Đánh Giá Thực Trạng Hệ Vi Sinh Vật Phân Giải Lân Trong Đất Phù Sa Trung Tính Ít Chua Trồng Lúa Tại Huyện Gia Lâm, Hà Nội

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
---------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
“ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG HỆ VI SINH VẬT PHÂN GIẢI LÂN

TRONG ĐẤT PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA TRỒNG LÚA
TẠI MỘT SỐ XÃ THUỘC HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI "

Người thực hiện

: NGUYỄN THỊ THU HỒNG

Lớp

: K57 - MTC

Khóa

: 57

Chuyên ngành

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn

: ThS. NGUYỄN TÚ ĐIỆP
TS. ĐINH HỒNG DUYÊN

Hà Nội – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong bài khóa luận là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận đều
đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 16 tháng 2 năm 2016
Sinh viên

Nguyễn Thị Thu Hồng

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân
tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, cá
nhân trong và ngoài Học viện Nông nghiệp Việt Nam, các thầy cô giáo, gia
đình cùng bạn bè.
Trước hết cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng
tới ThS. Nguyễn Tú Điệp, TS. Đinh Hồng Duyên, Học viện Nông nghiệp Việt
Nam đã quan tâm dìu dắt, tận tình hướng dẫn phương pháp nghiên cứu và
đóng góp nhiều ý kiến quý báu, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và
hoàn thành khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa, các giảng viên bộ môn

Vi sinh vật, bộ môn Hóa học, bộ môn Khoa học đất đã nhiệt tình chỉ bảo và
tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến gia đình,
bạn bè và người thân của tôi đã luôn động viện, ủng hộ và giúp đỡ tôi thực
hiện và hoàn thành khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 16 tháng 2 năm 2016
Sinh viên

Nguyễn Thị Thu Hồng

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................
MỤC LỤC........................................................................................................
iv
DANH MỤC BẢNG......................................................................................
DANH MỤC HÌNH.......................................................................................
DANH MỤC VIẾT TẮT.................................................................................
PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài.................................................................................................................3

PHẦN 2 TỒNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................
2.1. Tổng quan về lân.....................................................................................................................4

2.1.1. Lân hữu cơ trong đất...............................................................................

2.1.2. Lân vô cơ trong đất.................................................................................
2.1.3. Vấn đề hấp phụ và giữ chặt lân của đất...................................................
2.1.4. Sự chuyển hóa lân trong đất..................................................................
2.2. Tổng quan về vi sinh vật phân giải lân...................................................................................12

2.2.1. Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ............................................................
2.2.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ..............................................................
2.2.3. Các điều kiện ảnh hưởng tới khả năng phân giải lân của vi sinh vật
.............................................................................................................
2.3. Tổng quan về đất phù sa và đất phù sa trung tính vùng đồng bằng sông Hồng....................16

2.3.1. Đất phù sa hệ thống sông Hồng............................................................
2.3.2. Đất phù sa trung tính ít chua (Eutric Fluvisol)......................................
2.4. Tình hình sản xuất lúa và nhu cầu dinh dưỡng lân của cây lúa.............................................19

iv


2.4.1. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam.......................................................
2.4.2. Nhu cầu dinh dưỡng lân của cây lúa.....................................................
2.5. Tình hình nghiên cứu vi sinh vật phân giải lân trong đất......................................................21

2.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................
2.5.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam.......................................................
PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU....................................................................................................
3.1. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................................25
3.2. Phạm vi nghiên cứu..............................................................................................................25

3.2.1. Phạm vi không gian...............................................................................

3.2.2. Phạm vi thời gian..................................................................................
3.3. Nội dung nghiên cứu............................................................................................................25

3.3.1. Đặc điểm phân bố và sử dụng của đất phù sa trung tính ít chua trên
địa bàn huyện......................................................................................
3.3.2. Một số tính chất nông hóa học đất nghiên cứu......................................
3.3.3. Thực trạng hệ vi sinh vật phân giải lân.................................................
3.3.4. Đề xuất giải pháp phát triển hệ vi sinh vật phân giải lân và nâng
cao hiệu quả dinh dưỡng lân...............................................................
3.4. Vật liệu nghiên cứu...............................................................................................................26

3.4.1. Thiết bị và hóa chất...............................................................................
3.4.2. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật............................................................
3.5. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................................26

3.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp...................................................
3.5.2. Phương pháp lấy mẫu đất......................................................................
3.5.3. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nông hóa học đất.................................
3.5.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật.....................................
3.5.5 Phương pháp xử lý số liệu......................................................................

v


PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU...............................................................
4.1. Đặc điểm phân bố và sử dụng của đất phù sa trung tính ít chua trên địa bàn huyện...........31
4.2. Một số tính chất nông hóa học đất nghiên cứu....................................................................32
4.3. Thực trạng hệ vi sinh vật phân giải lân..................................................................................35

4.3.1. Thực trạng hệ vi sinh vật trong đất........................................................

4.3.2. Kết quả phân lập và làm thuần các chủng VSV phân giải lân..............
4.3.3. Hoạt tính phân giải lân của các chủng vi sinh vật.................................
4.3.4. Đánh giá đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật...........................
4.4. Đề xuất một số giải pháp phát triển hệ vi sinh vật phân giải lân và nâng cao hiệu quả dinh
dưỡng lân....................................................................................................................................48

4.4.1 Biện pháp làm đất...................................................................................
4.4.2. Biện pháp luân canh cây trồng..............................................................
4.4.3. Biện pháp tưới tiêu................................................................................
4.4.4. Biện pháp sử dụng hợp lý thuốc trừ sâu, trừ cỏ....................................
4.4.5. Biện pháp bón phân...............................................................................
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................
5.1. Kết luận.................................................................................................................................54
5.2. Kiến nghị...............................................................................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................
PHỤ LỤC........................................................................................................
60

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Hàm lượng lân hữu cơ trong tầng đất mặt của các loại đất khác nhau trong
mối quan hệ với thành phần cơ giới đất........................................................................6
Bảng 3.1. Vị trí lấy mẫu đất phân tích..........................................................................27
Bảng 4.1. Một số tính chất nông hóa học của các mẫu đất..........................................32
Bảng 4.2. Biến động tính chất của đất phù sa ít chua..................................................34
Bảng 4.3. Thành phần vi sinh vật trong đất..................................................................35
Bảng 4.4. Các chủng VSV phân giải lân phân lập được trên môi trường lân hữu cơ....37

Bảng 4.5 Các chủng VSV phân giải lân phân lập được trên môi trường lân vô cơ........37
Bảng 4.6. Mật độ VSV phân lập trên môi trường lân vô cơ..........................................38
Bảng 4.7. Mật độ VSV phân lập trên môi trường lân hữu cơ.......................................39
Bảng 4.8. Hoạt tính phân giải lân của các chủng vi sinh vật.........................................43
Bảng 4.9. Mật độ VSV ở các điều kiện pH khác nhau...................................................45
Bảng 4.10. Mật độ VSV ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau........................................46
Bảng 4.11. Mật độ VK8 ở các nồng độ kháng sinh Streptomycine khác nhau..............47

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Vòng tuần hoàn của lân trong đất..........................................................................5
Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hóa các hợp chất lân hữu cơ..........................................................13
Hình 4.1. Biểu đồ thể hiện phần trăm các nhóm VSV trong đất nghiên cứu........................36
Hình 4.2. Một số chủng VSV phân lập từ mẫu nghiên cứu trên môi trường lân hữu cơ......37
Hình 4.3. Hình ảnh một số chủng VSV phân lập từ mẫu nghiên cứu trên môi trường lân vô
cơ.........................................................................................................................................38
Hình 4.4. Biểu đồ thể hiện mật độ VSV phân giải lân trên các mẫu đất nghiên cứu............40
Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ % mật độ của nhóm VSV phân giải lân so với VSVTS.........41
Hình 4.6. VK3 ở các mức pH khác nhau...............................................................................46
Hình 4.7. VK11 ở các mức pH khác nhau.............................................................................46

viii


DANH MỤC VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT
CFU

CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ
Colony Forming Unit- Đơn vị hình

NTS
VKTS
VSV
VSVTS
XKTS

thành khuẩn lạc
Nấm tổng số
Vi khuẩn tổng số
Vi sinh vật
Vi sinh vật tổng số
Xạ khuẩn tổng số

ix


PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, môi trường đất đang ngày càng bị ô nhiễm nặng nề do nhiều
nguyên nhân khác nhau, trong đó có phần không nhỏ là do hoạt động sản xuất
nông nghiệp. Việc lạm dụng phân bón vô cơ của người trồng không những
làm tăng lượng tồn dư hóa học nông sản mà còn ảnh hưởng xấu đến môi
trường đất. Một trong những loại phân bón phổ biến thường xuyên được đưa
vào đất đó là phân lân. Việc bón lân không cân đối dẫn đến dư thừa và gây ô
nhiễm môi trường đất, nước cũng như gây phú dưỡng, đe dọa nhiều hệ sinh
thái, nhất là các thủy vực, chưa kể trong nhiều nguồn lân thường có chứa các
kim loại nặng.

Sở dĩ, lân được quan tâm, bổ sung vào đất là do lân là một trong các
yếu tố quan trọng của đất, có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát
triển của cây trồng. Lân có trong thành phần của hạt nhân tế bào, rất cần cho
việc hình thành các bộ phận mới của cây. Lân tham gia vào thành phần các
enzim, các protein, tham gia vào quá trình tổng hợp các axit amin, kích thích
sự phát triển của rễ cây, kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây
ra hoa kết quả sớm hơn và nhiều hơn. Lân làm tăng đặc tính chống chịu của
cây đối với các yếu tố không thuận lợi: chống rét, chống hạn, chịu độ chua
của đất, chống một số loại sâu bệnh hại,…Lân còn là một chỉ tiêu của độ phì
nhiêu đất, đất giàu lân mới độ màu mỡ cao và ngược lại đất có độ màu mỡ
cao đều giàu lân.
Trong đất, lân có trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các hợp chất hữu
cơ chứa lân gồm có: phitin, axit nucleic, nucleoproteit, photsphatit,
sacarophosphat… và các vi sinh vật đất. Hợp chất vô cơ chứa lân chủ yếu là
những muối của axit octophosphoric với Ca, Mg, Fe và Al.
Ở Việt Nam, theo Võ Đình Quang (1999) thì khả năng hấp thu lân của
1


đất Việt Nam dao động khá mạnh, trong khoảng từ 10 – 2656 mgP/kg, tùy
theo từng loại đất. Lân bị giữ chặt trong đất do các hydroxit Fe và Al, các
khoáng sét, muối canxi trong đất và chất hữu cơ trong đất. Quá trình giữ chặt
lân do các hydroxit Fe và Al thường xảy ra trên các loại đất chua, giàu sắt và
nhôm di động. Các kaolinit cũng có cơ chế giữ chặt lân tương tự như Fe và Al
hydroxit nhưng với lượng thấp hơn. Sự giữ chặt lân do các muối canxi là yếu
hơn do Fe và Al hydroxit. Vì vậy, lân ở dạng này dễ dàng được phục hồi và
trở nên dễ tiêu với cây trồng. Mùn trong đất khi liên kết với các cation như
Ca, Fe và Al sẽ có khả năng giữ chặt một lượng lân đáng kể. Sự giữ chặt lân
của đất làm giảm lượng lân dễ tiêu trong đất và cây trồng khó hút được lân từ
đất và từ nguồn lân bổ sung từ bên ngoài vào đất, từ đó làm giảm hiệu quả sử

dụng phân lân.
Trong tự nhiên, sự chuyển hóa lân xảy ra chủ yếu dưới tác dụng của quá
trình hóa học và sinh học. Quá trình chuyển hóa hợp chất lân khó tan trong đất
có phần đóng góp quan trọng của các chủng vi sinh vật. Các vi sinh vật phân
giải lân khó tan trong đất hoạt động như các nhà máy phân lân chuyển quặng
khó tan thành dễ tan để cây trồng hấp thụ được, không cần axit mạnh và nhiệt
độ cao. Một số nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra một số vi sinh vật có khả năng
thể hiện được nhiều các hoạt tính sinh học khác nhau, trong đó có những vi
sinh vật vừa chuyển hoá hợp chất photphat vừa có khả năng tạo các chất dinh
dưỡng cho cây, sinh tổng hợp chất kích thích sinh trưởng thực vật đồng thời
cũng có khả năng ức chế một số vi sinh vật gây bệnh vùng rễ cây trồng.
Huyện Gia Lâm thuộc vùng Đồng bằng châu thổ sông Hồng, có tài
nguyên đất đai phong phú, chất lượng tốt, thích hợp cho sản xuất nông
nghiệp. Gần 30% quỹ đất là đất phù sa được bồi đắp hằng năm bởi hệ thống
sông Hồng, độ phì cao, thành phần cơ giới nhẹ, thích hợp cho việc trồng lúa
và các loại cây rau màu cao cấp. Căn cứ vào các tài liệu điều tra đánh giá tác
động môi trường hàng năm, chiến lược bảo vệ môi trường của tỉnh, thành phố

2


và các đề tài nghiên cứu đánh giá tác động của môi trường đến quá trình phát
triển kinh tế - xã hội cho thấy tình hình ô nhiễm môi trường trên địa bàn
huyện đang có chiều hướng gia tăng, dẫn đến việc đất đai bị thoái hóa, chất
lượng đất giảm dần, môi trường đất bị ô nhiễm. Một trong những nguyên
nhân chính là do các hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là do quá trình sử dụng
các chất hóa học trong nông nghiệp đã và đang làm giảm số lượng của nhiều
loại vi sinh vật có ích, làm giảm đa dạng sinh học, ảnh hưởng đến chất lượng
nông sản và sức khỏe người dân.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Đánh giá thực trạng hệ vi sinh vật phân giải lân trong đất phù sa
trung tính ít chua trồng lúa tại một số xã thuộc huyện Gia Lâm, thành
phố Hà Nội”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá thành phần, mật độ, hoạt tính của hệ vi sinh vật phân giải
lân trong đất nghiên cứu.
- Đề xuất một số giải pháp phát triển hệ vi sinh vật phân giải lân và
nâng cao hiệu quả dinh dưỡng lân.

3


PHẦN 2
TỒNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Tổng quan về lân
Hàm lượng lân tổng số trong đất nhìn chung thấp hơn đạm và kali, đạt
tương ứng 1/10 – 1/4 đạm và 1/12 kali (Brandy, 1990). Khác với đạm, lượng
lân trong tầng đất mặt thường bằng hoặc thấp hơn lân ở các tầng sâu. Lượng
lân tổng số trong đất có thể dao động từ 0 – 1 g/kg đất. Tỷ lệ lân trong đất
biến động trong phạm vi từ 0,03 – 0,12%. Ở một số đất hình thành trên đá mẹ
giàu lân, tỷ lệ lân tổng số có thể lên đến 0,6%. Đá mẹ và mẫu chất là yếu tố
quyết định độ phì nhiêu tiềm năng về lân. Phần lớn các đất núi có hàm lượng
lân tổng số cao như các đất đen nhiệt đới trên macgalit, đất feralit có mùn trên
núi, đất nâu đỏ bazan, tỷ lệ lân tổng số có thể đạt tới 0,3- 0,5% P 2O5. Các đất
phát triển trên các đá macma chua, như đất đỏ vàng trên phiến thạch, phù sa
cổ, có lân tổng số thấp hơn. Đất phù sa sông Hồng, mặn trung tính kiềm có tỷ
lệ lân trung bình (0,1%), trong khi đất phù sa hệ thống sông suối khác rất
nghèo lân, phần nhiều < 0,05% P2O5. Nhìn chung, phần lớn đất Việt Nam
được xếp vào loại nghèo lân (Trần Thị Thu Hà, 2009, Bài giảng Khoa học
phân bón).

Sự xuất hiện, tồn tại và chuyển hóa của lân trong tự nhiên cũng như
trong đất diễn ra theo một quy trình khép kín gọi là vòng tuần hoàn của lân
thông qua 4 quá trình ( khoáng hóa, cố định sinh học, cố định hóa học và phân
giải). Theo Murphy và cộng sự (2014), cây trồng chỉ có thể hấp thu 5- 25%
lượng lân được bón, số còn lại bị đất giữ lại dưới dạng hấp phụ hoặc cố định,
trong đó hấp phụ thông qua trao đổi ion sẽ trở thành dạng tan, còn cố định thì
không thể chuyển đổi thông qua ion trao đổi.

4


Cây xanh

Động vật
PO43- trong dung dịch đất

PO43- bị hấp thụ
Quá trình khoáng hóa

Hòa tan

Quá trình cố định

Lân vô cơ
Cố định tạm thời
Chất hữu cơ tươi và tế bào sinh vật
Chất hữu cơ mùn hóa
Hình 2.1. Vòng tuần hoàn của lân trong đất
Trong tự nhiên nói chung và trong đất nói riêng, lân thường ở các dạng
chủ yếu là lân hữu cơ và lân vô cơ.

2.1.1. Lân hữu cơ trong đất
Hàm lượng lân hữu cơ trong đất chiếm một tỷ lệ cao, dao động trong
khoảng từ 20 – 80% của lân tổng số. Hàm lượng lân hữu cơ trong đất cao hay
thấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, thảm thực vật, kết cấu
đất, loại hình sử dụng đất, chế độ phân bón sử dụng trên đất đó.

5


Bảng 2.1. Hàm lượng lân hữu cơ trong tầng đất mặt của các loại đất khác
nhau trong mối quan hệ với thành phần cơ giới đất
Thành phần cơ giới đất
Đất nghèo chất hữu cơ
Cát
Thịt trung bình
Thịt nặng và sét
Đất giàu chất hữu cơ
Thịt trung bình
Thịt nặng và sét

Số lượng mẫu
đất nghiên cứu
194
663
309

Lân hữu cơ trong đất
So với P tổng số
mg/kg đất
(%)

121
250
332

5
85

34,1
39,9
41,4

523
58,9
578
65,4
( Nguồn: Trần Thị Thu Hà, 2009)

Theo số liệu bảng trên, đất giàu chất hữu cơ có hàm lượng lân hữu cơ
lớn hơn nhiều so với đất nghèo chất hữu cơ. Mặt khác, đất có thành phần cơ
giới càng nặng thì hàm lượng lân hữu cơ trong đất càng cao và ngược lại, đất
có thành phần cơ giới càng nhẹ thì càng nghèo lân hữu cơ.
Các hợp chất hữu cơ chứa lân gồm có: Phitin, axit nucleic,
nucleoproteit, phosphatit, sacarophosphat…và các vi sinh vật đất. Nguyên tố
này được tích lũy trong tầng đất mặt nhờ tích lũy sinh học, vì vậy tầng đất mặt
thường chứa nhiều lân hơn các tầng dưới sâu, chiếm khoảng 50%. Cũng như
chất hữu cơ trong đất, lân hữu cơ thường giảm dần theo độ sâu của đất, sự
phân bố lân theo độ sâu cũng khác nhau tùy theo từng loại đất. Tỷ lệ lân hữu
cơ phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn trong đất. Có thể nói đất càng giàu
mùn thì càng giàu lân hữu cơ do các axit mùn chứa 4 – 5% lân và trong điều
kiện thuận lợi có thể giải phóng 15 – 20 kgP/ha/ năm. Song hầu hết các hệ

thống cây trồng cân bằng lân hữu cơ thường bằng không hoặc âm, vì chỉ riêng
vi sinh vật đã tiêu tốn 10g P2O5 để tiêu hủy 1g xenluloza khi phân giải hữu cơ.
Có nhiều hợp chất lân trong đất chưa được nhận biết công thức một
cách chính xác. Nhưng phần lớn lân hữu cơ trong đất là este của
octhophotphoric axit (H2PO4‾) như inositol photphat, photpholipit và axit
6


nucleic. Tỷ lệ của các hợp chất này trong tổng số lân hữu cơ là: Inositol
photphat: 1,4 – 356 mg/kg, chiếm 0,3 – 62%, Photpholipit: 0,4 – 17%, chiếm
0,03 – 5,4%, Axit nucleic (AND và ARN): 0,1 – 97 mg/kg, chiếm 0,1 – 65%
(Harrion, 1987).
Như vậy trung bình chỉ có khoảng 50% hợp chất lân hữu cơ được chúng
ta nhận biết.
Inositol photphat là đại diện cho các photphat este, từ monophotphat
đến hexaphotphat. Phytic axit (myoinosytol hexaphotphat) có những nhóm
chứa 6 octhophotphat (H2PO4‾) gắn vào mỗi nguyên tử C trong vòng benzen.
Sự thay thế lần lượt của H2PO4‾ với OH‾ sẽ hình thành 5 este photphat khác
nhau. Inositol hexaphotphat là một photphat phổ biến nhất và chiếm hơn 50%
tổng P hữu cơ trong đất. Phần lớn các inositol photphat trong đất là sản phẩm
của hoạt động vi sinh vật và sự phân hủy của tàn dư thực vật. Inositol
photphat dễ dàng kết hợp với các protein để hình thành nên nhiều phức axit
nucleic hiện diện trong tất cả các tế bào sinh vật và được giải phóng trong quá
trình phân giải tàn dư thực vật do hoạt động của vi sinh vật đất. Hai dạng axit
nucleic là axit deoxyribonucleic và axit ribonucleic được giải phóng vào trong
đất với hàm lượng lớn hơn rất nhiều so với insitol photphat. Vào trong đất,
các axit này bị phân giải rất nhanh so với inositol photphat, vì vật axit nucleic
chỉ hiện diện với một lượng rất nhỏ so với lân tổng số trong đất, chỉ khoảng
2,5% hay ít hơn. Photpholipit không tan trong nước nhưng được vi sinh vật sử
dụng và tổng hợp dễ dàng. Một số photpholipit phổ biến có nguồn gốc từ

glyxerol. Tốc độ giải phóng photpholipit từ nguồn hữu cơ trong đất khá
nhanh. Vì vậy, hàm lượng photpholipit trong đất thường thấp, khoảng 5% hay
thấp hơn so với lân tổng số.
Cây trồng và vi sinh vật không thể đồng hóa trực tiếp lân hữu cơ. Muốn
đồng hóa, chúng phải được chuyển thành dạng của muối H3PO4.
2.1.2. Lân vô cơ trong đất
7


Lân vô cơ tồn tại ở dạng muối của những nguyên tố Ca, Fe, Al. Ở đất
trung tính và đất kiềm thì photphat Ca là chủ yếu, còn ở đất chua thì photphat
Fe, Al là chủ yếu. Photphat Ca dễ được huy động để làm thức ăn cho cây hơn
là photphat Fe, Al. Sự tồn tại của ion photphat trong môi trường đất bị chi
phối bởi ion photphat bị chuyển đổi hoá trị. Trong thực tế, H 2PO4ˉ là dạng cây
trồng dễ hấp thu nhất. Các dạng lân còn lại thường là những loại khó hoà tan
mà cây trồng không thể đồng hoá được, muốn cây trồng sử dụng được phải
qua chế biến, biến chúng thành dạng dễ tan. Cũng như các yếu tố khác, lân
trong tự nhiên luôn luôn tuần hoàn chuyển hoá. Nhờ vi sinh vật, lân hữu cơ
được vô cơ hoá biến thành dạng muối của axit photphoric. Các dạng lân này
một phần được cây trồng sử dụng biến thành dạng lân hữu cơ, một phần bị cố
định dưới dạng khó tan như Ca 3(PO4)3, FePO4, AlPO4. Những dạng khó tan
này trong các môi trường có pH thích hợp sẽ chuyển hoá và biến thành dạng
dễ tan. Trong quá trình này vi sinh vật giữ vai trò quan trọng.
2.1.3. Vấn đề hấp phụ và giữ chặt lân của đất
2.1.3.1. Khả năng hấp phụ lân của đất
Keo đất có tính chất lưỡng tính nên đất hấp phụ được cả hai dạng ion
đó là cation và anion. Tuy nhiên, vấn đề hấp phụ anion của đất được nghiên
cứu chủ yếu đối với lân vì sức hấp phụ lân của đất khá cao, đồng thời, lân
cũng là một trong những yếu tố dinh dưỡng quan trọng bậc nhất của cây.
Trong đất, lân ít có mặt ở thể ion hóa trị 3 vì chỉ ở pH ≥ 10 trong dung dịch

mới có ion này đáng kể. Về sự tồn tại và biến đổi của các ion photsphat,
người ta nhận thấy chúng phụ thuộc rõ rệt vào phản ứng của môi trường. Căn
cứ vào khả năng phân ly của axit phosphoric, một axit yếu, nên sự phân ly của
nó phụ thuộc vào phản ứng của môi trường. Chỉ trong môi trường kiềm,
H3PO4 mới phân ly hoàn toàn, còn trong môi trường trung tính và chua nhẹ thì
những ion được phân ly ở thể HPO42‾ và H2PO4‾. Như vậy, trong thực tế sản
xuất, ion PO43‾ không có ý nghĩa đối với việc dinh dưỡng của cây trồng bởi vì
nó chỉ có mặt một cách đáng kể trong môi trường có phản ứng mà cây không

8


thể sống được (pH = 10). Trong vấn đề hấp phụ lân thì phản ứng hóa học
đóng vai trò chủ yếu. Trong đất thường có một lượng lớn cation hóa trị 2 và 3
có khả năng hình thành những hợp chất không tan hoặc ít tan đối với lân, do
đó đã hạn chế sự di chuyển của ion này.
Ví dụ đối đất có phản ứng gần như trung tính, khi ta bón supe lân vào
thì canxi của đất sẽ kết tủa lân theo phương trình:
Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaHPO4 + 2H2CO3
Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2 → Ca3(PO4)2 + 4H2CO3
Cũng chính ở đất này nhưng nếu đất không có CaCO 3 thì lân vẫn bị kết
tủa do phản ứng trao đổi với cation canxi trong tầng khuếch tán của keo đất:
(KĐ)Ca2+ + Ca(H2PO4)2 → (KĐ)2H+ + 2CaHPO4
Đối với đất có phản ứng chua thì sắt, nhôm, mangan trở thành di động
và tác động lên phosphat hòa tan theo phản ứng:
Al2(SO4)3 + 2Na2PO4 → 2 AlPO4 + 3Na2SO4
(KĐ)2Al3+ + 2Ca(H2PO4)2 → (KĐ)2H2Ca + 2AlPO4
Như vậy, nếu trong quá trình trao đổi, ở keo đất có chứa nhiều nhôm thì
toàn bộ canxi và lân sẽ bị hấp phụ hết và không có trong dung dịch đất. Sự kết
tủa lân bằng sắt, nhôm và canxi không phải là hiện tượng duy nhất, nhiều

công trình nghiên cứu đã chứng minh trong quá trình hấp phụ lý hóa học còn
có sự tham gia của các hydroxit kết tinh và các khoáng sét. Các loại axit bùn
trong đất có tính chất axidoit, không tham gia hấp phụ lân. Khả năng hấp phụ
lân của keo đất phụ thuộc rất nhiều vào pH của môi trường, pH trong dung
dịch đất càng nhỏ (càng chua) thì lân bị hấp phụ càng lớn (do nhiều sắt, nhôm
di động). Nói tóm lại trong hầu hết các loại đất đều xảy ra hiện tượng hấp phụ
lý hóa lân, nhất là ở đất chua giàu sắt nhôm và sắt nhôm ở thể vi định hình,
đồng thời nghèo chất hữu cơ. Trái lại, đất trung tính chứa ít setkioxit sắt nhôm
trong keo đất và tỷ lện mùn thấp thì hấp phụ lân ít hơn nhiều.
2.1.3.2. Vấn đề giữ chặt lân của đất
Lân bị giữ chặt trong đất bởi các yếu tố: các hydroxit Fe và Al, các
khoáng sét, các muối canxi trong đất và chất hữu cơ trong đất.
Quá trình giữ chặt lân bởi các hydroxit Fe và Al thường xảy ra trên các
loại đất chua, giàu sắt và nhôm di động. Gốc OH‾ trong các hydroxit Fe và Al
bị thay thế bởi PO43+.
9


Lân bị giữ chặt bởi các khoáng sét thường thấp hơn so với lượng lân bị
giữ chặt bởi Fe và Al hydroxit. Rìa lưới của keo kaolinit có chứa OH ˉ và vì
vậy cơ chế hấp phụ lân bởi kaolinit cũng tương tự như khi lân bị giữ chặt bởi
Fe và Al hydroxit. Khả năng giữ chặt lân của keo sét phụ thuộc vào diện tích
bề mặt của loại keo đó. Theo đó, kaolinit có khả năng hấp phụ cao hơn illit và
monmollionit.
Thông thường, sự giữ chặt lân bởi các muối canxi là yếu hơn bởi Fe và
Al hydroxit. Phản ứng giữ lân với các muối canxi trong đất bao gồm 2 dạng:
khi hàm lượng lân trong đất ở mức thấp, lân chủ yếu bị giữ chặt bởi canxi
sunphat; khi hàm lượng lân trong đất cao, lân chủ yếu bị giữ chặt bởi canxi
cacbonat (Grifill và Jurinak, 1973).
Mùn trong đất khi liên kết với các cation như Ca, Fe, Al sẽ có khả năng

giữ chặt một lượng lân đáng kể.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự giữ chặt lân trong đất bao gồm:
pH đất: pH đất có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan của Ca, Fe
Al cũng như các cation khác vì vậy có ảnh hưởng đến khả năng giữ chặt lân
trong đất.
Sự hiện diện của các cation trong đất: Cùng với Ca, Fe, Al, sự hiện diện
của một số cation trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự giữ chặt lân trong đất.
Một số nghiên cứu cho rằng: Mg có tác dung ngăn chặn sự giữ chặt lân bởi
các muối canxi (Yadav và các cộng sự, 1984). Trên đất mặn, nơi mà Na
chiếm ưu thế so với các caiton khác, lân sẽ tạo thành muối với Na và trở nên
dễ tiêu hơn đối với cây trồng.
Sự hiện diện của các anion trong đất: Một số anion trong đất như OHˉ,
SO42‾ có khả năng cạnh tranh với anion phosphat trong các phản ứng để tạo
thành các hợp chất hòa tan trong đất. Tuy nhiên, anion phosphat là một anion
có khả năng cạnh tranh rất mạnh.
2.1.4. Sự chuyển hóa lân trong đất
2.1.4.1. Đối với lân hữu cơ
Tuỳ loại đất tỷ lệ hữu cơ thường chiếm từ 20 - 80% lân tổng số trong
10


đất. Trong tầng đất mặt, lân hữu cơ thường chiếm 50% tổng số lân trong đất.
Trong đất, nhiều loại vi khuẩn và nấm có thể phân huỷ các chất hữu cơ phức
tạp để giải phóng lân dưới dạng vô cơ. Có khoảng 70 - 80 tập đoàn vi sinh vật
đất có khả năng khoáng hoá lân hữu cơ. Nguồn nguyên liệu lân hữu cơ ban
đầu trong đất là các tàn dư thực vật và động vật, các tàn dư này được phân
giải bởi các vi sinh vật để hình thành nên các hợp chất hữu cơ khác và giải
phóng lân vô cơ. Một số lân hữu cơ bền vững với sự phân giải vi sinh vật và
phần lớn các dạng này là humic axit. Inositol photphat, axit nucleic và
photpholipit cũng có thể được khoáng hóa trong đất bởi các phản ứng với xúc

tác của enzim photphat.
Enzim photphat đóng vai trò chủ yếu trong quá trình khoáng hóa lân
hữu cơ trong đất. Với sự hiện diện của các vi sinh vật rất khác nhau trong đất,
thông qua sự hoạt động của photphatase tất cả lân hữu cơ có nguồn gốc thực
vật có thể được khoáng hóa. Hoạt độ của photphatase trong đất có liên quan
đến các thực vật bậc thấp và các enzim tự do hữu hiệu. Hoạt độ của enzim
photphatase trong đất tăng khi hàm lượng chất C trong đất tăng, nhưng hoạt độ
của photphatase trong đất cũng bị ảnh hưởng bởi pH, nhiệt độ và các yếu tố
khác. Sự khoáng hóa lân hữu cơ trong đất có thể được xác định bằng cách đo
sự thay đổi của lân hữu cơ trong đất trong thời gian cây trồng sinh trưởng. Một
bằng chứng khác cho thấy có quá trình khoáng hóa lân hữu cơ đó là hàm lượng
lân hữu cơ giảm dần theo quá trình canh tác liên tục. Khi đất nguyên thủy được
khai phá để canh tác, hàm lượng chất hữu cơ sẽ giảm dần theo thời gian. Do
chất hữu cơ giảm nên ban đầu có sự tăng lân vô cơ, nhưng sau đó hàm lượng
lân vô cơ cũng giảm dần. Trong cả vùng ôn đới, sự giảm lân hữu cơ theo quá
trình canh tác có thể thấp hơn sự giảm C hữu cơ và đạm hữu cơ, do đó cơ chế
làm mất lân tác động yếu hơn các cơ chế làm mất đạm và cacbon. Ngược lại
trong vùng nhiệt đới, sự mất lân, đạm, cacbon có thể là như nhau.
2.1.4.2. Đối với lân vô cơ
Sự tồn tại các loại ion photphat trong đất phụ thuộc vào pH đất. Do

11


vậy, thực tế trong đất, lân tồn tại chủ yếu ở hai dạng: H2PO4 – và HPO42-.
H2PO4‾

HPO42‾

Dung dịch axit

PO43‾
dung dịch kiềm

Ở pH = 7 tỷ lệ 2 loại ion này gần bằng nhau. H 2PO4‾ dễ đồng hoá hơn
HPO42‾, nên về mặt lý thuyết ở pH = 5 – 6 dinh dưỡng lân của cây thuận lợi nhất.
Song trong đất do có mặt của nhiều ion khác mà vấn đề trở nên phức tạp.
2.2. Tổng quan về vi sinh vật phân giải lân
Vi sinh vật phân giải lân – vi sinh vật chuyển hóa lân (Phosphate
Solubilizing Microorganisms – PSM) hay còn được gọi là vi sinh vật huy
động lân (Phosphate mobilizing Microorganisms) là các vi sinh vật có khả
năng chuyển hóa hợp chất lân khó tan thành dạng dễ tiêu cho cây trồng sử
dụng. Các vi sinh vật phân giải hợp chất lân khó tan được biết đến nay gồm cả
vi khuẩn, nấm mốc, nấm men. Vi sinh vật phân giải lân không chỉ là các vi
sinh vật chuyển hóa lân vô cơ, mà còn bao gồm cả các vi sinh vật có khả năng
khoáng hóa các hợp chất lân hữu cơ tạo nguồn lân dễ tiêu cung cấp cho đất và
cây trồng.
2.2.1. Vi sinh vật phân giải lân hữu cơ
Vi sinh vật phân giải hợp chất lân hữu cơ thuộc nhiều loài vi khuẩn và
nấm. Trong giống Bacillus có thể kể đến các loài sau: B.megaterium,
B.subtilis, B.malabarensis, B.megaterium không chỉ có khả năng phân giải
hợp chất lân vô cơ mà còn có khả năng phân giải hợp chất lân hữu cơ. Người
ta còn dùng B.megaterium làm phân vi sinh vật.
Ngoài ra còn các giống Serratia, Proteus, Arthrobacter. Về nấm, chúng
ta có thể kể đến Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Cunnighamella. Về xạ
khuẩn có thể kể Streptomyces.
Năm 1911, J.Stoklasa đã dùng axit nucleic làm nguồn P và N duy nhất
trong môi trường, cấy vi khuẩn Bac.mycoides, B.subtilis, Proteus vulgaris.
Ông nhận thấy lượng lân được phân giải là 23,3; 37,7 và 42%. Đến năm 1949,
vấn đề này mới được chú ý đến.

Năm 1952, Menkina đã phân lập từ hai loại vi khuẩn có khả năng vô cơ
12


hóa hợp chất lân là Bacillus megaterium var.phosphaticum, Serrtia carroller,
(Nguyễn Xuân Thành, 2008, Giáo trình Sinh học đất).
Sau đó, nhiều công trình nghiên cứu khác đã nhận thấy có rất nhiều loại
vi sinh vật có thể tiến hành quá trình này. Quá trình có thể tổng quát theo sơ
đồ sau:
Nucleoprotit

→

nuclein

→

axit nucleic

→

nucleotit

→

H3PO4

Nucleoprotein
Protein
Axit nucleic

Axit amin

4C5H10O5 C6H5O5 C5H5H5O C5H5H5O2 C4H5N5O 4H3PO4
Pentozơ

Adenin

Guanin

Timin

Ritizin
NH4 CO2 H2O H2S chất khác

Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hóa các hợp chất lân hữu cơ
( Nguồn: Nguyễn Xuân Đường, Nguyễn Xuân Thành, 1999)
Các hợp chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ xác động vật, thực vật,
phân xanh, phân chuồng…Hợp chất lân hữu cơ quan trọng nhất được phân
giải ra từ tế bào sinh vật là nucleotit. Nucleotit có trong thành phần nhân tế
bào. Nhờ tác động của các nhóm vi sinh vật hoại sinh trong đất, chất này được
tách ra khỏi thành phần tế bào và được phân giải thành hai phần: protein và
axit nuclein. Protein sẽ đi vào vòng chuyển hóa các hợp chất nito, axit nuclein
sẽ đi vào vòng chuyển hóa các hợp chất photpho. Sự chuyển hóa các hợp chất

13


lân hữu cơ thành muối của H 3PO4 được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật phân
hủy lân hữu cơ. Những vi sinh vật này có khả năng tiết ra emzim photphataza

để xúc tác cho quá trình phân giải.
2.2.2. Vi sinh vật phân giải lân vô cơ
Từ năm 1900 đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về vấn đề này.
J.Stoklaa dùng đất đã tiệt trùng có bón bột apatit và cấy vi khuẩn. Ông dùng
Bacillus megatherium, B. mycoides, Bacillus butyricus. Sau khi cấy vi khuẩn
và bón cho yến mạch thấy có tăng năng suất.
Năm 1949, Gerresen.A cấy một số loại cây như Avena, Sinapis,
Helianthus trong cát. Các chất dinh dưỡng khác đều ở dạng hòa tan. Còn P thì
ở dạng không tan như phosphat bicanxi hay Ca 3(PO4)2. Thí nghiệm theo 2
công thức:
Công thức 1: Tiệt trùng các chậu, sau đó gieo hạt lại với 1% đất không
tiệt trùng.
Công thức 2: Tiệt trùng các chậu và không gieo hạt lại.
Ở công thức (1), sự đồng hóa P mạnh và cây phát triển tốt hơn. Điều đó
chứng tỏ rằng ở đây có tác động của vi sinh vật trong quá trình phân giải các
hợp chất lân khó tan. Nhiều vi khuẩn như Pseudomonas fluorescens, vi khuẩn
nitrat hóa, một số vi khuẩn hệ rễ, nấm, xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải
Ca3(PO4)2 và bột apatit. Ngoài ra trong các quá trình lên men butyric, lên men
lactic, quá trình lên men dấm, trong phân chuồng cũng có thể xúc tác quá
trình hòa tan Ca3(PO4)2 và bột apatit. Vi khuẩn vùng rễ phân giải Ca 3(PO4)2
mạnh. Ở hệ rễ lúa mì thường có 30% vi khuẩn có khả năng phân giải
Ca3(PO4)2 và lượng lân phân giải so với đối chứng tăng 6- 18 lần.
Vi sinh vật phân giải những hợp chất lân khó tan thuộc nhiều nhóm,
nhiều loại khác nhau, có thể chiếm khoảng 10- 15% hệ vi sinh vật đất
(Sperrer, 1958; Swary và Sperrer, 1985; Katzneison và cộng tác viên, 1962).
Vi khuẩn phân giải những hợp chất lân vô cơ khó tan thường gặp gồm
các

giống:

Pseudomonas

(Ps.denitrificans),
14

Alcaligenes

(A.faecalis),


Achromobacter (A.delicatulus), Agrobacterium (A.radiobacter), Aerobacter
(A.aerogenes),
Flavobacterium

Escherichia

(E.freundi),

(F.aurantiacus),

Brevibacterium,

Chlorobacterium

Micrococcus,

(Chl.denitrificans),

Mycobacterium (M.cyaneum), Sarcina (S.flava), Bacillus megaterium
var.phosphaticum và một số Pseudomonas có thể hòa tan lân hữu cơ khó tan

làm tăng năng suất cây trồng. Người ta đã dùng chúng làm phân vi khuẩn P.
Bên cạnh các vi khuẩn, xạ khuẩn cũng như những nấm như
Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Sclerotium cũng có tác dụng trong quá
trình hóa tan hợp chất lân khó tan (Gerretsen, 1949; Sperrer, 1985; Myskow,
1962; Katzenlson và cộng tác viên, 1962) (Nguyễn Xuân Thành, 2008, Giáo
trình Sinh học đất).
Đại đa số nghiên cứu đều cho rằng, sự phân giải Ca 3(PO4)2 có liên quan
mật thiết với sự sản sinh axit trong quá trình sống của vi sinh vật. Trong đó, axit
cacbonic (H3PO4) đóng vai trò quan trọng. Ngoài ra, các axit lactic, butyric,
axetic ở vùng rễ cũng có tác dụng phân giải các loại lân vô cơ khó tan.
Ca3(PO4)2 + 4H2O + CO2

Ca(H2PO4)2 + 2Ca(HCO3)2

Trong đất, vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn chuyển hóa lưa huỳnh cũng
có tác dụng quan trọng trong việc phân giải Ca 3(PO4)2. Trong quá trình sống,
các vi khuẩn này tích lũy trong đất HNO3, H2SO4. Quá trình hòa tan có thể
biểu thị theo các phương trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4H2CO3

CaHPO4 + 2Ca(NO3)2

Ca3(PO4)2 + 2H2CO3

CaHPO4 + 2CaSO4

Quá trình hòa tan các hợp chất lân khó tan có thể theo cơ chế: lân khó
tan tạm thời được đồng hóa bởi vi sinh vật, sau đó lân được giải phóng khỏi vi
sinh vật dưới dạng có thể đồng hóa cho cây trồng.
2.2.3. Các điều kiện ảnh hưởng tới khả năng phân giải lân của vi sinh vật

Độ pH: nhìn chung pH ít ảnh hưởng đến khả năng phân giải lân. Tuy
nhiên pH trong khoảng 7,8 – 7,9 ảnh hưởng tốt tới sự phát triển của hệ vi
sinh vật phân giải lân.

15


Nhiệt độ: các chủng vi sinh vật có nhiệt độ thích hợp cho quá trình
phân giải lân là khác nhau. Nhìn chung khoảng nhiệt độ thích hợp nằm trong
khoảng 20 – 40ºC.
Hợp chất hữu cơ: chất hữu cơ làm tăng quá trình sinh trưởng của vi
sinh vật. Do đó khả năng phân giải lân của chúng sẽ tăng lên.
Độ ẩm: ở những nơi có độ ẩm cao, do hoạt động của vi sinh vật mạnh
nên tạo ra nhiều axit hữu cơ làm tăng phân giải lân.
Hệ rễ: hệ rễ cây trồng kích thích sự sinh trưởng của vi sinh vật. Do đó
phân giải lân cũng được tăng cường. Tuy nhiên một số loài cây có thể tiết ra
các chất độc ngăn cản sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật.
Tỷ lệ N và C trong môi trường: N, C là những thành phần cần thiết cho
sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Tỉ lệ N, C trong môi trường cao
sẽ thúc đẩy khả năng phân giải lân.
2.3. Tổng quan về đất phù sa và đất phù sa trung tính vùng đồng bằng
sông Hồng
Nhóm đất phù sa bao gồm những loại đất được bồi tụ từ những sản
phẩm phù sa của sông không chịu ảnh hưởng của các quá trình mặn hóa hay
phèn hóa. Về mặt hình thái, nhóm đất phù sa mang đặc tính xếp lớp (Fluvic
properties), theo phân loại của FAO, đất phù sa có các tầng A.Ochric- Mollic
và Umbric hay H.Histic.
2.3.1. Đất phù sa hệ thống sông Hồng
Đất phù sa hệ thống sông Hồng là nhóm đất phù sa thuộc đồng bằng
Bắc Bộ được hình thành do sự bồi tích phù sa của hệ thống sông Hồng.

Hệ thống sông Hồng có đặc điểm: Thủy chế thất thường, có năm lũ lớn
có năm lũ nhỏ nên đất phù sa sông Hồng có sự biến động lớn về thành phần
cơ giới trên bề mặt cũng như theo chiều sâu phẫu diện. Đất phù sa sông Hồng
có thành phần cơ giới dao động chủ yếu từ đất thịt nhẹ đến thịt trung bình, do
đó phù hợp với rất nhiều loại cây trồng. Trầm tích sông Hồng có độ phì nhiêu
tự nhiên cao, có phản ứng trung tính và độ bazơ cao, do đó đất thường giàu
16