Báo cáo Đạm trong đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA: MÔI TRƯỜNG MÔN: PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG 1 BÀI BÁO CÁO: ĐẠM TRONG ĐẤT GV: TS. TÔ THỊ HIỀN NHÓM: MT&FRIENDS LỚP: 07MT TP.Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2009 Phụ lục: DANH SÁCH NHÓM……………………………………………………. I. HÀM LƯỢNG ĐẠM TRONG ĐẤT..……………………………….. II. CÁC DẠNG ĐẠM TRONG ĐẤT …………………………………… Đạm vô cơ…………………………………………………….. Đạm hữu cơ…………………………………………………… III. NGUỒN GỐC ĐẠM TRONG ĐẤT………………………………… A. CHUYỂN HÓA NITƠ DO CÁC LOÀI SINH VẬT……………… 1. QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH NITƠ PHÂN TỬ………………………… 1.1 Qúa Trình Cố Định Nitơ Phân Tử Tự Do………………………….. 1.2 Quá trình cố định nitơ phân tử cộng sinh…………………………... 1.3 Các loài vi sinh vật cố định nitơ khác……………………………….. 1.4 Cơ chế của quá trình cố định nitơ phân tử…………………………. 1.5 Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình cố định đạm……… 2. QÚA TRÌNH AMON HÓA………………………………………….. Quá trình amon hóa ure……………………………………… Quá trình amon hóa protein…………………………………. Quá trình amon hóa kitin…………………………………….. Quá trình phân giải chất mùn……………………………….. 2.5 Quá trình nitrat hóa......................................................................... B. TÁC DỤNG CỦA SẤM SÉT ĐƯA ĐẠM VÀO TRONG ĐẤT........ C . DO NƯỚC TƯỚI ĐƯA ĐẠM VÀO ĐẤT…………………………. IV. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐẠM TRONG ĐẤT 1.Phương pháp phân tích nguyên tố - xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng đốt khô………………………………………………………………. 2. Phương Pháp Kjeldahl cải biên……………………………………… V . Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG VIỆC XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐTĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 6 7 7 7 7 8 8 9 9 10 10 10 10 11 14 DANH SÁCH NHÓM: NGỌ THỊ HƯƠNG QUỲNH 0717091 PHÙNG VĂN TÂM 0717094 TRẦN NGỌC THANH 0717105 NGUYỄN PHAN TÚ 0717114 NGUYỄN HOÀI TRANG 0717118 NGUYỄN TRÂN TRUNG 0717127 TRƯƠNG VĂN TUÂN 0717128 NGUYỄN MINH TUẤN 0717131 LÊ TRỌNG VINH 0717134 10. ĐẶNG THỊ TƯỜNG VY 0717136 I. HÀM LƯỢNG ĐẠM TRONG ĐẤT Nitơ là nguyên tố cần tương đối nhiều cho các loại cây nhưng trong đất thường chứa ít đạm. Hàm lượng N tổng số trong các loại đất Việt Nam khoảng 0,1-0,2%. Người ta phân loại - Đất có dưới 0,1% N là đất nghèo đạm . - Đất có 0.1 – 0,2 %N là đất trung bình. - Đất có trên 0,2% N là đất giàu đạm. Hàm lượng đạm trong đất nhiều hay ít phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn (N chiếm khoảng 5-10% của mùn). Các yếu tố ảnh hưởng đến mùn và đạm trong đất bao gồm thực bì, khí hậu, thành phần cơ giới của đất, địa hình và chế độ canh tác. II. CÁC DẠNG ĐẠM TRONG ĐẤT 1. Đạm Vô Cơ Lượng đạm vô cơ rất ít ở tầng đất mặt chỉ chiếm 1-2% của đạm tổng số (1-50 ppm), ở tầng dưới đạm vô cơ có thể đến 30% của đạm tổng số. Do đạm vô cơ trong đất chủ yếu là sản phẩm của hoạt động của vi sinh vật, dễ bị cây hút, lại dễ bi rửa trôi cho nên hàm lượng đạm vô cơ thay đổi rất nhiều không những theo mùa mà còn thay đổi theo ngày đêm, ngày mưa ngày nắng. Dạng đạm vô cơ trong đất chủ yếu là NO3 – và NH4 +, NO2 – rất ít. NH4+ được sinh ra do tác dụng ammon hóa của vi sinh vật đối với chất hữu cơ chứa N. Trong điều kiện háo khí nó dễ bị Nitrat hóa thành NO3-, cho nên chỉ ở trong đất ngập nước NH4+ mới được ổn định và tích lũy. NH4+ và NO3- đều tan trong nước. NH4+ được keo đất hấp phụ nên ít bị rửa trôi, còn NO3- ở trong dung dịch đất dễ bị rữa trôi. NH4+ ngoài dạng cation hấp phụ và một ít ở trong dung dịch đất còn một số nằm trong tinh thể keo sét, loại này còn gọi là “N ở dạng giữ chặt” cây không hút được 2. Đạm Hữu Cơ Đây là dạng tồn tại chủ yếu trong đất, đạm hữu cơ có thể chiếm trên 95% của đạm tổng số. Dựa vào độ hòa tan và khả năng phân hủy mà chia ra làm ba dạng đạm. a. N hữu cơ tan trong nước: chỉ chiếm dưới 5% của đạm tổng số. Nó gồm một số acid amin tương đối đơn giản và các hợp chất dạng muối ammon. N hữu cơ thủy phân: gồm protein, nucleoprotein và azazon. Khi ở môi trường acid, kiềm hoặc lên men chúng có thể bị thủy phân tạo thành chất tương đối đơn giản dễ tan trong nước. Loại này chiếm khoảng trên 50% đạm tổng số N hữu cơ không thủy phân: chiếm 30-50 % của đạm hữu cơ. Nó không những không hòa tan trong nước mà cũng không thể dùng acid hay kiềm để thủy phân. trạng thái hóa học của nó đến nay vẫn chưa thật sáng tỏ. Gồm có: Hợp chất đạm dạng vòng phức tạp quinon phenon Các chất trùng hợp đường và phenon Các chất có cấu tạo vòng phức tạp do ammon kết hợp với protit và licnhin. III. NGUỒN GỐC ĐẠM TRONG ĐẤT Nitơ trong khí quyền xâm nhập vào trong đất bằng các con đường khác nhau: một phần nhỏ ở dạng NH3 và oxyt xâm nhập vào đất bằng con đường mưa khí quyển, hay những trận mưa giông kèm theo sấm sét lớn; ở mức độ lớn nó được cố định do vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh trong các nốt sần của cây họ đậu, một lượng nhỏ nitơ khí quyển khác được cố định do các vi khuẩn sống tự do trong đất như: Azotobacter, Clostridium, vi khuẩn lam… Hay sự phân hủy các hợp chất hữu cơ (xác bã động thực vật) của các loài vi sinh vật đất. Đạm trong đất còn được sinh ra do quá trình vận chuyển và bồi đắp phù sa của sông ngòi, lũ lụt… Con người cũng góp phần làm giàu lượng đạm trong đất theo ý muốn của mình bằng cách bón các loại phân hữu cơ hay vô cơ. Mặc dù vậy nguồn đạm trong đất cũng đã bị hao hụt đi rất nhiều, do các nguyên nhân khác nhau như: sự lấy đi nitơ từ đất bởi cây trồng, sự rửa trôi của nước mưa, nước ngầm; một phần bị oxi hóa, bị khử; sự bay hơi của NH3, hay do nó chuyển thành trạng thái không trao đổi… A. CHUYỂN HÓA NITƠ DO CÁC LOÀI SINH VẬT 1. Qúa Trình Cố Định Nitơ Phân Tử Trong bầu không khí bao trùm lên một hecta đất đai chứa tới 8 triệu tấn nitơ, lượng nitơ này có thể cung cấp cho cây trồng tới hàng chục triệu năm (nếu như cây trồng có thể đồng hóa nó). Trong cơ thể các loài sinh vật trên trái đất có khoảng (10 ÷ 25)x1015 tấn nitơ. trong thực vật trầm tích chứa khoảng 4x1015 tấn nitơ. Tuy nhiên cây trồng không thể đồng hóa trực tiếp nitơ hữu cơ, mà phải nhờ các loài vi sinh vật phân hủy và chuyển hóa dạng nitơ bền vững thành dạng nitơ dễ tiêu (NH3 hoặc NH4+) cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, quá trình này gọi là quá trình amon hóa. Tiếp nốii quá trình amon hóa là quá trình nitrat hóa: vi sinh vật lại chuyển tiếp từ NH3 thành NO3. Dưới tác dụng của vi sinh vật, nitơ không khí chuyển hóa vào các hợp chất hữu cơ chứa nitơ gọi là quá trình cố định nitơ phân tử. 1.1 Qúa Trình Cố Định Nitơ Phân Tử Tự Do Vi khuẩn Azotobacter Vi khuẩn azotobacter là loài vi khuẩn gram âm, không sinh bào tử, có khả năng cố định nitơ phân tử.Azotobacter có các loài chủ yếu sau đây: Azotobacter chrococcum: có khả năng đồng hóa tinh bột, mannit, ramno. Azotobacter beijerinwkii: có khả năng đồng hóa được benzoate natri. Azotobacter vinelandii: có khả năng đồng hóa mannit, ramno, benzoat natri. Azotobacter agillis: không có khả năng đồng hóa mannit, ramno, benzoat natri. Chúng phát triển mạnh ở môi trường giàu chất hữu cơ dễ đồng hóa: đất có bón rơm, rạ, phân xanh, phân chuồng sẽ thúc đẩy sự phát triển của Azotobacter. Azotobacter có thể đồng hóa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ chứa phosphat và là sinh vật chỉ thị để định lượng photpho dễ tiêu trong đất. Azotobacter rất mẫn cảm với pH. Chúng có thể phát triển được ở pH = 4,5 - 9,0. Nhưng pH thích hợp nhất với nó là pH = 7,2 – 8,2. Môi trường acid rất bất lợi đối với sự phát triển và hoạt động sống của Azotobacter và ảnh hưởng rất xấu đối với quá trình cố định nitơ của chúng. Azotobacter có khả năng tiết ra các loại vitamin và các chất sinh học như: B1, B6,… Acid nicotinic, acid pantotenic, biotin, auxin. Chúng còn có khả năng tiết ra các loại thuốc kháng sinh để chống nấm thuộc nhóm Anixomixin. Vi khuẩn Beijerinskii Beijerinskii có khả năng đồng hóa tốt các loại đường đơn và đường kép, đồng hóa yếu tinh bột va acid hữu cơ. Nó có khả năng chống chịu tốt với phản ứng acid. Beijerinskii phân bố rất rộng trong tự nhiên, đặc biệt ở vùng nhiệt đới. c) Vi khuẩn Clostridium Clostridium được chia thành nhiều loại như: Clostridium butyrium, Clostridium beijrinskii, Clostridium pectinnovorum. Clostrdium có khả năng đồng hóa tất cả cá nguồn thức ăn nitơ vô cơ và hữu cơ. Clostridium ổn định cao hơn với pH. pH = 4,5 – 8,5. 1.2 Quá trình cố định nitơ phân tử cộng sinh a) Khái niệm Quá trình đồng hóa nitơ của không khí dưới tác dụng của hệ cộng sinh tạo thành các hợp chất chứa nitơ (acid amin) được gọi là quá trình cố định nitơ cộng sinh. Ví dụ như mối quan hệ đặc biệt giữa cây họ đậu và vi khuẩn nốt sần (VKNS), hay địa y (mối quan hệ giữa nấm và tảo). Cây họ đậu hút nước, muối khoáng và các chất dinh dưỡng trong đất để nuôi cộng sinh, còn VKNS đồng hóa nitơ không khí nuôi cây họ đậu. Chúng gắn bó như một cơ thể tuyệt hảo. Các nhà khoa học ví mỗi nốt sần ở rễ cây họ đậu là một nhà sản xuất phân đạm tí hon. b)Vi khuẩn nốt sần Phân loại: cho đến nay, việc phân loại VKNS vẫn còn chưa hoàn thiện. Năm 1996, các nhà khoa học tạm thời phân loại VKNS thành 2 nhóm với 4 giống sau: Sinohizobium feradii Bradihizobium Agrobacterium Phyllobacterium Trong 4 giống trên chỉ có 2 giống là Sinohizobium feradii và Bradihizobium có khả năng cố định nitơ phân tử trong nốt sần rễ cây họ đậu. Sinohizobium feradii là loài mọc nhanh, sản sinh acid. Chúng phát triển tốt ở môi trường gluco, mannitol, va sacarozo. Loài vi khuẩn này thích hợp ở vùng nhiệt độ ôn hòa. Bradihizobium là những loài mọc chậm, sản sinh chất kiềm. Chúng phát triển tốt ở môi trường pentozơ. Agrobacterium có vai trò rất lớn trên các loại đất trồng cây lâm nghiệp,cây thuốc. Phyllobacterium có vai trò rất lớn trong môi trường nuôi trồng thủy hải sản. c) Đặc tính sinh học: là trực khuẩn háo khí, gram âm. Chúng thích ứng ở pH = 6,5 – 7,5; nhiệt độ 28 – 30oC. Xét về tính chuyên môn hóa, vi khuẩn nốt sần và cây họ đậu tạo thành một hệ hoàn chỉnh, khi tách rời khả năng đồng hóa nitơ phân tử không còn. Tất nhiên không phải cây họ đậu nào cũng có VKNS cộng sinh. Người ta mới tìm được khả năng tạo nốt sần của1.200 loài trong số hơn 11.000 loài cây thuộc bộ đậu. Trong 1.200 loài này có 133 loài (khoàng 9%) được chứng minh là không có khả năng tạo nốt sần. d) Sự hình thành hệ cộng sinh ở rễ cây họ đậu: Ký sinh Cây họ đậu Cây họ đậu Không tạo nốt sần Nốt sần vô hiệu Nốt sần vô hiệu Nốt sần bé Hệ cộng sinh Nốt sần trung bình Tạo nốt sần Nốt sần hữu hiệu Rhizobium Nốt sần to 1.3 Các loài vi sinh vật cố định nitơ khác Ngoài các loại vi sinh vật cố định nitơ phân tử trên còn vô số các loài khác: vi sinh vật cố định nitơ phân tử tạo nốt sần ở thân cây như cây điền thanh, o trên kẽ lá hoặc trên lá. a) Vi khuẩn: - Háo khí: Azotomonas isolita, Azotomonas flourescens, Pseudomonas azotogenis, Azospirillum. - Háo khí không bắt buộc: Klebsiella pneumoniae, Aerobacter acrogens, Bacillus polmoxa. - Kỵ khí quang hợp: Rhodospirillum, Chromatium… - Kỵ khí không quang hợp: Desulfovibrio desulfuricans, methanobacterium sp. b) Xạ khuẩn: một số loài Streptomyces (hay Actinomyces) c) Nấm: Thodotorular d) Tảo - Đơn bào: Glococapsa sp. - Hình sợi: không có dị bào: Lyngbyaps, Oscillatori sp… - Hình sợi: có dị tế bào: Anabaena ambigua, Azotobacter. azollaae, Azotobacter. cycadae… 1.4 Cơ chế của quá trình cố định nitơ phân tử N2 + AH2 + ATP NH3 + A +ADP +P Con người phải sử dụng những điều kiện kỹ thuật cao và rất tốn kém (400 – 500oC, 200 – 1000 atm) để phá vỡ mối liến kết 3 của phân tử nitơ. Tuy nhiên, đối với phẩn tử N2 thì các vi sinh vật cố định nitơ lai có thể đồng hóa trong điều kiện rất bình thường về áp suất và nhiệt độ. Những nghiên cứu gần đây cho biết một phần cơ chế của quá trình cố định nitơ là nhờ enzyme. Quá trình cố định nitơ là quá trình khử N2 thành NH3 và enzyme nitrogenaza đã xúc tác cho quá trình khử này khi có mặt của ATP. Nitrogenaza AH2 chất cho e 1.5 Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình cố định đạm Ngoài các đặc tính sinh học của VKNS thì yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cố định nitơ phân tử đó là khí hậu, thời tiết, cụ thể là nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và các yếu tố dinh dưỡng trong môi trường sống, độ thoáng khí… Người ta kết luận rằng cường độ cố định nitơ ở các vùng nhiệt đới xãy ra mạnh hơn ở các vùng ôn đới và hàn đới. Về ánh sáng, chỉ cần vừa đủ có tác động tốt đến quá trình hình thành nốt sần và quá trình cố định nitơ. Tùy từng loại vi khuẩn cố định nitơ khác nhau mà thích ứng môi trường pH của đất khác nhau. Nhìn chung pH thích hợp là vào khoảng 6,5 – 7,5. Số lượng vi khuẩn cố định nitơ phân tử chuyên tính trong đất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu lực của quá trình cố định nitơ phân tử. Ngoài ra, cường độ cố định nitơ phân tử còn phụ thuộc vào điều kiện canh tác. 2 . Qúa Trình Amon Hóa Là quá trình phần hủy và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ dưới tác dụng của các loài vi sinh vật thành NH4+ (NH3) cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Vi sinh vật Các hợp chất hữu cơ chứa N NH3 hoặc NH4+ 2.1 Quá trình amon hóa ure a) Khái niệm Ure là hợp chất hữu cơ đơn giản có CTPT là CO(NH2)2, chứa 46,6%N. Lượng hữu cơ này được vùi vào đất rất lớn, với hàm lượng dinh dưỡng khá nhiều, nhưng cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp được. Nếu không có quá trình amon hóa thì dù có giàu hữu cơ đến đâu cũng đều vô hiệu với cây trồng và càng gây độc hại cho môi sinh. Đơn giản nhất đó là lượng ure chứa trong nước tiểu. Trong nước tiểu chứa khoảng 2,2% ure. Mỗi ngày một người lớn thải ra khoảng 1,2L nước tiểu, chứa khoảng 30g ure. Đó là chưa kể lượng ure do các động vật thải ra. Vậy nên, nếu trái đất không có các loài vi sinh vật phân giải và chuyển hóa thì cây trồng sẽ ra sao vả trái đất sẽ bị hủy diệt như thế nào? b) Cơ chế của quá trình amon hóa ure Dưới tác dụng của men ureaza do các vi sinh vật tiết ra làm xúc tác cho quá trình chuyền hóa ure: CO(NH2)2 + H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Vi khuẩn ure có khả năng phân giải acid uric và xianamic canxi Sau đó, các sản phẩm ure lại được phân giải như phương trình trên để giải phóng ra NH3. c) Các loại vi sinh vật phân giải ure Pastuer là người đầu tiên đã phát hiện ra vi khuẩn phân giải ure (1862). Cho đến nay người ta đã phát hiện và phân lập ra rất nhiều chủng vi khuẩn: Planosaarcina ureae, Micrococus ureae,… Nhiều loại nấm mốc va xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải ure. Vi khuẩn ure thường thường thuộc loại háo khí hoặc kỵ không bắt buộc. chúng phát tốt ở pH = 6,5 – 8,5. 2.2 Quá trình amon hóa protein a) Khái niệm Protein là thành phần cơ bản của chất nguyên sinh, hằng năm chúng được đưa vào đất với số lượng rất lớn. Trong protein chứa khoảng 15 - 17%N. Quá trình phân hủy và chuyển hóa các hchc (protein) để tạo ra NH3 cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng dưới tác dụng của vi sinh vật được gọi là quá trình amon hóa protein. b) Cơ chế của quá trình Dưới tác dụng của enzyme proteaza, các protein được phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn (polypeptit, olygopeptit), sau đó phân giải thành acid amin. Một phần acid amin này được phân giải thành NH3, CÒ2và nhiều sản phẩm trung gian khác. Quá trình khử amin sẽ xãy ra 1 trong các phản ứng sau: R-CH(NH2)-COOH → CO-COOH + NH3 R-CH(NH2)-COO → R-CHOH-COOH + NH3 R-CH(NH2)-COOH + 1/2O2 → R-COOH + CO2 + NH3 R-CH(NH2)-COOH + H2O → R-CH2OH + CO2 + NH3 R-CH(NH2)-COOH + H2O → R-COOH + 2H + NH3 R-CH(NH2)-COOH + 2H2O → R-COOH +4H + NH3 R-CH(NH2)-COOH + 2H → R-CH2-COOH + NH3 R-CH(NH2)-COOH + 2H → R-CH3 + CO2 + NH3 Khi vi sinh vật phân giải các acid amin chứa S, vi sinh vật giải phóng ra H2S và nếu tích lũy nhiều trong đất sẽ làm thối rễ cây trồng: HCOO-CH2NH2-CH2-SH2 + 2H2O → H2S + NH3 + CH3COOH + CHCOOH c) Vi sinh vật gồm có: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm 2.3 Quá trình amon hóa kitin a) Khái niệm Kitin là hợp chất cao phân tử. Kitin có mặt trong thành tế bào của nhiều loại nấm (nhất là Acomycetes và basidiomycetes), trong vỏ của nhiều loại côn trùng. Hằng năm có hàng triệu tấn kitin giáp xác hình thành trong các đại dương, và một số lượng không nhỏ trong đất. Nhờ có các loài vi sinh vật kitin được phân giải và chuyển hóa thành các chất hữu cơ đơn giản, sau đó tiếp tục phân giải để cho ra các chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng. b) Cơ chế phân giải kitin kitinaza Acetyl Kitin Kitobio + N men ngoại bào Glucozamin c) Những vi sinh vật phân giải kitin Vi khuẩn : Achcromobacter, Flavobacteria Xạ khuẩn : Streptonyces , Gricecus Nấm : Aspergillus, Mortierella 2.4 Quá trình phân giải chất mùn a) Khái niệm Mùn là một chỉ tiêu quan trong để đánh giá độ phì của đất. Nó là chất vô định hình màu tối, khi bị vi sinh vật phân giải nó có các chất hữu cơ như lypit, sáp, gluxit, protein,…Song hàm lượng mùn nhiều hay ít mà không được các loài vi sinh vât phân giải và chuyển hóa thì không có ý nghĩa đối với dinh dưỡng cây trồng. b) Thành phần mùn Theo D.Z Nikitin (1960) thì chất mùn tự nhiên của đất xám có chứa các thành phần sau: Hydratcacbon: 1,3% Hemixenlulo: 3,0% Xenlulo: 0,4% Lignhin: 4,2% Acid humic: 29,6% Acid funvic: 22,0% Humin: 36,5% c) Cơ chế phân giải mùn Vi sinh vật Chất mùn + O2 NH3 + CO2 + Q d) Các loài vi sinh vật phân giải mùn Có rất nhiều các loài sinh vật đất tham gia, kể cả háo khí và yếm khí: vi khuẩn, xạ khuẩn nấm mốc, nguyên sinh động vật (các loại trùng), động vật đất (giun đất, mối đất, kiến đất, ve, bọ chét, bọ hung, chuột đất…). 2.5 Quá trình nitrat hóa a) Khái niệm Quá trình vận chuyển hóa từ NH3 (NH4+) dưới tác dụng của các loài vi sinh vật thành NO3- được gọi là quá trình nitrat hóa. Trước đây người ta quan niệm rằng, quá trình nitrat hóa là quá trình có lợi cho nông nghiệp vì cây trồng hấp thu nitơ ở dạng NO3- nhanh hơn ở dạng NH4+. Ngày nay người ta biết rằng quá trình nitrat hóa là quá trình có hại cho nông nghiệp, vì qua nhiều thí nghiệm cho thấy cây trồng hấp thu nitơ ở dạng NH3 (NH4+) không thua kém gì NO3-. Quá trình chuyển hóa từ NH3 (NH4+) thành NO3- làm tiền đề cho quá trình mất đạm trong đất qua các con đường thấm sâu, rửa trôi, đặc biệt la phản nitrat hóa. Dinh dưỡng nitơ dạng NH4+ được giữ trong keo đất bền hơn ở dạng NO3-. Quá trình chuyển hóa này làm cho đất chua đi. b) Cơ chế của quá trình chuyển hóa Quá trình nitrat hóa xảy ra qua 2 giai đoạn: Quá trình nitrit hóa: là quá trình chuyển hóa từ dạng NH4+ sang NO2- dưới tác dụng của vi sinh vật. VSV NH4+ + O2 NO2- Tham gia vào quá trình này có 4 giống chủ yếu: Nitrosomonas, Nitrosolobus, Nitrocysstis, Nitrosospira. Quá trình nitrat hóa VSV NO2- + 1/2 O2 NO3- Tham gia vào quá trình này có các giống sinh vật: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococus. B. TÁC DỤNG CỦA SẤM SÉT ĐƯA ĐẠM VÀO TRONG ĐẤT Thành phần không khí chủ yếu là N2 và O2. Ở điều kiện thường thì N2 và O2 không phản ứng với nhau, nhưng khi có sấm chớp (tia lửa điện) thì chúng lại phản ứng : N2 + O2 --------> NO Khí NO tiếp tục tác dụng với O2 trong không khí : 2NO + O2 --------> 2NO2 Khí NO2 hòa tan trong nước mưa có mặt O2: 2NO2 + O2 + 2H2O--------------> 2HNO3 HNO3 theo mưa rơi xuống đất . Ion NO3- là một loại phân đạm mà cây dễ đồng hóa. C . DO NƯỚC TƯỚI ĐƯA ĐẠM VÀO ĐẤT Nguồn đạm do nước đưa vào môi trường đất thường do lượng phù sa từ các sông đổ về.Tùy điều kiện xâm nhập mà chất lượng phù sa có khác nhau, song những đặc điểm chung của phù sa là trung tính. Sông ngòi Việt Nam có rất nhiều phù sa. Hằng năm sông Đà cung cấp cho sông Hồng khoảng 80,5 triệu tấn phù sa, sông Thao 45 triệu tấn, sông Lô 10 triệu tấn. Trong phù sa có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là hàm lượng đạm. Các dòng sông đi qua nhiều khu vực và địa hình khác nhau, chúng mang các chất dinh dưỡng từ nơi này đến nơi khác, trong đó có chất đạm. IV PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐẠM TRONG ĐẤT 1.Phương pháp phân tích nguyên tố - xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng đốt khô a. Phạm vi ứng dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng Nitơ tổng số trong đất sau khi đốt khô. Tiêu chuẩn này áp dụng cho tất cả các loại đất. b. Nguyên tắc. Hàm lượng Nitơ được xác định bằng cách đốt nguyên liệu ở nhiệt độ ít nhất là 900o C với sự có mặt của khí O2.Các hợp chất nitơ hữu cơ và nitơ khoáng được oxi hóa hoặc bị phân hủy. các sản phẩm đốt là các oxit nitơ ( NOx) và nitơ phân tử (N2). Sau khi quy đổi tất cả về dạng nitơ phân tử (N2), hàm lượng ni tơ tổng số được đo bằng độ dẫn nhiệt. c. Nguyên liệu- hóa chất. - khí đốt (O2) - chất hiệu chuẩn acetanilit( C8H9NO), acid L-aspartic (C4H7NO4), các amino axit có thành phần đã biết trước hoặc các mẫu đất có hàm lượng nitơ đã biết. - mẫu đất khô đã xử lý theo TCVN 66647: 2000 ( ISO 11464) - thuốc thử d. Dụng cụ - thiết bị. - cân phân tích chính xác đến 0.1mg hoặc cân vi lượng chính xác đến 0.01 mg. - Thiết bị đốt - Chén đốt nhiều cỡ e. Cách tiến hành - Xác định hàm lượng nitơ tổng số: khối lượng mẫu thử cần phân tích phụ thuộc vào hàm lượng nitơ tổng số dự đoán và phụ thuộc vào thiết bị sử dụng. Cân m1 g mẫu đất được làm khô trong không khí hoặc mẫu cho vào chén đốt. - Thông thường các kết quả ban đầu tính theo miligam nitơ (X1) hoặc phần khối lượng của nitơ (X2), được biểu thị bằng phần trăm khối lượng của đất được làm khô trong không khí đã dùng (m1). f. Tính toán kết quả: - Tính hàm lượng nitơ tổng số WN trên cơ sở đất khô, bằng miligam trên gam theo công thức Đối với kết quả ban đầu tính theo miligam nitơ WN = X1/m1 × (100+w)/100 Đối với kết quả ban đầu tính theo phần trăm nitơ. WN = X 2 ×10×(100 + w)/100 Trong đó WN là hàm lượng N tính theo miligam trên gam đất khô kiệt X1 là kết quả ban đầu tính bằng miligam nitơ X2 là kết quả ban đầu tính bằng phần trăm N (khối lượng) m1 là khối lượng đất được làm khô trong không khí để phân tích, tính bằng gam w là phần trăm độ ẩm theo đất khô kiệt, xác định theo TCVN 6648:2000 (ISO 11465) 2. Phương Pháp Kjeldahl cải biên a. Phạm vi ứng dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng nitơ tổng (N - amoni, N-nitrit, N-trong hợp chất hữu cơ) của đất. Nitơ trong các liên kết N-N, N-O và trong một số hợp chất dị vòng (đặc biệt là pyridin) chỉ có thể xác định được một phần. Có thể dùng tiêu chuẩn này để xác định nitơ tổng trong tất cả các loại đất - Định lượng Nitơ tổng số trong nguyên liệu. b. Nguyên tắc : - Dưới tác dụng của H2SO4 đậm đặc ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ bị phân hủy và bị oxi hoá đến CO2 và H2O, Nitơ chuyển thành amoniac ( NH3 ) và tiếp tục kết hợp với H2SO4 tạo thành muối amoni sulfate. - Qúa trình định lượng Nitơ tổng số theo phương pháp Kjeldahl được thực hiện theo 3 bước sau : Bước 1 : - Vô cơ hoá nguyên liệu : Mẫu phân tích được phân hủy trong acid sulfuric đậm đặc ở nhiệt độ cao trong môi trường có chất xúc tác. CxHyOzNt + H2SO4 => xCO2 + y/2H2O + (NH4)2SO4 Bước 2 : - Cất đạm (NH4)2SO4 + 2NaOH => Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O - Hơi NH3 được chưng cất, hấp thụ trong dung dịch acid boric H3BO3 NH3 + H3BO3 NH4+ + H2BO3- Bước 3 : - Lượng H2BO3- sinh ra được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch chuẩn là dung dịch acid H2SO4 - Từ lượng NaOH tiêu tốn trong chuẩn độ với lần thử thật ( mẫu là dung dịch đạm đã vô cơ hoá ) và lần thử không ( mẫu là nước cất ), chúng ta tính ra được hàm lượng Nitơ tổng số trong mẫu nguyên liệu. c. Nguyên liệu - hóa chất : Axit salixillic/axit sunfuric: Hoà tan 25g axit salixillic trong 1 lít axit sunfuric đậm đặc (r = 1,84g/cm2). Hỗn hợp xúc tác kali sunfat: Nghiền và trộn kỹ hỗn hợp 200g kali sunfat, 6g đồng (II) sunfat ngậm 5 phân tử nước và 6g titan dioxit có cấu trúc tinh thể anatax. -Natri thiosunfat ngậm năm phân tử nước: Nghiền tinh thể thành bột mịn, chuyển qua rây có cỡ lỗ 0,25mm. Natri hidroxit, c (NaOH) = 10mol/l -Dung dịch axit boric, r(H3BO3) = 20g/l - Chỉ thị hỗn hợp: Hoà tan 0,1g bromocresol xanh lục và 0,02 metyl đỏ trong 100ml etanol. - Axit sunfuric, c(H+) = 0,01 mol/l d. Dụng cụ - thiết bị : - Ống hút - Ống đong - Cốc thủy tinh - Bình tam giác - Cân sấy ẩm điện tử : Model : MRS 120-3 - Hãng cung cấp: Kern - Đức -  Khoảng cân tối đa : 124 g -  Độ đọc : 0.001 g -  Khoảng nhiệt độ : 30 đến 2300C      - Máy vô cơ hoá mẫu nguyên liệu : Model : InKjel 625P - Hãng cung cấp : behr - Đức -  6 lọ 250 ml -  Đun nhanh tự động bằng tia hồng ngoại - Hệ thống hút khí độc : Model : behrosog  - Hãng cung cấp : behr - Đức - Máy cất đạm : Model : S3     -   Cất đạm tự động - Hãng cung cấp : behr - Đức - Máy chuẩn độ tự động : Model : TLE 230 - Hãng cung cấp : behr - Đức e. Cách tiến hành Cho một phần của mẫu đất đã được làm khô trong không khí khoảng 0,2g (hàm lượng nitơ dự kiến khoảng 0,5%) đến 1g (hàm lượng nitơ dự kiến khoảng 0,1%) vào trong bình phá mẫu (5.1). Thêm vào 4ml axit salixilli axit sunfuric đậm đặc và xoay tròn bình đến khi axit trộn đều vào đất. Để yên hỗn hợp ít nhất trong vài giờ (hoặc qua đêm). Thêm vào bình 0,5g natri thosunfat qua một phễu khô có cuống phễu cắm sâu đến bầu của bình cất và đun cẩn thận hỗn hợp trên bếp phá mẫu đến khi hỗn hợp ngừng sủi bọt. Sau đó làm nguội bình, thêm vào 1,1g hỗn hợp xúc tác kali sulfat và tiếp tục đun đến khi hỗn hợp cất trở nên trong suốt. Đun nhẹ hỗn hợp phản ứng trong 5 giờ cho hơi ngưng tụ của axit sunfuric đạt đến khoảng 1/3 cổ bình. Giữ nhiệt độ của dung dịch không quá 4000C. Sau khi bước phá mẫu kết thúc, làm nguội bình rồi vừa lắc bình vừa thêm từ từ khoảng 20ml nước vào. Sau đó xoay tròn bình để chuyển toàn bộ phần không tan về dạng huyền phù và chuyển tất cả vào thiết bị cất. Tráng bình 3 lần bằng nước đổ vào thiết bị cất. Thêm 5ml axit boric vào bình nón 100ml và đặt bình nón dưới sinh hàn ngưng tụ của thiết bị cất sao cho phần cuối của sinh hàn ngưng tụ nhúng vào dung dịch. Thêm 20ml natri hidroxit vào phễu của thiết bị cất và mở khoá để dung dịch kiềm chảy từ từ vào buồng cất đến khi phần ngưng tụ được khoảng 40ml (lượng cụ thể phụ thuộc vào kích thước của thiết bị cất). Tráng phần cuối của sinh hàn ngưng tụ vào phần cất được, thêm vào vài giọt chỉ thị rồi chuẩn độ bằng axit sunfuric đến điểm cuối có màu tím. Tiến hành phép thử trắng như trên nhưng không có mẫu đất. Ghi lại lượng axit sunfuric chuẩn độ cho mẫu trắng và mẫu đất. f. Tính toán kết quả Hàm lượng nitơ tổng (WN) được tính bằng miligam trên gam được tính theo công thức sau: (V1 - V0) x c(H+) x MN x 100 wN = m x mt trong đó V1 là thể tích của dung dịch axit sunfuric dùng để chuẩn độ mẫu, tính bằng mililít. V0 là thể tích của dung dịch axit sunfuric dùng để chuẩn mẫu trắng,tính bằng mililit c[H+] là nồng độ H+ của axit sunfuric (nghĩa là nếu dùng axit sunfuric 0,01 mol/l thì c[H+] = 0,02ml/l), tính bằng mol trên lít. MN là khối lượng mol của nitơ tính bằng gam trên mol (=14). m là khối lượng của mẫu đất được làm khô ngoài không khí, tính bằng gam. mt là hàm lượng nước tính bằng phần trăm khối lượng so với mẫu đất được làm khô trong tủ sấy tính theo TCVN 5963:1995 (ISO 11465). Làm tròn kết quả đến hai số có nghĩa sau dấu phẩy. V. Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐTĐ Hàm lượng Nitơ trong đất có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển của thực vật do đó việc xác định hàm lượng đạm trong đất là rất cần thiết. Dựa vào kết quả đánh giá hàm lượng nitơ tự nhiên trong đất, người nông dân có thể tính toán lượng nitơ tối ưu mà họ cần thêm cho cây dưới hình thức phân bón để thu được sản lượng mong đợi, lựa chọn được từng loại cây trồng thích hợp với từng loại đất. Hàm lượng nitơ dư thừa trong tự nhiên cũng gây ra những đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường, hàm lượng nitrite, amoni trong đất cao sẽ gây ra ô nhiễm môi trường.Việc lạm dụng phân bón hoa màu cũng như các hợp chất của nitơ để nuôi gia súc đã dẫn đến một lượng lớn nitơ chảy vào trong các ao hồ (khoảng 20% - 25% nitơ con người bón cho đất cuối cùng được đổ xuống các sông). Hậu quả là tảo phát triển mạnh ngoài sự kiểm soát nhờ vào “dòng lũ” Nitơ này, lấy hết nguồn oxy trong nước và lấp đi ánh sáng mặt trời, làm tôm cá chết ngạt và ngăn cản quá trình quang hợp ở các thực vật sống dưới nước. Lượng nitơ trong đất tăng cũng khiến một số loài thực có thể thắng thế hơn so với số còn lại. Sự “phục vụ” này có thể giúp chúng lợi dụng số Nitơ thừa để phát triển một cách nhanh chóng, và điều này hiển nhiên số phận của những loài khác sẽ trở nên tăm tối vì mất đi nhiều nguồn tài nguyên. Các loài thực vật khác dần dần biến mất (tuyệt chủng), ảnh hưởng đến các loài động vật, côn trùng, chim muông ăn các loài này để sống. Đây chính là hiện tượng đã khiến cho nhiều khu rừng ở Hà Lan trở nên khan hiếm các chủng loại động thực vật Do đó việc quản lý hàm lượng nitơ trong đất có ý nghĩa rất quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động của ô nhiễm nitơ với môi trường.. TÀI LIỆU THAM KHẢO: Nguyễn Xuân Thành (chủ biên), Nguyễn Đường, Vũ Thị Hoàn - Giáo trình sinh học đất – NXB Giáo dục - năm 2007 Lê Văn Khoa, Trần Khắc Tiệp, Trịnh Thị Thanh - Hóa học nông nghiệp _ NXB ĐHQG Hà Nội - năm 1996 Đất Việt Nam – NXB Nông nghiệp Hà Nội năm 2000. Chất lượng đất – xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng đốt khô (“Phân tích nguyên tố”) – TCVN 6645 – 2000 ISO 13878-1998. Chất lượng đất – xác định Nitơ tổng – Phương pháp kjeldahl cải biên - TCVN 6498:1999