Các quá trình chuyển hoá của đạm trong đất diễn ra rất phức tạp, trong đó đạm bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hoá học của nó. Các quá trình chuyển hoá chính bao gồm: khoáng hoá, cố định đạm, sự bay hơi, sự khử đạm…Trong đó sự bay hơi là nguyên nhân chính gây thất thoát đạm.
1. Khoáng hóa và cố định đạm trong hệ thống nông nghiệp
Khoáng hoá
Quá trình khoáng hóa đạm xảy ra thông qua quá trình thủy phân và phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong đất khi hàm lượng đạm trong chất nền vượt quá nhu cầu đạm chuyển hóa của tế bào vi sinh vật.
Quá trình này được thực hiện qua trung gian của các vi sinh vật đất dị dưỡng, sử dụng các chất hữu cơ chứa đạm như một nguồn cung cấp carbon (C), đạm (N) và năng lượng, giải phóng các ion amoni dưới dạng chất cặn (ammonification).
Cố định đạm
Sự cố định đạm là sự chuyển đổi các hợp chất vô cơ thành các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hoặc thực vật. Sự cố định đạm đối lập với quá trình khoáng hóa, trong đó các chất dinh dưỡng vô cơ được vi sinh vật trong đất hấp thụ khiến chúng không có sẵn để cây hấp thụ.
Quá trình cố định đạm là một quá trình sinh học được điều khiển bởi vi khuẩn tiêu thụ đạm vô cơ tạo thành các axit amin và đại phân tử sinh học (dạng hữu cơ).
Quá trình cố định đạm và khoáng hóa xảy ra liên tục và đồng thời, nhờ đó đạm được chuyển hóa đều đặn từ trạng thái vô cơ sang hữu cơ bằng cách cố định và trở lại từ trạng thái hữu cơ sang vô cơ bằng cách phân rã và khoáng hóa.
Những quá trình khoáng hóa và cố định đạm xảy ra đồng thời và ngược chiều nhau trong đất. Sự cân bằng giữa các quá trình này được kiểm soát bởi một số yếu tố:
- Môi trường: nhiệt độ đất, độ thoáng khí và độ ẩm;
- Tính chất vật lý của đất: kết cấu, cấu trúc;
- Tính chất hóa học đất: độ pH;
- Các thông số chất lượng của chất thải phân hủy (chẳng hạn như tỷ lệ carbon/nitơ (C/N), carbon/phốt pho (C/P) và carbon/lưu huỳnh (C/S)).
2. Sự bay hơi và khử đạm
Sự bay hơi
Sự bay hơi là nguyên nhân chính gây thất thoát đạm do khí amoniac (NH3) được tạo ra theo phương trình đơn giản:
NH4+ + OH- ↔ NH3 (g) + H2O.
Sự thất thoát amonium tăng khi pH đất tăng.
Ion amoni có thể bị hấp phụ bởi keo đất; do đó thất thoát lớn nhất được tìm thấy ở đất cát và đất nghèo chất hữu cơ trong đất.
Sự thất thoát amoniac do bay hơi trong nông nghiệp xảy ra do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường, độ ẩm của đất tại thời điểm bón phân, hoạt động của enzym urease, pH đất, khả năng trao đổi cation, độ che phủ của đất, lượng mưa sau khi bón và hàm lượng chất hữu cơ hoà tan.
Một nghiên cứu đã báo cáo rằng sự bay hơi amoniac khi urê hoạt động ở nhiệt độ 18°C ít hơn 4,6 lần so với ở 35°C, điều này chứng tỏ rằng thất thoát đạm tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Trong điều kiện độ ẩm của đất cao hơn, khoảng 20%, tỷ lệ bay hơi cũng được báo cáo là thấp vì quá trình thủy phân phân bón tạo điều kiện thuận lợi cho ion amoni khuếch tán, làm cho nó ít bị bay hơi hơn, thậm chí các hoạt động sinh học của đất cũng tăng lên ở điều kiện này.
Ngược lại, sự thất thoát đạm cao hơn ở các giá trị độ ẩm khoảng dưới 10%, do sự kết hợp của ion amoni không hiệu quả, dẫn đến phát thải đạm dạng amoniac cao hơn.
Hơn nữa, thất thoát đạm amoniac do bay hơi sẽ cao hơn trong thời kỳ khô hạn nhất trong năm. Độ ẩm của đất tại thời điểm bón phân gây trở ngại trực tiếp cho quá trình thủy phân urê và do đó gây ra tổn thất do bay hơi amoniac. Vì vậy, việc làm ướt đất ngay sau khi bón urê quan trọng hơn độ ẩm của đất tại thời điểm bón.
Theo Ros và cộng sự, việc tưới nước ngay hoặc có mưa sau khi bón phân urê có thể làm giảm sự bay hơi amoniac nếu nó đủ để pha loãng nồng độ hydroxyl (OH-) xung quanh các hạt urê được tạo ra trong quá trình thủy phân.
Việc sử dụng phân bón sinh học hữu cơ dạng lỏng và rắn như phân gia cầm và lợn cũng là những biện pháp thay thế để giảm thất thoát đạm vì đạm có trong phân bón sinh học sẽ ở dạng hữu cơ do đó cần nhiều thời gian hơn để được vi sinh vật khoáng hóa cho cây hấp thụ.
Sự khử đạm
Quá trình khử đạm là quá trình khử nitrat trong đất thành khí nitơ trong khí quyển. Điều này trái ngược với quá trình nitrat hóa. Quá trình khử nitơ là một bước thiết yếu trong chu trình đạm, nó giải phóng khí nitơ cố định trở lại bầu khí quyển.
Quá trình khử đạm là một yếu tố khác thúc đẩy cho sự thất thoát đạm, điều này chủ yếu được kiểm soát bởi hàm lượng chất hữu cơ, độ pH và nhiệt độ của đất.
Quá trình khử nitơ được tạo điều kiện thuận lợi bởi vi khuẩn khử nitơ như Pseudomonas và Clostridium. Những vi khuẩn này là vi khuẩn kỵ khí và dị dưỡng, lấy năng lượng từ cacbon thông qua quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ.
Chúng hoạt động trong điều kiện yếm khí hoặc thiếu khí như đất úng nước. Chúng sử dụng nitrat làm chất nền hô hấp và kết quả là nitrat được giải phóng dưới dạng nitơ thể khí vào khí quyển.
Công ty TNHH Funo biên tập
