhiãn, cháút P âæåüc vi sinh váût háúp thuseî âæåüc têïch luîy dæåïi daûng P hæîu cå, vaì seî âæåüc chuyãøn hoïa ngæåüc laûi khi vi sinh váût chãút âi. Do âoï P åí daûng naìy khäng bë máút âi, maì chè bë báút âäüng (immobilization) trong mäüt khoaíng thåíi gian. Læåüng cháút P bë báút âäüng coï thãø khaï quan troüng tuìy thuäúc vaìo tè lãû C/P vaì N/P cuía cháút hæîu cå thãm vaìo âáút. Træåìng håüp vuìi phán cuía gia suïc vaìo âáút, sæû phaït triãøn cuía vi sinh váût khäng âæa âãún sæû báút âäüng P vç trong træåìng håüp naìy tè le65 C/P vaì N/P tæång âäúi cán âäúi. Ngæåüc laûinãúu vuìi råm raû vaìo âáút maì khäng boïn thãm phán P, háûu quaí cuía hiãûn tæåüng báút âäüng P seî xaíy ra. Ngæåìi ta coï thãø tênh mäüt caïch tæång âäúi, khi vuìi cháút hæîu cå vaìo âáút, hiãûn tæåüng khoaïng hoïa P hæîu cå âãø cung cáúp P dãù tiãu chè xaíy ra khi tè lãû C/P nhoí hån 200/1. Træåìng håüp naìy cháút hæîu cå coï thæìa P cho cho vi sinh váût sæí duûng nãn phán hæîu cå thæìa seî âæåüc khoaïng hoïa. Vaì tè lãû C/P låïn hån 300/1 thç hiãûn tæåüng báút âäüng P seî tråí nãn æu thãú. Tuång tæû, tè lãû N/P cuîng coï aính hæåíng âãún sæû báút âäüng P trong âáút. Ngæåìi ta âaî tênh âæåüc tè lãû N/P trong cháút muìn vaì trong nguyãn sinh cháút cuía tãú baìo vi sinh váût vaìo khoaíng 10/1. Hiãûn tæåüng báút âäüng P seî xaíy ra khi tè lãû naìy máút cán bàòng, lãûch trãn vaìo khoaíng 2% ( tæïc tè lãû N/P khoaíng trãn 12/1). Ngoaìi ra tè lãû naìy lãûch dæåïi ),2% thç sæû khoaïng hoïa P hæîu cå seî xaíy ra. 76
Nhæ váûy, khi boïn phán cho cáy träöng chuïng ta cáön quan tám âãún sæû cán bàòng giæîa C,N vaì P vç khi lãûch cán bàòng, nàng suáút cáy träöng chàóng nhæîng khäng gia tàng maì coìn bë giaím suït. Træåìng håüp naìy xaíy ra ráút roî neït åí ruäüng luïa thiãúu P, maì chè boïn phán N thuáön tuïy, hoàûc chän vuìi råm raû vaìo âáút maì khäng boïn thãm P. ÅÍ âáy sæû giaím suït nàng suáút laì háûu quaí cuía nhiãöu hiãûn tæåüngphæïc taûp xaíy ra, maì trong âoï hiãûn tæåüng báút âäüng háöu hãút P hæîu cå chæïa trong råm raû, väún âaî quaï êt, laì mäüt. 4. Sæû chuyãøn hoïa lán vä cå khoï tan thaình daûng dãù tiãu: Trong âáút P vä cå khoï tan coï thãø âæåüc vi sinh váût chuyãøn hoïa thaình daûng P dãù tiãu. Pháön låïn vi sinh váût trong âáút coï khaí nàng naìy. Coï âãún 1/10 âãún phán næîa chuíng vi khuáøn phán láûp âæåüc tæì âáút coï khaí nàng chuyãøn hoïa P khoï tan thaình P dãù tiãu. Náúm vaì vi khuáøn coï khaí nàng naìy, gäöm coï: Penicillium, Sclerotium, Aspergillus, Pseudomonas, Mycobacterium, Micrococcus, Flavobacterium, Thiobacillus,vv... Caïc náúm vaì vi khuáøn naìy nuäi trong mäi træåìng dinh dæåîng coï chæïa apatit (Ca3(PO4) 2), hoàûc trong mäi træåìng coï chæïa âaï P nghiãön mën, coï thãø phán huíy âãø háúp thu P cáön cho nhu cáöu phaït triãøn cuía mçnh, maì coìn thæìa læåüng P dãù tiãu âãø cung cáúp cho mäi træåìng chung quanh. Hiãûn tæåüng naìy coï thãø tháúy âæåüc trong déa petri, vç dung dëch dinh dæåîng âàûc (coï thaûch) bë âuûc vç P khoï tan lå læîng trong dung dëch. Chung quanh caïc khuáøn laûc cuía vi khuáøn hoàûc náúm kãø trãn seî coï quáöng trong, laì nåi maì P khoï tan bë chuyãøn hoïa sang daûng tan âæåüc vaì âæåüc vi sinh váût áúy háúp thu âæåüc mäüt pháön. Caïc vi sinh váût naìy tiãút ra caïc acid hæîu cå, vaì cuû thãø âäúi våïi vi sinh váût hoïa tæû dæåîng coï khaí nàng oxy hoïa Nh4 hoàûc Oxy hoïa S, thç caïc daûng hæîu cå naìy laì acid nitric vaì acid sulfuric. Caïc acid naìy taïc duûng lãn apatit âãø cho ra dibasic phosphat vaì monobasic phosphat laì caïc daûng P vä cå dãù tiãu. Caïc nghiãn cæïu cho tháúy sæû xuáút hiãûn caïc acid hæîu cå naìy xaíy ra cuìng luïc våïi xuáút hiãûn P dãù tiãu. Coï nghéa laì, ngay khi vi sinh váût tiãút ra caïc acid hæîu cå, caïc acid naìy taïc duûng trãn P khoï tan vaì cho ra ngay P dãù tiãu. Màût khaïc, caïcdaûng P bë cäú âënh trong âáút nhæ phosphat sàõt vaì phosphat nhäm, cuîng âæåüc chuyãøn hoïa sang daûng dãù tiãu âæåïi taïc duûng cuía vi sinh váût trong âáút. Mäüt säú vi khuáøn coï khaí nàng sinh ra H2S taïc duûng lãn phosphat sàõt hoàûc phosphat nhäm âãø cho ra sulfid sàõt hoàûc nhäm vaì phoïng thêch phosphat dæåïi daûng dãù tiãu (Sperber, 1957). Hiãûn tæåüng naìy xaíy ra trong âiãöu kiãûn thiãúu Oxy (âáút måïi ngáûp næåïc). Cå chãú hiãûn tæåüng naìy chæa âæåüc giaíi thêch roî. Kãút quaí nghiãn cæïu cuía Gerretsen (1948) cho tháúy sæû chuyãøn hoïa caïc daûng P khoï tan nhæ ferrophosphat, bäüt xæång, apatit vaì phosphat bicalcit trong âiãöu kiãûn âáút coï chæïa vi sinh váût (hçnh 6.3) 77
ÅÍ âáút ruäüng pheìn, hháöu hãút P âãöu åí daûng phosphat sàõt hoàûc nhäm, luïa khäng há1p thu âæåüc. Trong âiãöu kiãûn naìy viãûc boïn phán chuäöng, hoàûc chän vuìi råm raû (cung cáúp cháút hæîu cå) kãút håüp våïi boïn N,P vaì väi âãø giuïp vi sinh váût phaït triãøn, seî giuïp cáy tæì tæì P bë cäú âënh sang daûng dãù tiãu, cung cáúp cho luïa. Sæû chuyãøn hoïa naìy khaï cháûm nãn tæû noï khäng cung cáúp âuí P cáön thiãút cho nhu cáöu cuía luïa ( do âoï váùn phaíi boïn thãm P). Toïm laûi, trong âáút P åí dæåïi daûng håüp cháút P hæîu cå. Vi sinh váût chuyãøn hoïa P hæîu cå thaình P vä cå dãù tiãu, cáy háúp thu âæåüc. Bãn caûnh âoï vi sinh váût cuîng háúp thu mäüt læåüng P cáön thiãút cho sæû phaït triãøn cuía chuïng. Khi chãút, P trong vi sinh váût âæåüc traí laûi âáút vaì âæåüc chuyãøn hoïa ngæåüc laûi thaình P dãù tiãu. Màût khaïc, P coìn âæåüc täön træî trong âáút dæåïi daûng P vä cå khoï tan nhæ phosphat calci, sàõt vaì nhäm. Dæåïi taïc duûng cuía vi sinh váût, P khoï tan naìy coï thãø chuyãø hoïa sang daûng P khoï tiãu. Quaï trçnh chuyãøn hoïa naìy coï thãø toïm læåüc theo så âäö åí hçnh 6.4. II. SÆÛ CHUYÃØN HOÏA CHÁÚT KALI TRONG âÁÚT DO VI SINH VÁÛT: Kali laì cháút thæï 3 Ráút cáön thiãút cho sæû phaït triãøn cuía cáy träöng. Träng âáút, kali åí dæåïi daûng caïc håüp cháút hæîu cå chæïa kali trong xaïc baî thæûc vát vaì trong tãú baìo vi sinh váût, dæåïi daûng kali dãù tiãu âæåüc giæî trong caïc phiãún seït hoàûc trong dung dëch cuía âáút vaì dæåïi daûng kali khoï tan trong âáút tæång âäúi nhoí so våïi kali dãù tan, vaìo khoaíng 1/3 kali täøng säú. Vai troì cuía vi sinh váût trong sæû chuyãøn hoïa kali trong âáút tæång âäúi keïm so våïi C, N vaì P. Trong âáút vi sinh váût giæî 2 vai troì âäúi våïi sæû chuyãøn hoïa kali: 1. Chuyãøn hoïa kali khoï tan thaình daûng dãù tiãu: Mäüt säú vi sinh váût coï khaí nàng phán huíy aluminosilicat kali âãø phoïng thêch kali chæïa trong áúy cho cáy sæí duûng. Alcksandrov vaì cäüng taïc viãn (1950) laìm thê nghiãûm våïi loaìi vi khuáøn Bacillus silicous, trãn cáy bàõp vaì luïa mç träöng trong âáút thanh truìng laì âáút coï vaì âáút chuíng vi khuáøn . Kãút quaí trãn âáút coï chuíng vi khuáøn B. silicous vaì khäng boïn Kali, caí bàõp vaì luïa mç âãöu gia tàng náng suáút tæång æïng våïi mäüt lä träöng åí âáút coï thanh truìng vaì coï boïn thãm kali. Âãø coï thãø phoïng thêch kali khoíi håüp cháút khäng tan, aluminosilicat, vi khuáøn tiãút ra caïc cháút acid hæîu cå nhæ acid carbonic, acid nitric, acid sulfuric vaì mäüt säú acid hæîu cå khaïc. Caïc acid hæîu cå naìy taïc duûng lãn aluminosilicat vaì phoïng thêch kali thaình daûng dãù tan. 78
Caïc vi sinh váût coï khaí nàng tiãút ra caïc acid hæîu cå kãø trãn âãöu coï khaí nàng phoïng thêch kali khoíi håüp cháút aluminosilicat. 2. Báút âäüng kali Vi sinh váût coìn cáön kali âãø cáúu taûo tãú baìo. Do âoï trong quaï trçnh phaït triãøn, vi sinh váût háúp thu 1 säú læåüng kali trong âáút cáön thiãút cho noï. Kali naìy chuyãøn thaình kali trong håüp cháút hæîu cå. Cáy khäng sæí duûng âæåüc læåüng kali naìy. Tuy nhiãûn vi sinh váût seî traí laûi âáút khi chãút. III. SÆÛ CHUYÃØN HOÏA S TRONG ÂÁÚT DO VI SINH VÁÛT 1. Chu trçnh cuía S vaì S trong âáút: Trong thiãn nhiãn læu huyình coï màût trong khê quyãøn, trong næåïc vaì trong âáút. Læu huyình luän luän chuyãøn hoïa theo 4 giai âoaûn. - Giai âoaûn hoïa khoaïng. - Giai âoaûn oxy hoaï læu huyình. - Giai âoaûn khæí cuía S. - Giai âoaûn báút âäüng cuía S. Bäún giai âoaûn naìy xaíy ra tuìy theo âiãöu kiãûn cuía mäi træåìng vaì tuìy theo giai âoaûn træåïc âoï cuía S (hçnh 6.5). Trong âáút, S hiãûn diãûn trong xaïc baî thæûc váût, phán cuía âäüng váût, phán boïn hoïa hoüc vaì trong næåïc mæa. Trong cháút muìn, S åí trong caïc acid amin, âæåüc phán huíy tæì caïc prätãin cuía xaïc baî thæûc váût, vaì thæåìng laì: - Cystein : HOOCCHNH2CH2SSCH2CHNH2COOH - Cystein : HSCH2CHNH2COOH - Methionin: H3CSCH2CH2CHNH2COOH Ngoaìi ra, trong âáút, S coìn coï thãø täön taûi dæåïi caïc daûng nhæ sulfat, sulfid, thiosulfat, thioure, tetrathionat hoàûc trong caïc glucosid vaì trong caïc alkaloid. Caïc daûng cuía S trãn âáy luän luän biãún chuyãøntuìy theo âiãöu kiãûn cuía mäi træåìng. 79
2. Sæû hoïa khoaïng cuía S: Trong âáút, S hæîu cå bë vi sinh váût laìm cho chuyãøn hoïa sang caïc daûng S vä cå. Tuìy theo âiãöu kiãûn cuía mäi træåìng cháút sinh ra do quïa trçnh khoaïng hoïa cuía S coï khaïc nhau. Trong âiãöu kiãûn thoaïng khê, vi sinh váût phán huíy âãø sæí duûng mäüt pháön, pháön coìn ---- laûi âæåüc chuyãøn hoïa thaình sulfat (SO ). Thê duû nhæ cystein vaì cystin trong âáút laì 2 acid amin ráút dãù âæåüc chuyãøn hoïa trong âáút thoaïng khê. Âáöu tiãn cystein âæåüc oxy hoïa (khäng coï taïc duûng cuía vi sinh váût) thaình cystin. Kãú âoï S cuía cystin âæåüc phán huíy tiãúp âãø cho ra sulfat, qua 2 cháút trung gian laì cystin disulfoxid vaì cystin, acid sulfinic, theo phaín æïng sau: Caïc giai âoaûn phaín æïng sau do taïc duûng cuía vi sinh váût trong âáút. Sæû hoïa khoaïng caïc S hæîu cå trong âáút thoaïng khê xaíy ra ráút cháûm. Theo kãút quaí nghiãn cæïu cuía Federick vaì ctv (1957), sæû chuyãøn hoïa cuía cystin trong âáút âaût âæåüc 85%, täøng säú cystin hoïa thaình sulfat, trong 1 tuáön lãù. Trong âiãöu kiãûn hiãúm khê (thiãúu oxy), mäüt pháön S hæîu cå seî âæåüc chuyãøn hoïa thaình acid sulfuric (H2S) vaì mäüt vaìi mercaptan coï muìi. Sæû chuyãøn hoïa naìy do båíi mäüt säú giäúng vi khuáøn hiãúm khê. 3. Suû sæí duûng S cuía vi sinh váût Vi sinh váût cáön S vaì âãø phaït triãøn vaì phaíi láúy S tæì mäi træåìng chung quanh. Trong âáút vi sinh váût coï thãø láúy S tæì caïc sulfat, hyposulfid, sulfoxylat, thiosulfat, sulfid... vaì caïc S hæîu cå nhæ caïc acid amin coï chæïa S haìm læåüng S chæïa trong tãú baìo vi sinh váût chiãúm trong khoaíng 0,1 - 1,0% troüng læåüng khä cuía vi sinh váût, vaì S naìy nàòm trong caïc acid amin trong nguyãûn sinh cháút cuía vi sinh váût. Do sæûháúp thu S cuía vi sinh váût, åí nhæîng âáút thiãúu S, nãúu boïn N hoàûc âæåìng bäüt vaìo âáút seî laìm giaím nàng suáút cuía hoa maìu. VÇ N vaì C laìm tàng sinh khäúi vi sinh váût trong âáút, vi sinh váût phaíi láúy S cuía âáút cho sæû tàng sinh khäúi cuía mçnh, vaì kãút quaí laì hoa maìu bë thiãúu S tráöm troüng. Caïc thê nghiãûm trong nhaì læåïi cho tháúy, nãúu boïn thãm S trong træåìng håüp naïy giuïp cho hoa maìu khäng bë giaím nàng suáút. Hiãûn tæåüng trãn âáy coìn âæåüc goüi laì siæû báút âäüng S trong âáút do vi sinh váût. Vç S âæåüc chæïa trong caïc acid amin trong vi sinh váût,nãn khi vi sinh váût chãút, S âæåüc phoïng thêch tråí laûi cho âáút dãù daìng. 80
Hiãûn tæåüng báút âäüng S do vi sinh váût chiè xaíy ra khi tè lãû C/S cuía cháút hæîu cå trong âáút væåüt quaï cán bàòng. Theo Barrow (1958), tè lãû C/S âæåüc xem laì cán bàòng khoaíng 50/1. 4. Sæû oxy hoïa, caïc S vä cå trong âáút Caïc S vä cå âæåüc sinh ra trong quaï trçnh khoaïng hoïa S hæîu cå trong âáút, coï thãø bë oxy hoïa âãø cho ra sulfat. Hiãûn tæåüng oxy hoïa coï thãø do phaín æïng hoïa hoüc thuáön tuïy, cuîng nhæ do caïc vi sinh váût. Oxêt hoïa hoïa hoüc xaíy ra tæång âäúi cháûm, trong khi oxy hoïa do vi sinh váût xaíy ra ráút nhanh trong âiãöu kiãûn mäi træåìng thuáûn håüp. Trong âiãöu kiãûn täúi haío cuía mäi træåìng cho hoaût âäüng cuía vi sinh váût thç phaín æïng oxy hoïa hoïa hoüc thuáön tuïy xaíy ra khäng âaïng kãø so våïi phaín æïng oxy hoïa do vi sinh váût gáy ra. VI sinh váût tham gia vaìo sæû oxy hoïa læu S vä cå thaình sulfat pháön låïn laì vi khuáøn vaì mäüt vaìi náúm. Vi khuáøn tham gia vaìo âuaï trçnh naìy thæåìng laì vi khuáøn tæû dæåîng bàõt buäüc hoàûc tuìy yï. Cuîng coï mäüt êt vi khuáøn dë dæåîng vaì vaìi náúm dë dæåîng. Vi sinh váût oxy hoïa S trong âáút nàòm trong 4 nhoïm sau âáy * Nhoïm vi khuáøn hçnh que: giäúngThiobacillus. * Nhoïm vi khuáøn, náúm vaì xaû khuáøn dë dæåîng. * Nhoïm vi khuáøn coï daûng såüi. Nhoïm naìy gäöm trong 2 bäü vaì 6 bäü cuía ngaình vi khuáøn nhæ sau: +Bäü Beggiatoales: - Hoü Beggiatoaceae: Beggiatoa, Thiothrix, Thioplaca - Hoü Leucotrichaceae: Leucothrix - Hoü Achromatiaceae: Achromatium + Bäü Pseudomonales: - Thiobacteriaceae: Thiobacterium - Thiorhodaceae - Chlorobacteriaceae * Nhoïm vi khuáøn sulfua luûc vaì têm, quang täøng håüp. Trong caïc nhoïm vi sinh váût trãn âáy, nhoïm vi khuáøn coï daûng såüi thæåìng gàûp trong buìn vaì trong âáút ngáûp næåïc, oxy hoïa H2S do mäi træåìng sinh ra. Nhoïm vi khuáøn quang täøng håüp thæåìng gàûp åí trong næåïc. 81
Giäúng vi khuáøn Thiobacillus coï 9 loaìi, trong âoï coï 5 loaìi âaî âæåüc nghiãn cæïu kyí: T. thiooxidans laì vi khuáøn hoïa tæû dæåîng säúng âæåüc åí mäi træåìng chua coï pH âãún 3,0. T. thioparus laì vi khuáøn ráút nhaûy caím våïi mäi træåìng chua. T. novellus coï thãø oxy hoïa caïc læu huyình trong håüp cháút hæîu cå láùn S vä cå. T. denitrificans laì loaìi vi khuáøn coï thãø säúng âæåüc trong mäi træåìng thiãúu oxy vaì coï khaí nàng khæí oxy cuía NO3 trong âiãöu kiãûn ngáûp næåïc. T. ferrooxydans, coï thãø oxy hoïa caí S vä cå láùn caïc muäúi Fe trong âáút. ÅÍ hçnh daûng giäúng Thiobacillus gáön giäúng våïi caïc giäúng thuäüc nhoïm Pseudomonas, nhæng khaïc nhau vç Thiobacillus coï khaí nàng hoïa tæû dæåîng. Mä hçnh oxy hoïa S cuía caïc vi sinh váût naìy âæåüc mä taí theo hçnh 6.6. 5. Quaï trçnh khæí cuía læu huyình trong âáút Khi âáút chuyãøn sang tçnh traûng hiãúm khê do bë ngáûp næåïc, näöng âäü sulfic trong âáút tàng dáön, trong khi âoï näöng âäü sulfat cuía âáút bë giaím nhanh. Trong tràõc diãûn cuía âáút thæåìng coï 1 vuìng táûp trung sulfid sàõt nhë. Âi âäi våïi hiãûn tæåüng tàng læåüng sulfid trong âáút, mäüt säú vi khuáøn khæí sulfat cuîng tàng nhanh theo Takai vaì caïc ctv (1956), sdau khi cho âáút ruäüng ngáûp næåïc 2 tuáön lãù, mäüt säú vi khuáøn khæí sulfat tàng lãn âãún vaìi triãûu trong 1 gram âáút. Coï 2 giäúng vi khuáøn tham gia vaìo quaï trçnh khæí sulfat cuía S trong âáút: a. Vi khuáøn Desulfovibio giæî vai troì quan troüng hån caí âáy laì vi khuáøn kyñ khê bàõt buäüc, coï hçnh pháøy vaì di âäüng båíi 1 chiãn mao åí mäüt âènh. Vi khuáøn naìy thuäüc nhoïm vi khuáøn chëu áúm, nhiãût âäü täúi haío khoaíng 30o C. Khäng phaït triãøn âæåüc åí mäi træåìng quaï chua, coï pH < 5,5. Giäúng vi khuáøn naìy chæïa nhiãöu loaìi, tuy nhiãn loaìi Desulfovibrio desulfuricans thæåìng gàûp trong âáút nháút. b. Vi khuáøn Clostridium nigrificans êt gàûp hån, laì vi khuáøn chëu noïng, nhiãût âäü täúi haío cho loaìi naìy laì 55oC. 82
Quaï trçnh khæí sulfat trong âáút ngáûp næåïc xaíy ra theo nhiãöu giai âoaûn nhæ trong hçnh 6.7 IV. VI KHUÁØN SÆÍ DUÛNG SÀÕT (Fe) VAÌ SÆÛ CHUYÃØN HOÏA SÀÕT TRONG ÂÁÚT 1. Vi khuáøn sæí duûng sàõt: Nàm 1888, Winogradsky ( nhaì baïc hoüc Nga) phán láûp âæåüc mäüt loaìi vi khuáøn tæì trong suäúi næåïc chæïa nhiãöu sàõt. Vi khuáøn naìy coï khaí nàng oxy hoïa caïc ion Fe++ thaình hydroxid Fe+++ vaì têch luîy trong voí cuía chuïng. Âoï laì vi khuáøn Leptothrix characeae. Vãö sau naìy âaî phaït hiãûn ra ráút nhiãöu vi khuáøn coï khaí nàng sæí duûng sàõt (Fe) nhæ laì cháút trao âäøi nàng læåüng. Vi khuáøn naìy coï nhiãöu trong næåïc cuîng nhæ trong âáút. Mäüt säú tham gia vaìo quaï trçnh chuyãøn hoïa Fe trong âáút, mäüt säú khäng coï aính hæåíng âãún. Caïc vi khuáøn sæí duûng Fe âæåüc xãúp vaìo 4 hoü sau: - Hoü Caulobacteraceae: khäng coï daûng såüi, hçnh que, cå thãø têch luîy Hydroxid sàõt tan. Gäm caïc chi Gallionella, Siderophaceae - Hoü Siderocapsaceae: Hçnh que hoàûc hçnh cáöu, coï voí nháöy chæïa muäúi Fe hoàûc muäúi mangan, chia ra 2 nhoïm: + Coï voí: - Hçnh cáöu: Siderocapsa, Siderosphaera - Hçnh que: Ferribacterium, Sideromonas, Sideronema. + Khäng coï voí: Ferrobacillus, Siderbacter, Siderococcus - Hoü Chlamydobacteriaceae: coï daûng såüi, coï voí chæïa muäúi sàõt tam hoàûc muäúi Mn: Leptothrix, Toxothrix... - Hoü Crenothricaceae: Crenothrex, Clonothix Ngoaìi 4 hoü trãn âáy, coìn coï mäüt loaìi vi khuáøn khaïc cuîng coï khaí nàng sæí duûng Fe nhæ Thiobacillus ferrooxidans. 83
Trong caïc vi khuáøn sæí duûng âáút trãn âáy, coï 3 loaûi laì vi khuáøn "thiãút tæû dæåîng" bàõt buäüc (obligate iron autrophe) gäöm: Thiobacillus ferrooxidans. Ba loaûi vi khuáøn naìy khäng phaït triãøn âæåüc trong mäi træåìng dinh dæåîng cháút hæîu cå. Chuïng sæí duûng âæåüc C cuía khê CO2 vaì láúy nàng læåüng tæì phaín æïng oxy hoïa sàõt nhë. 2. Quaï trçnh oxy hoïa - khæí ion sàõt a. ÅÍ âiãöu kiãûn hiãúm khê, do âáút bë ngáûp næåïc, Fe+++ bë khæí thaìnhsàõt Fe++. quaï trçnh naìy xaíy ra do vi sinh váût yãúm khê sæí duûng ion sàõt laìm cháút trao âäøi nàng læåüng. Takai vaì cäüng taïc viãn (1956) do hiãûu thãú khæí vaì ion Fe++ trong âáút ruäüng bë ngáûp næåïc vaì cho kãút quaí trong baíng 6.2. Baíng 6.2: Quaï trçnh khæí do vi sinh váût trong âáút ruäüng sau khi cho ngáûp næåïc: Thåìi gian sau khi cho Hiãûu thãú khæí (Eh) ion Fe++ (%) Tè lãû giæîa ngáûp næåïc ( ngaìy) (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 baíng 6.2, chuïng ta tháúy trong quaï trçnh ngáûp næåïc læåüng Fe++ ngaìy caìng tàng vaì âaût mæïc cao nháút vaìo ngaìy thæï 13 sau khi ngáûp næåïc. Âäöng thåìi læåüng Fe+++ ngaìy caìng giaím theo cuìng nhëp âäü våïi sæû tàng Fe++. Quaï trçnh khæí sàõt tam trong âiãöu kiãûn ngáûp næåïc do taïc duûng cuía caïc vi sinh váût maì háöu hãút laì do caïc vi khuáøn kyñ khê nhæ: - Bacillus polymyxa - B. circulans - Escherichia freundii - Aerobacter aerogenes 84
Hai loaûi B. polymyxa vaì B. circulans hoaût âäüng åí mäi træåìng chua, pH vaìo khoaíng 5,5. Hai loaìi B. freundii vaì A. aerogenes thêch mäi træåìng chua hån. ÅÍ âáút coï chæïa nhiãöu cháút hæîu cå, nãúu bë ngáûp næåïc, vi khuáøn khæí sàõt cho ra nhiãöu ion Fe++. Trong âiãöu kiãûn naìy vi khuáøn khæí sulfat nhæ Desulfovibrio chuyãøn hoaï sulfat thaình sulfit. Sunfit seî phäúi håüp våïi Fe++ cho ra pyrit (FeS). Nãúu âiãöu kiãûn ngáûp næåïc liãn tuûc láu daìi, pyrit têch tuû thaình táöng pheìn tiãöm taìng trong âáút. Trong âiãöu kiãûn naìy pyrit laì mäüt muäúi kim loaûi khoï tan nãn khäng âäüc cho rãù cáy. Tuy nhiãn læåüng ion Fe++ âæåüc phoïng thêch vaì tæû do trong dëch cuía âáút vaì âäüc cho cáy träöng khi hiãûn diãûn quaï nhiãöu. Træåìng håüp âáút coï thuíy triãöu lãn xuäúng, caïc giai âoaûn thoaïng vaì yãúm khê thay nhau. Trong giai âoaûn yãúm khê vi khuáøn khæí Fe+++ thaình Fe++ vaì kãút håüp våïi sulfat trong âáút thaình sulfat sàõt nhë, têch tuû trong táöng âáút áúy vaì taûo thaình táöng âáút coï gley, maìu xaïm hoàûc xaïm xanh saïng. Sulfat sàõt nhë âäüc cho cáy. b. Trong âiãöu kiãûn thoaïng khê: Fe++ bë oxy hoaï tråí thaình sàõt Fe+++. Trong âiãöu kiãûn âáút trung tênh quaï trçnh naìy chuí yãúu xaíy ra do phaín æïng hoaï hoüc. Trong âiãöu kiãûn âáút chua, quaï trçnh oxy hoaï do vi sinh váût taïc duûng gáy ra, chuí yãúu laì vi khuáøn: Hai loaìi vi khuáøn oxy hoaï Fe++ thaình Fe+++ âæåüc nghiãn cæïu nhiãöu laì: - Ferrobacillus ferrooxidans. - Thiobacillus ferrooxidans. pH thêch håüp cho hoaï trçnh oxyd hoaï sàõt nhë biãún âäüng tæì 2,0 âãún 4,5 vaì täút nháút åí 3,5. Quaï trçnh oxyd hoaï sàõt nhë sinh ra nàng læåüng. Ngæåìi ta tênh âæåüc mäùi nguyãn tæí gram sàõt seî cho ra 10.000 calo. V. SÆÛ CHUYÃØN HOAÏ MANGAN (Mn) TRONG ÂÁÚT: Mn laì cháút vi læåüng âäúi våïi cáy träöng. Mn hiãûn diãûn trong âáút dæåïi hai daûng, ++ Mn vaì Mn++++. Mn tan trong næåïc vaì âæåüc cáy háúp thuû. Mn++++ khäng tan, cáy khäng háúp thuû âæåüc vaì hiãûn diãûn dæåïi daûng oxyd mangan (MnO2). 85
Trong âiãöu kiãûn acid, pH 5,5, Mn++++ coï thãø bë khæí thaình Mn++. Ngæåüc laûi trong âiãöu kiãûn kiãöm, pH 8.0, Mn++ coï thãø bë oxyd hoaï thaình Mn++++ dæåïi daûng MnO2. Sæû chuyãøn hoaï naìy thuáön tuïy hoaï hoüc. Trong âiãöu kiãûn mäi træåìng coï pH trong khoaíng 5,5 âãún 8,0, vai troì cuía vi sinh váût trong quaï trçnh chuyãøn hoaï trãn âáy âæåüc xem laì âaïng kãø. Vi sinh váût tham gia vaìo quaï trçnh oxy hoaï Mn trong âáút gäöm coï vi khuáøn, náúm vaì xaû khuáøn. Trong vi khuáøn coï thãø kãø caïc giäúng Aerobacter, Bacillus, Corynebacterium vaì Pseudomonas. Náúm gäöm coï Cladsporium, Curvularia, Helminthosporium vaì Cephalosporium, Streptomyces, xaû khuáøn, cuîng âæåüc baïo caïo laì coï tham gia vaìo quaï trçnh naìy. Ngoaìi ra caïc vi khuáøn chuyãøn hoaï Fe cuîng coï tham gia vaìo quaï trçnh oxy hoaï Mn. Máût säú vi sinh váût oxy hoaï Mn hiãûn diãûn khaï cao trong âáút. Chuïng chiãúm khoaíng 5 âãún 15% täøng säú vi sinh váût säúng trong âáút. Chuïng phaït triãøn täút nháút åí pH tæì 6 âãún 7,5%. 86