Vi sinh vật đất và vai trò của chúng trong chu trình sunfua, chu trình Fe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

BÀI TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: SINH THÁI ĐẤT
Học viên thực hiện:
Nguyễn Tất Đạt
Lớp:
K28A – Lâm học
Giáo viên hướng dẫn: TS. Đinh Mai Vân

Năm - 2021


MỞ ĐẦU
Vi sinh vật trong đất rất phong phú, đa dạng. Chúng có mối liên hệ mật
thiết với nhau và có vai trị to lớn trong việc phân giải các xác hữu cơ biến
chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho thực vật. Vi
sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các
vịng tuần hồn trong tự nhiên. Vi sinh vật cịn tham gia vào quá trình hình thành
chất mùn. Hoạt động của hệ vi sinh vật này đã làm cho đất thành một thể sống,
nếu biết được hệ vi sinh vật đất có thể đánh giá được tính chất cơ bản của đất và
quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật.
Hoạt động của vi sinh vật đất đóng vai trị rất lớn trong quá trình định
hình đất, làm tăng độ phì cho đất. Đặc biệt là các vi khuẩn cố định nitơ của
khơng khí, chuyển hóa cacsbon, nitoơ, photpho, lưu huỳnh và những ngun tố
khác từ các dạng khơng tiêu hóa sang dễ tiêu hóa đối với thực vật. Do vậy chúng
đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong vịng tuần hồn vật chất của tự nhiên. Để
hiểu vai trị của vi sinh vật đất trong việc chuyển hóa các chất em làm tiểu luận
“ Vi sinh vật đất và vai trị của chúng trong chu trình sunfua, chu trình Fe”

NỘI DUNG
I.

VI SINH VẬT

1.1. Khái niệm
Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào hoặc đa bào nhân sơ hoặc nhân thực
có kích thước rất nhỏ, khơng quan sát được bằng mặt thường. Thuật ngữ vi sinh
vật không tương đương với bất kỳ đơn vị phân loại nào trong phân loại khoa
học. Nó bao gồm cả virus, vi khuẩn, nấm, tảo, nguyên sinh động vật.
1.2. Các loại vi sinh vật
Vi sinh vật có khoảng trên 100 nghìn lồi bao gồm 30 nghìn lồi động vật
ngun sinh, 69 nghìn lồi nấm, 1.2 nghìn lồi vi tảo, 2.5 nghìn lồi vi khuẩn
lam, 1.5 nghìn lồi vi khuẩn, 1.2 nghìn lồi virus và ricketxi...
Những loại vi sinh vật chính có thể được gom vào những nhóm sau:
- Virus
- Archaea
- Vi khuẩn
- Xạ khuẩn
- Vi nấm
- Vi tảo
1.3. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất
Đất là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sống và phát triển
Các nhóm vi sinh vật cư trú trong đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ
khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn là nhóm chiếm
nhiều nhất về số lượng. chúng bao gồm vi khuẩn háo khí, vi khuẩn kị khí, vi
khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dị dưỡng...
Các nhóm vi sinh vật trong đất thường xuyên có liên quan với nhau: tác
động tương hỗ lẫn nhau hoặc chống đối nhau

Số lượng và thành phần vi sinh vật trong đất thay đổi khá nhiều. Ở nơi đất
nhiều chất hữu cơ, giàu chất mùn có độ ẩm thích hợp vi sinh vật phát triển
mạnh, ví dụ ở đầm lầy, ao hồ…
Số lượng vi sinh vật thay đổi theo độ sâu của đất
Cịn ở những nơi đất đá, đất có số lượng và thành phần vi sinh vật ít hơn.
Lợi dụng sự có mặt của vi sinh vật trong đất mà người ta phân lập, tuyển chọn,
đồng thời duy trì những chuyển hóa có lợi phục vụ cho cuộc sống.
II. CHU TRÌNH SUNFUA
Lưu huỳnh, một nguyên tố giàu thứ 14 trong vỏ Trái Đất, là thành phần rất
quan trọng trong cấu trúc sinh học như các axit amin, cystein, metionin và chu
trình của nó đóng vai trị thiết yếu trong việc điều hòa các muối dinh dưỡng khác
như oxy, phốt pho... Trung tâm của chu trình lưu huỳnh có liên quan với sự thu
hồi sunphat (SO2-) của sinh vật sản xuất qua rễ của chúng và sự giải phóng và
biến đổi của lưu huỳnh ở nhiều công đoạn khác nhau, cũng như những biến đổi
dạng của nó, bao gồm sunphua hydryl (-SH), sunphua hydro (H 2S), thiosunphat
(SO2-) và lưu huỳnh nguyên tố. Tương tự như chu trình nitơ, chu trình lưu huỳnh
rất phức tạp, song lại khác với chu trình ni tơ ở chỗ nó khơng lắng đọng vào
những bước "đóng gói" riêng biệt như sự cố định đạm, amon hóa...
2.1. Vịng tuần hoàn lưu huỳnh trong tự nhiên
Cũng như photpho, lưu huỳnh là một trong những chất dinh dưỡng quan
trọng nhất của cây trồng.
Trong đất S thường ở dạng vô cơ ( CaSO4, Na2S…) và ở dạng hữu cơ.
Trong cơ thể sinh vật, S nằm trong thành phần của các acid amin
( metionin, xystein và trong nhiều loại ezim quan trọng.
Thực vật hút các hợp chất vô cơ trong đất chủ yếu dưới dạng SO 4
chuyển sang dạng S hữu cơ của tế bào .

2-

và


Động vật và người sử dụng thực vật làm thức ăn và cũng biến S thực vật
thành S của động vật và người . Khi động, thực vật chết đi để lại lưu huỳnh hữu
cơ trong đất, S hữu cơ sẽ chuyển hóa thành H2S .
H2S và các hợp chất vơ cơ khác bị oxy hóa bởi các vi sinh vật tự dưỡng
thành S và SO4 2- . SO4 2- lại được thực vật hấp thụ, cứ thế vòng chuyển hóa các
hợp chất lưu huỳnh diễn ra liên tục. Trong đó các vi sinh vật đóng vai trị quan
trọng khơng thể thiếu được.
2.2. Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh
Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng.
Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng quang năng.
Sự khử các hợp chất S vơ cơ do vi sinh vật.

 Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng
2H2S + O2 → 2H2O + 2S + Q
S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + Q
Axit sinh ra làm PH của đất hạ xuống. Năng lượng sinh ra trong q trình
oxy hóa được các vsv đồng hóa CO2 tạo thành đường.
Một ít hợp chất hữu cơ dạng S được đồng hóa tạo thành S hữu cơ tế bào vi
khuẩn ( thiobacillus thioparus và thiobacillus thioxidans ).
Ngồi ra vi khuẩn begiatra minima có thể oxy hóa H2S tạo thành S tích lũy
trong tế bào . Trong đk hiếu khí H2S các hạt S sẽ được oxy hóa đến khi S dự trữ
hết thì vk chết hoặc ở trạng thái tiềm sinh.
 Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng quang năng
Một số vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S tạo thành SO4 2- .
H2S đóng vai trị là chất cho điện tử trong quá trình quang hợp.

Các vi khuẩn họ thiodaceae chlorobacteriae thường oxy hóa H 2S tạo
C6H12O6, S, H2SO4 ở nhóm vi khuẩn trên S được hình thành khơng tích lũy trong
cơ thể mà ở ngồi mơi trường.
Đây là q trình phản sulfat hóa. Q trình này được tiến hành kỵ khí, ở
những tầng nước sâu
C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO2 + 3H2S + Q
Đóng vai trị cung cấp hidro trong q trình khử SO 4, H2SO4 bị khử dần
tới các sơ đồ sau:
H2SO4 → H2SO3 → H2SO2 → H2SO → H2
Qúa trình khử sulfat dẫn đến việc tích lũy H 2S trong mơi trường làm ô
nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến đời sống của thực vật và động vật.
Chu trình lưu huỳnh trong sinh quyển diễn ra cả ở 3 môi trường: đất, nước
và không khí, trong cả điều kiện yếm khí và kỵ khí. Chìa khóa của q trình vận
động là sự tham gia của các vi khuẩn đặc trưng cho từng công đoạn:
- Sự chuyển hóa của hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, rồi từ
đó sang sunphat (SO42-) do hoạt động của vi khuẩn lưu huỳnh khơng màu
hoặc

màu

xanh

hay

màu

đỏ.

- Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại do sự phân giải của vi khuẩn
Thiobacillus.

- Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit là nhờ hoạt động
của

vi

khuẩn

Desulfovibrio.

Chu trình lưu huỳnh trên phạm vi toàn cầu được điều chỉnh bởi các mối
tương tác giữa nước - khí - trầm tích và của các q trình địa chất - khí hậu
- sinh học.
2.3. Vai trị của vi sinh vật trong chu trình lưu huỳnh
Tham gia vào chu trình chuyển hóa lưu huỳnh trong tự nhiên
Tạo nguồn năng lượng sơ cấp cho hệ sinh thái.


Cùng với thực vật đưa lưu huỳnh vào protein.
Góp phần điều hịa các chu trình khác như chu trình N, P, C…
Chu trình tuần hồn lưu huỳnh: trong đất, N và S ở dạng hữu cơ là chủ yếu
cho nên cây trồng khơng đồng hóa được. muốn đồng hóa được phải vơ cơ hóa.
- Sự chuyển hóa của hydro sunphit (H2S) sang lưu huỳnh nguyên tố, rồi từ
đó sang sunphat (SO4 2-) do hoạt động của vi khuẩn lưu huỳnh khơng màu hoặc
màu xanh hay màu đỏ.
- Sự oxy hóa hydro sunphit thành sunphat lại do sự phân giải của vi khuẩn
Thiobacillus.
- Sunphat bị phân hủy kỵ khí để tạo thành hydro sunphit là nhờ hoạt động
của vi khuẩn
- Vô cơ hóa lưu huỳnh hữu cơ lưu huỳnh ở 3 dạng sau: axit amin có S,
sunfat hữu cơ và este sunfuric của hidratcacbon và lipit, S hữu cơ gắn chặt trong

các phần axit humic và phần khoáng.
-VSV phân giải lưu huỳnh hữu cơ và cơ chế phân giải: vd VSV Proteus,
Seratia, Pseudomonas, Closridum, Aspergillus, Microsporum…
- Cơ chế: Disunfoxidecystin → Axit cystein → Axit cysteic
Q trình oxi hóa hợp chất lưu huỳnh vơ cơ
VSV oxi hóa lưu huỳnh vơ cơ có 4 nhóm:
-VSV hóa năng dinh dưỡng
-VSV hóa năng hữu cơ dinh dưỡng
-VSV hoa năng dinh dưỡng thuộc họ Beggiatoaces
-VSV hóa năng dinh dưỡng
Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa S: đất bão hịa nước
III. CHU TRÌNH SẮT


Trong sinh thái học hoặc khoa học Trái Đất, chu trình sắt (Fe) là chu trình
sinh địa hóa của sắt qua các địa mạo, khí quyển, và đại dương. Chu trình sắt gây
ảnh hưởng tới quá trình lắng đọng bụi và tính sinh khả dụng của sắt aerosol.
Sắt có số oxi hóa từ -2 tới +7; tuy nhiên, trong lớp vỏ Trái Đất nó chủ yếu ở
dạng oxy hóa-khử +2 (sắt (II)) hoặc +3 (sắt (III)).
Sự tuần hoàn của sắt giữa dạng sắt (II) và sắt (III) được gọi là chu trình sắt.
Q trình này thì có thể hồn tồn vơ sinh (khơng dính dáng tới sinh vật sống),
hoặc có thể được các vi sinh vật làm cho trở nên dễ dàng hơn.
Một số ví dụ như gỉ của kim loại mang sắt (trong trường hợp này Fe2+ bị
oxy hóa một cách vô sinh thành Fe3+) bởi oxy, và bị khử vơ sinh từ Fe3+ xuống
Fe2+ bởi các khống chất sắt sắt sunfua.
3.1. Chuyển hóa sắt của vi sinh vật
Chu trình sắt cũng có thể được trợ giúp bởi các vi sinh vật, ví dụ như bởi vi
khuẩn oxy hóa sắt, thứ có thể oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+, lấy đi một electron từ chu
trình này để biến thành năng lượng. Vi khuẩn khử sắt có thể khử Fe 3+ trở lại
Fe2+ bằng cách tận dụng nó như một chất nhận electron cuối cùng.

- Hai dạng thế khử chính của sắt trong tự nhiên là Fe 2+ và Fe3+ phụ thuộc
vào pH và O2
- Fe3+ : chỉ tan trong nước ở pH axít hoặc ở dạng phức hợp với các hợp chất
hữu cơ; bị khử thành Fe2+ bằng phản ứng hóa học hoặc bởi vi sinh vật
- F2+ bị ôxi hóa bởi O2 thành Fe3+
+ Bền trong điều kiện khơng có O 2 hoặc trong mơi trường có O 2 ở pH
axít
+ Trong khơng khí ở pH axít, Fe 2+ là chất cho điện tử của vi sinh vật
(Thiobacillus ferrooxidans) tạo Fe3+


+ Chuyển hóa sắt của VSV: oxi hóa Fe 2+ và khử sắt (fer-feique), hịa
tan sắt. Gồm có các VSV: Gallionella, Leptothrix, Sphaerotillus,
Crenothrix, Thiobacillus….
3.2. Vai trò của vi sinh vật trong chu trình sắt
Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, lấy đi một electron từ chu trình này để biến thành
năng lượng. Vi khuẩn khử sắt có thể khử Fe 3+ trở lại Fe2+ bằng cách tận dụng nó
như một chất nhận electron cuối cùng.


KẾT LUẬN
Hoạt động của vi sinh vật đất đóng vai trị rất lớn trong q trình định hình
đất, làm tăng độ phì cho đất. Đặc biệt là các vi khuẩn tham gia vào các chu trình
chuyển hóa lưu huỳnh, sắt, photpho, nito và những nguyên tố khác từ các dạng
không tiêu hóa sang dễ tiêu hóa đối với thực vật. Do vậy chúng ta cần phải tạo
điều kiện cho các vi sinh vật có ích phát triển
Trong các hoạt động cải tạo đất đai, hoạt động sản xuất nông, lâm nghiệp
cần chú sử dụng các loại phân bón phù hợp với từng loại đất, sử dụng các biện
pháp canh tác hợp lý sẽ tạo điều kiện cho các sinh vật có ích phát triển, đồng
thời hạn chế hoạt động của các vi sinh vật có hại.