Chương 01: LƯỚI THỨC ĂN TRONG ĐẤT

 Tác giả: Elaine R. Ingham

SINH HỌC ĐẤT & CẢNH QUAN

   Một số lượng vô cùng đa dạng các sinh vật tạo thành Lưới Thức Ăn Trong đất. Theo kích thước, chúng gồm các loại nhỏ nhất với chỉ một tế bào như vi khuẩn, rong, nấm, động vật đơn bào tới các sinh vật phức tạp hơn như tuyến trùng, động vật chân khớp, tới các sinh vật dễ thấy bằng mắt thường như giun đất, côn trùng, các động vật nhỏ và cây trồng. Khi các sinh vật này ăn, phát triển và di chuyển trong đất, chúng giúp nguồn nước sạch hơn, không khí sạch hơn, cây trồng khỏe hơn và điều tiết dòng nước. Có nhiều cách Lưới Thức Ăn trong đất là một phần không thể thiếu của các quy trình cảnh quan (landscape processes). Các sinh vật trong đất phân hủy các chất hữu cơ gồm phân động vật, xác thực vật, thuốc trừ sâu bệnh, ngăn chúng đi vào nguồn nước và gây ô nhiễm. Chúng lấy đạm và các chất dinh dưỡng khác, ngăn chặn các chất này đi vào mạch nước ngầm, và chúng cố định đạm từ khí quyển để cung cấp cho cây trồng. Nhiều sinh vật giúp cải thiện kết cấu và độ xốp của đất, giúp tăng khả năng thấm nước và giảm thất thoát nước. Các sinh vật trong đất cũng giúp kiểm soát các côn trùng sâu bệnh và là nguồn thức ăn cho các động vật sống trên mặt đất.

 Môi trường đất. Các sinh vật sống trong các môi trường siêu nhỏ ở trong hoặc giữa các hạt đất.     

 Sự khác biệt nhỏ của các giá trị pH, độ ẩm, kích thước lỗ đất, loại thức ăn sẵn có tạo ra các  môi trường sống khác nhau.

 

 

 



 

LƯỚI THỨC ĂN: CÁC SINH VẬT & SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CHÚNG

Lưới Thức Ăn trong đất là cộng đồng của các sinh vật sống một phần hoặc trọn đời của chúng trong đất. Một sơ đồ Lưới Thức Ăn hiển thị dãy các sự chuyển đổi (được thể hiện bằng các mũi tên) của năng lượng và dinh dưỡng khi một sinh vật ăn một sinh vật khác (xem sơ đồ Lưới Thức Ăn). 
Tất cả các Lưới Thức Ăn được nuôi sống bởi các thành phần chính sau: cây trồng, cỏ, rêu, vi khuẩn quang hợp và rong. Các sinh vật này sử dụng năng lượng mặt trời để cố định carbon dioxit từ khí quyển. Hầu hết các sinh vật khác trong đất lấy năng lượng và carbon bằng cách tiêu thụ các hợp chất hữu cơ trong cây trồng, các sinh vật khác và các phế phẩm. Một vài vi khuẩn, được gọi là chemoautotroph lấy năng lượng từ ni-tơ, sulfur hoặc các hợp chất sắt chứ không dùng các hợp chất carbon hoặc từ mặt trời. Khi các sinh vật phân hủy các vật liệu phức tạp, hoặc ăn các sinh vật khác, các chất dinh dưỡng được chuyển đổi từ một dạng sang dạng khác, và được cung cấp cho cây trồng và các sinh vật khác trong đất. Tất cả cây trồng - cỏ, cây, cây bụi, hoa màu - phụ thuộc vào Lưới Thức Ăn để lấy dinh dưỡng.

 




CÁC SINH VẬT TRONG ĐẤT LÀM GÌ?

Phát triển và sinh sản là các hoạt động chính của tất cả các sinh vật sống. Khi mỗi cây trồng và sinh vật trong đất làm việc để sống, chúng phụ thuộc vào các tương tác với nhau. Các phụ phẩm từ rễ và xác cây nuôi sống các sinh vật trong đất. Cùng lúc đó, các sinh vật trong đất bảo vệ sức khỏe cây khi chúng phân hủy chất hữu cơ, tái tạo dinh dưỡng, cải thiện cấu trúc đất và kiểm soát số lượng các sinh vật trong đất, bao gồm các dịch hại. (Xem bảng các chức năng của sinh vật trong đất)


CHẤT HỮU CƠ LÀ ĐẦU VÀO CỦA LƯỚI THỨC ĂN

Chất hữu cơ trong đất là nhà kho lưu trữ năng lượng và dinh dưỡng được sử dụng bởi cây trồng và các sinh vật khác. Vi khuẩn, nấm và các sinh vật sống trong đất khác chuyển đổi và giải phóng các chất dinh dưỡng từ chất hữu cơ.

Các "cổ máy phân hủy nhỏ" này (nhện oribatid chưa trưởng thành) làm cứng lá cây. Việc này bắt đầu các chu trình dinh dưỡng carbon, đạm và các thành phần khác. Collohmannia sp. Chất hữu cơ có nhiều loại cấu trúc phức hợp khác nhau, một số có ích cho các sinh vật hơn các sinh vật khác. Thông thường, chất hữu cơ trong đất được tạo thành gồm các phần bằng nhau của humus và "chất hữu cơ hoạt động". Chất Hữu Cơ Hoạt Động là phần sẵn dùng cho các sinh vật trong đất. Vi khuẩn có khuynh hướng sử dụng các phức hợp hữu cơ đơn giản, như dịch tiết ra từ rễ cây hoặc xác thực vật. Nấm có khuynh hướng sử dụng các phức hợp hữu cơ phức tạp hơn như xác thực vật nhiều xơ, gỗ và humus trong đất. Cày quá mức kích hoạt một chuỗi hoạt động của vi khuẩn và các sinh vật tiêu thụ chất hữu cơ khác (chuyển hóa nó thành CO2), làm giảm phần hoạt động trước tiên. Các thực tiễn xây dựng chất hữu cơ (giảm cày và bổ sung vật liệu hữu cơ thường xuyên) sẽ tăng số lượng chất hữu cơ hoạt động rất lâu trước khi tổng lượng chất hữu cơ có thể được đo lường. Khi lượng hữu cơ trong đất tăng, các sinh vật trong đất giữ vai trò chuyển đổi chúng thành humus - một dạng khá bền vững của carbon tồn tại trong đất nhiều thập kỷ đến nhiều thế kỷ.
CÁC NGUỒN THỨC ĂN CHO CÁC SINH VẬT TRONG ĐẤT

"Chất hữu cơ trong đất" bao gồm tất cả các vật chất hữu cơ trong hoặc trên mặt đất. Các thuật ngữ được sử dụng để mô tả các loại chất hữu cơ khác nhau gồm: Các sinh vật sống: Vi khuẩn, nấm, tuyến trùng, động vật đơn bào, giun đất, động vật chân đốt và rễ cây sống Xác thực vật chết; vật liệu hữu cơ; rác; xác thực vật trên mặt đất: tất cả các thuật ngữ này đề cập đến thực vật, động vật và các chất hữu cơ khác vừa mới được đưa vào đất và mới chỉ bắt đầu phân hủy. Các sinh vật ăn bù bã là các sinh vật ăn các vật liệu này Phần chất hữu cơ hoạt động: là các phức hợp hữu cơ có thể được dùng như thức ăn của các vi sinh vật. Khi có các thay đổi trong hoạt động quản lý đất, phần hoạt động (the active fraction) thay đổi nhanh hơn toàn bộ chất hữu cơ.
Chất hữu cơ không bền: là chất hữu cơ dễ dàng bị phân hủy.
Các chất tiết ra từ rễ: các loại đường hòa tan, amino acid và các phức hợp được được rễ tiết ra 
Chất hữu cơ dạng hạt (POM) hoặc chất hữu cơ nhẹ (LF): POM và LF có các định nghĩa chính xác về kích thước và cân nặng. Chúng được cho là đại diện phần hoạt động của chất hữu cơ mà khó định nghĩa hơn. Bởi vì POM hoặc LF lớn hơn hoặc nhỏ hơn các loại chất hữu cơ trong đất khác, chúng có thể được tách khỏi đất bằng kích thước (dùng một cái sàng) hoặc bởi cân nặng (dùng một máy li tâm)
Lignin: một phức hợp khó phân hủy, là một phần của xơ trong các cây già. Nấm có thể sử dụng thực phẩm là các cấu trúc vòng carbon trong lignin
Chất hữu cơ khó phân hủy (Recalcitrant organic matter): là các chất hữu cơ như humus hoặc vật liệu chứa lignin mà các sinh vật trong đất khó phân hủy
Humus hoặc chất hữu cơ đƣợc humus hóa (humified): các phức hợp hữu cơ phức tạp còn lại sau khi nhiều sinh vật đã sử dụng và đã chuyển đổi vật liệu ban đầu. Humus không thể được phân hủy ngay bởi vì về mặt vật lý chúng được bảo vệ ở bên trong các phức hợp hoặc về mặt vật lý quá phức tạp để có thể được sử dụng bởi hầu hết các sinh vật. Humus có vai trò quan trọng trong việc liên kết các cấu trúc đất nhỏ và cải thiện khả năng giữ nước và dinh dưỡng.
















Các thành phần của Chất hữu cơ trong đất

CÁC SINH VẬT TRONG ĐẤT SỐNG Ở ĐÂU?

Các sinh vật của Lưới Thức Ăn không được phân bố đồng nhất trong đất. Mỗi loại và nhóm sống ở nơi chúng có thể tìm thấy không gian, các chất dinh dưỡng và độ ẩm phù hợp. Chúng có mặt bất cứ nơi nào có chất hữu cơ - hầu hết ở lớp đất mặt dày vài inch , mặc dù các vi sinh vật đã được tìm thấy ở độ sâu 10 dặm (16 km) trong các giếng dầu.

Xung quanh rễ: vùng rễ (rhizosphere) là một vùng nhỏ của đất trực tiếp xung quanh rễ (xem hình). Nó tràn ngập vi khuẩn được nuôi sống trong các tế bào thực vật bị tróc ra và protein và đường được giải phóng từ rễ. Các động vật đơn bào và tuyến trùng ăn vi khuẩn cũng tập trung quanh rễ. Vì thế, hầu hết việc thực thi chu trình dinh dưỡng và kiểm soát bệnh bởi cây trồng xảy ra cận kề rễ.

Vi khuẩn có rất nhiều xung quanh đầu rễ (vùng rễ) nơi chúng phân hủy nhiều chất hữu cơ đơn giản.









Trong litter (rác): Nấm là các sinh vật phân hủy phổ biến của rác thực vật bởi vì litter chứa lượng lớn của carbon phức tạp, khó phân hủy. Nấm sợi có thể vận chuyển ni-tơ từ lớp đất dưới lên lớp litter. Vi khuẩn không thể vận chuyển ni-tơ, tạo lợi thế cho nấm trong sự phân hủy litter, được biệt khi litter không được trộn vào các lớp đất. Tuy nhiên, vi khuẩn có rất nhiều trong green litter của các cây non chứa nhiều ni-tơ hơn và các phức hợp carbon đơn giản hơn litter của cây trưởng thành. Vi khuẩn và nấm có thể tiếp cận một diện tích bề mặt lớn hơn của xác thực vật sau khi các "sinh vật xay xát" (shredder organisms) như giun đất, côn trùng ăn lá, cá vược và các động vật chân đốt khác phân rã litter thành các đoạn nhỏ hơn.
Trong humus: Nấm sống phổ biến ở đây. Nhiều chất hữu cơ trong đất đã được phân hủy nhiều lần bởi vi khuẩn và nấm, và/hoặc đã qua dạ dày của giun đất hoặc động vật chân đốt. Các phức hợp humic được sinh ra là phức tạp và chứa ít ni-tơ sẵn có. Chỉ có nấm tạo ra một số enzymes cần để phân hủy các hợp chất phức tạp trong humus.
Trên bề mặt các kết cấu đất: hoạt động sinh học, cụ thể là vi khuẩn và nấm hiếu khí, phần lớn nằm gần bề mặt hơn là bên trong các kết cấu đất. Trong các kết cấu lớn, các quá trình không đòi hỏi oxy - như quá trình khử ni-tơ - có thể xảy ra. Nhiều kết cấu thực tế là phân của giun đất và các động vật không xương sống khác.
Trong các khoảng không giữa các kết cấu đất: các động vật chân đốt và tuyến trùng không có khả năng đào đất di chuyển trong đất qua các lỗ (soil pore) giữa các kết cấu đất. Các sinh vật nhạy cảm với sự khô ráo, như động vật đơn bào và nhiều loại tuyến trùng, sống trong các lỗ chứa đầy nước.
 KHI NÀO CHÚNG HOẠT ĐỘNG?
Hoạt động của các sinh vật trong đất thay đổi theo mùa cũng như theo ngày. Ở những vùng khí hậu ôn hòa, hoạt động nhiều nhất diễn ra vào cuối mùa xuân khi nhiệt độ và độ ẩm tối ưu cho sự phát triển (xem biểu đồ). Tuy nhiên, một số loài hoạt động nhiều nhất vào mùa đông, các loài khác vào giai đoạn khô ráo, và các loài khác khi có ngập lụt.






Các loài sinh vật không hoạt động ở cùng thời điểm. Ngay cả ở những giai đoạn có mức độ hoạt động cao, chỉ một số loài sinh vật bận rộn với việc ăn, hô hấp và thay đổi môi trường sống của chúng. Các loài còn lại chỉ hoạt động một chút hoặc ngủ.

 Nhiều sinh vật khác nhau hoạt động ở các thời điểm khác nhau, và tương tác với nhau, với cây trồng và với đất. Kết quả của toàn bộ các hoạt động này là một số chức năng có lợi bao gồm tái tạo dinh dưỡng, điều tiết dòng nước và kiểm soát dịch bệnh.

SỰ QUAN TRỌNG CỦA LƯỚI THỨC ĂN TRONG ĐẤT

Lưới Thức Ăn phức tạp và có nhiều tổ hợp khác nhau trong các hệ sinh thái khác nhau. Việc quản lý đất trồng trọt, đất chăn nuôi, đất rừng và đất vườn được hưởng lợi từ Lưới Thức Ăn và cũng tác động đến Lưới Thức Ăn. Chương tiếp theo trong Nhập Môn Sinh Học Đất, "Lưới Thức Ăn & Sức khỏe của đất", giới thiệu mối quan hệ của sinh học đất với năng suất nông nghiệp, sự đa dạng sinh học, sự hấp thụ carbon, chất lượng nước và không khí. 06 chương còn lại của Nhập Môn Sinh Học Đất mô tả các nhóm chính của các sinh vật trong đất: vi khuẩn, nấm, động vật đơn bào, tuyến trùng, động vật chân đốt và giun đất.