1. Qúa trình khoáng hóa các chất N hữu cơ:
Nhìn chung tất cả chất N ở dạng hữu cơ khi được bỏ trên mặt đất hoặc bị vùi vào trong đất đều bị phân giải bởi vi sinh vật. Vi sih vật một mặt phân giải các chất chứa N để lấy N, cần cho sự sống của chúng. Do sự phân giải của vi sinh vật, các n hữu cơ sẽ được chuyển biến thành N ở dạng vô cơ, đây là qúa trình khoáng hóa N hữu cơ.
75
Trong đất N hữu cơ chứa trong xác bã thực vật vá động vật, trong các phân N hữu cơ và phân N vô cơ như urê, trong chất mùn của đất, vv...
a. Trong xác bã thực vật, động vật cũng như trong chất mùn, N ở dưới dạng là các prôtêin, các nucleic acid,... Các chất này sẽ được vi sinh vật phân giải bằng cách tiết ra các phân hóa tố, proteza sẽ thủy phân prôtêin thành các lipit đơn giản hơn và sau đó cắt tiếp thành amino acid. Amino acid được vi sinh vật hấp thu. Bên trong vi sinh vật amin acid bị phân giải tiếp để cho NH4+. Trong đất trồng trọt lượng N vô cơ được phóng thích vào khoảng 1% - 5% lượng N toàn phần. Đất ruộng lúa (có giai đoạn ngập nước) lượng N được phóng thích thường cao hơn ở đất trồng màu, vì đất ruộng ngập nước chứa nhiều chất hữu cơ dễ tiêu hơn.
Các prôtêin tinh (như casêin, albumin) và các loại acid amin khi cho vào đất sẽ được phân giải nhanh chóng hơn các chất mùn chứa N. Có thể do N trong chất mùn liên kết với thành phần sét và các pôlyphênôl nên được phân giải chậm hơn.
Sự kháng hóa chất mùn chứa N trong đất xảy ra với tất cả các thành phần cấu tạo, có chứa N, nhưng acid amin là dễ bị khoáng hóa hơn cả.
b. Khi bón các phân N hữu cơ như phân bánh dầu, phân cá, bèo hoa dâu, vv... chúng ta cung cấp cho đất lượng prôtêin khá cao. Các chất này sẽ bị khoáng hóa nhanh chọng vaỡ phọng thờch NH4+ (Hỗnh 5.2).
Hình 5.2: Sự khoáng hóa prôtêin trong đất hảo khí, ở nhiệt độ 30oC.
76
c. Phân hóa học chứa N hữu cơ như urê, khi bón vào đất cũng cần có vi sinh vật phân giải thành amônium mới được cây sử dụng. Vi sinh vật tiết ra phân hóa tố urêaz để thủy phân urê, để sau cùng cho ra NH3 theo phản ứng:
urãaz
CO(NH2) 2 + H2O --- (NH4) 2 CO2 --- 2NH3 + CO2 Uró amọnium carbamate
Tốc độ phân giải urê tùy thuộc vào pH của đất và nhiệt độ. Nhiệt độ cao, pH gần trung tính là điều kiện thích hợp cho sự phân giải này.
Nếu không có vi sinh vật thì sự phân giải không xảy ra, urê sẽ mất do bốc hơi và do rữa trôi.
Trong điều kiện thích hợp sự phân giải urê xảy ra trong vài ngày. và ở quanh nơi phân giải (quanh hột phân) pH có thể tăng lên đến 8 hoặc 9, ở điều kiện này amônium dễ bị bốc hơi mất. Hiện nay đang có nhiều nghiên cứu dùng các chất làm chậm lại quá trình phân giải này để ít mất phân.
Các vi khuẩn có tiết ra urêaz có thể kể: Sarcinia hansenii, Bacillus pasteurii, Erwinia amylovora, Proteus vulgaris, Bacillus freudenreichii, Sporosoreinia urãa, vv ...
2. Vi sinh vật trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ chứa N:
Có vô số loài vi sinh vật tham gia vào qúa trình phân giải hữu cơ. Mật số chứa từ 105 - 107/g đất khô. Vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn đều có tham gia vào sự khoáng hóa N hữu cơ trong đất.
Trong đều kiện háo khí sự phân giải prôtêin xảy ra nhanh va ìcho ra CO2., amônium, sulfat và nước.
Trong điều kiện yếm khí, sự phân giải chậm hơn và cho ra amônium, acid amin, CO2, các acid hữu cơ, H2S ...
Vi khuẩn tham gia vào sự khoáng hóa các prôtêin có thể kể: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serratia, Micrococus. Còn tham gia vào việc phân giải các acid nuclêic gồm có các vi khuẩn Pseudomonas, Micrococus, Corynebacterium, Clostridium ...
Tham gia vào quá trình hóa khoáng phân urê có nhiều loài vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn. Trong số vi khuẩn có thể kể đến các chi Bacillus, Micrococcus, Sarcinia, Pseudomonas,
77
Achromobacter, Corynebacterium, Clostridium, trong đó có bốn loài sau đây được nghiên cứu nhiều: Bacillus pasteurii, B. freudenrichii, Serratia urêae, Micrococus urêae.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình khoáng hóa chất hữu cơ chứa N trong đất:
Các yếu tố có ảnh hưởng đến qúa trình khoáng hóa N hữu cơ gồm có ẩm độ của đất, pH của đất, độ thoáng khí của đất, nhiệt độ và các chất vô cơ khác .
Về ẩm độ của đất, đất thoáng khí (không ngập nước), ẩm độ vào khoảng 70% ( so với khả năng giữ nước của đất) có tốc độ khoáng hóa N hữu cơ nhanh nhất. Ẩm độ cao hơn và thấp hơn đều có tốc độ khoáng hóa kém hơn (hình 5.3).
Hình 5.3: Tốc độ khoáng hóa N hửu cơ trong đất thịt với các ẫm độ khác nhau:
27%, 40%, 70% vaì 82%. (M. Alexander, 1961)
Về pH của đất, đất trung tính có tốc độ khoáng hóa nhanh hơn ở đất chua. Độ chua của đất chỉ làm giảm tốc độ khoáng hóa chứ không ngăn chặn khoáng hóa N hữu cơ trong đất. Do đó ở đất phèn, nếu bón vôi, có thể giúp cho sự khoáng hóa N hữu cơ được xảy ra nhanh hơn. Ngoài ra ở đất quá chua vì sự khoáng hóa rất chậm nên đạm hữu cơ tích lũy trong đó. Do đó, biện pháp bón vôi có thể nâng cao năng suất cây trồng đáng kể vì gia tăng tốc độ khoáng hóa sẽ cung cấp nhiều N vô cơ cho cây trồng.
78
Nhiệt độ tối hảo cho sự khoáng hóa N hữu cơ trong đất nằm trong khoảng 40o - 60 o C. Vùng ôn đới nhiệt độ lạnh lâu dài làm chậm tốc độ khoáng hóa, do đó ở vùng ôn đới đất có nhiều chất mùn hơn đất ở vùng nhiệt đới.
Đối với đất ruộng ngập nước, việc cày ải phơi đất ( giúp đất thoáng khí) lúc trở lại trạng thái ẩm sẽ cho lượng amônium khoáng hóa cao hơn đất bị ngập liên tục. Ngoài ra bón vôi cho ruộng lúa cũng làm tăng lượng NH3 khoáng hóa(Bảng 5.1).
Bảng 5.1: Tác động bón vôi đối với tốc độ khoáng hoá chất N hữu cơ trong đất.
(Đơn vị tính = mg/100g đất)
Lượng CaO pH sau khi N của NH4 lúc Sau 28 ngày
(%) bón vôi 24 giờ ban đầu N-NH4 pH
1 12,3 1,03 9,7 10,9
Ca(OH)2 0,5 10,8 " 8,7 9,0
0,1 7,7 " 4,0 8,0
1 7,0 " 3,4 8,0
CaCO3 0,5 7,0 " 3,4 8,0
0,1 6,8 " 3,2 7,8
0 5,9 " 2,3 0,5
Ở đất ngập nước, việc bừa và sục bùn cũng giúp gia tăng tốc độ khoáng hóa hữu cồ.