Trong chu trình luân chuyển đạm trong đất, có rất nhiều quá trình chuyển hoá phức tạp như khoáng hoá, cố định đạm, khử đạm, bay hơi…nhưng trong đó có một quá trình vô cùng quan trọng trong việc tạo nên nguồn cung cấp đạm sẵn có trong đất cho cây trồng đó là quá trình cố định đạm sinh học.
Trong lớp bề mặt của hầu hết các loại đất, trên 90% đạm ở dạng hữu cơ. Đạm hữu cơ trong đất có thể được chia thành hai loại:
(1) Đạm từ các chất bã hữu cơ: phân huỷ xác bã động thực vật, tàn dư cây trồng…
(2) Đạm từ chất hữu cơ trong đất hoặc mùn
Tất cả những vật liệu này đều quan trọng trong việc duy trì hoặc cải thiện độ phì nhiêu của đất và dinh dưỡng thực vật thông qua các tác động trực tiếp và gián tiếp đến hoạt động của vi sinh vật và các chất dinh dưỡng sẵn có.
1. Đạm hữu cơ trong đất
Đạm hữu cơ trong đất bao gồm protein, chitin, axit amin và axit nucleic, chiếm khoảng 90–98% tổng số đạm của đất.
Các dạng đạm được khoáng hóa tạm thời trong đất nên hàm lượng hiện có sẽ phụ thuộc vào các quá trình như khoáng hóa, cố định đạm, nitrat hóa, khử đạm, rửa trôi và sự hấp thu của thực vật.
Nhiều hợp chất được xem như đạm hữu cơ trong đất, khoảng 40% vật liệu protein (protein, peptit và axit amin), 5–6% đường amin, 35% hợp chất nitơ dị vòng (bao gồm cả purin và pyrimidin) và 19% amoniac.
Do đó, vật liệu protein và các hợp chất dị vòng chiếm ưu thế trong lượng đạm tổng số của đất.
2. Đạm hòa tan trong đất
Đạm hữu cơ hòa tan là nguồn cung cấp đạm không bền cho vi sinh vật và là nguồn chứa đạm hòa tan quan trọng trong đất nông nghiệp.
Các loài thực vật có thể trực tiếp hấp thu đạm hữu cơ đơn giản có trong nguồn đạm hữu cơ hoà tan. Nhóm đạm hữu cơ hoà tan bao gồm các hợp chất có trọng lượng phân tử cao (các đồng phân protein), trung bình (các peptit nhỏ) và các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp (các đơn phân như axit amin).
Khi thực vật hấp thu đạm hữu cơ và vô cơ, tỷ lệ tương đối của các nguồn đạm khác nhau này ở trong đất là yếu tố quyết định việc quản lý đạm.
Đạm hữu cơ hòa tan được đề xuất như một giai đoạn chuyển tiếp trong quá trình chuyển hóa đạm giữa chất hữu cơ trong đất và đạm vô cơ (amoni) và được xem là bước trung gian trong quá trình khoáng hóa đạm hữu cơ của vi sinh vật.
Đạm hữu cơ hòa tan có thể điều chỉnh tốc độ chuyển hóa đạm trong đất, ví dụ là tốc độ amon hóa và nitrat hóa. Do đó, đạm hữu cơ trong đất và đạm hữu cơ hòa tan là những chỉ số quan trọng về độ phì nhiêu của đất và nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng.
Ngoài việc là một thành phần quan trọng của tổng số đạm hòa tan trong đất, đạm hữu cơ hoà tan còn đóng một vai trò quan trọng trong chu trình luân chuyển đạm và do đó quyết định lượng đạm sẵn có trong đất ở các hệ thống nông nghiệp.
Các quá trình sinh học và phi sinh học tham gia vào quá trình tạo đạm hữu cơ hoà tan trong đất. Bằng các quá trình sinh học, đạm hữu cơ hoà tan có thể được sản xuất trực tiếp từ sự luân chuyển của vi sinh vật và gián tiếp thông qua sự bài tiết các enzyme ngoại bào của vi sinh vật.
Chất hữu cơ trong đất, pH, carbon tổng số, đạm tổng số và tỷ lệ carbon/nitơ (C/N) là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phong phú của đạm hữu cơ hòa tan của đất.
3. Cố định đạm sinh học
Nitơ ở thể khí (N2) đại diện cho 78% các loại khí trong khí quyển nhưng ở dạng trơ và không hữu dụng cho thực vật.
Chỉ các vi sinh vật cố định đạm bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn lam và nấm mới có thể phá vỡ liên kết ba giữa các nguyên tử (N ≡ N) của nitơ khí quyển, do đó biến nó thành amoniac thông qua enzyme nitrogenase:
(N2) + 8H+ + 6e- → 2NH3 + H2
Cố định đạm sinh học là một thành phần chính của chu trình đạm và chịu trách nhiệm về hầu hết lượng đạm có sẵn cho cây trồng.
Cố định đạm sinh học được thực hiện bởi các vi sinh vật sống cộng sinh, nội sinh hoặc sống tự do.
Các vi khuẩn cộng sinh liên kết với thực vật tạo thành nốt sần ở rễ (rhizobia), nơi chúng cố định đạm trong khi được hưởng lợi từ các chất quang sinh thực vật.
Người ta quan sát thấy rằng sự cộng sinh này không chỉ xảy ra ở các cây thuộc họ đậu (Leguminosae) mà còn ở các loại ngũ cốc như gạo, ngô và lúa mì thuộc họ Poaceae.
Cố định đạm sinh học cũng xảy ra trong các tổ chức vi sinh vật không cộng sinh. Vi khuẩn nội sinh xâm nhập vào các mô thực vật và cố định đạm trong khi hưởng lợi từ các chất quang hóa thực vật, mặc dù lượng đạm cố định thấp hơn so với loài cộng sinh.
Ngoài ra, các vi sinh vật sống tự do ở vùng rễ, vùng đất xung quanh rễ cây, cố định đạm và ăn các chất tiết ra từ rễ (axit amin, peptit, protein, enzyme, vitamin và hormone).
Các vi sinh vật cố định đạm xuất hiện tự nhiên trong đất, trong nước hoặc lưu trú trong hạt. Tuy nhiên, trong môi trường nông nghiệp, các biện pháp thông thường như cày, bừa, bón phân hóa học và thuốc trừ sâu làm giảm quần thể vi sinh vật trong đất, khiến những khu vực này phụ thuộc vào việc bón phân đạm bổ sung.
Như chúng ta đã tìm hiểu trong bài "Quá trình chuyển hoá nào gây thất thoát đạm trong đất?" Ngoài các quá trình chuyển hoá quan trọng như khoáng hoá, cố định đạm, khử đạm, bay hơi...còn một quá trình vô cùng quan trọng đó là cố định đạm sinh học, quá trình này chịu trách nhiệm về phần lớn lượng đạm có sẵn cho thực vật.
Công ty TNHH Funo biên tập
