Tác giả: Elaine R. Ingham
ĐẤT CÓ SỰ SỐNG: VI KHUẨN
Vi khuẩn là những sinh vật rất nhỏ, đơn bào - thường có chiều dài khoảng 4 / 100.000 (1 μm) hoặc dài hơn một chút. Vi khuẩn không đáng kể về kích thước, chúng có ưu thế về số lượng. Một thìa cà phê đất tốt thường có từ 100 triệu đến 1 tỷ vi khuẩn, nghĩa là khối l ượng lớn tương đương hai con bò tr ên mỗi arce (4046 m2).
Hình 1: Hàng tấn vi khuẩn có thể đang hoạt động trong mỗi arce.
Hình 2: Vi khuẩn bám vào bề mặt của các sợi nấm
Vi khuẩn nằm trong bốn nhóm chức năng sau:
Hầu hết là các vi khuẩn phân hủy (decomposers) sử dụng các hợp chất cacbon đơn giản, chẳng hạn như từ gốc rễ cây và rác thực vật tươi. Bằng quá trình này, vi khuẩn biến đổi năng lượng trong chất hữu cơ trong đất thành các dạng hữu ích cho các sinh vật còn lại trong Lưới Thức Ăn trong đất. Một số vi khuẩn phân hủy có thể làm suy giảm thuốc trừ sâu và chất ô nhiễm trong đất. Vi khuẩn phân hủy là đặc biệt quan trọng trong việc cố định, giữ lại các chất dinh dưỡng trong tế bào của chúng, do đó ngăn ngừa sự mất mát các chất dinh dưỡng khỏi vùng rễ - chẳng hạn như nitơ.
Nhóm vi khuẩn thứ hai là mutualists – hình thành quan hệ cộng sinh với thực vật. Nổi tiếng nhất trong số này là vi khuẩn cố định nitơ.
Nhóm vi khuẩn thứ ba là các mầm bệnh. Các vi khuẩn gây bệnh bao gồm loài Xymomonas và Erwinia, và các loài Agrobacterium gây ra sự hình thành những nốt sưng bên ngoài thân, lá của thực vật.
Nhóm thứ tư gọi là lithotrophs hoặc chemoautotrophs, chúng lấy năng lượng từ các hợp chất của nitơ, lưu huỳnh, sắt hoặc hydro thay vì hợp chất cacbon. Một số loài trong nhóm này rất quan trọng đối với chu trình nitơ và sự phân giải các chất ô nhiễm.
VI KHUẨN LÀM NHỮNG VIỆC GÌ?
Vi khuẩn từ cả bốn nhóm thực hiện các việc quan trọng liên quan đến sự biến động của nước (water dynamics), chu trình dinh dưỡng và sự áp chế bệnh tật. Một số vi khuẩn ảnh hưởng đến sự di chuyển của nước bằng cách sản xuất các chất giúp kết nối các hạt đất thành các kết cấu nhỏ (có đường kính từ 1 / 10.000 – 1 / 100 inch hoặc
2-200μm). Các kết cấu nhỏ ổn định này cải thiện sự thấm nước và khả năng giữ nước của đất. Trong một cộng đồng vi khuẩn đa dạng, nhiều sinh vật sẽ cạnh tranh với các sinh vật gây bệnh trong rễ và bề mặt thân và lá cây.
MỘT VÀI VI KHUẨN QUAN TRỌNG
Vi khuẩn cố định nitơ tạo thành những thể cộng sinh với gốc, rễ cây họ đậu như cỏ ba lá và đậu lupin, cây alder và locust. Các nốt có thể nhìn thấy được tạo ra khi vi khuẩn xâm nhập vào một rễ đang phát triển (hình 4). Thực vật cung cấp các hợp chất cacbon đơn giản cho vi khuẩn, và các vi khuẩn thì biến đổi Nitơ (N2) từ không khí thành dạng mà thực vật có thể sử dụng. Khi lá hoặc rễ của cây chủ bị phân hủy, nitơ trong đất tăng lên ở vùng xung quanh.
Vi khuẩn nitrat hóa thay đổi ammonium (NH4 +) thành nitrit (NO2-) sau đó thành nitrat (NO3-) - một dạng nitơ thích hợp đối với cỏ và hầu hết các cây trồng theo hàng. Nitrat bị lọc dễ dàng hơn trong đất, vì vậy một số nông dân sử dụng chất ức chế nitrat hóa để làm giảm hoạt động của một loại vi khuẩn nitrat hóa. Trong đất rừng vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế, do đó hầu hết Nitơ vẫn ở dạng amoni.
Vi khuẩn khử nitrat hóa chuyển đổi nitrat thành khí nitơ (N2) hoặc nitơ oxit (N2O). Vì khuẩn này là vi khuẩn kỵ khí, nghĩa là chúng hoạt động ở những nơi không có oxy, chẳng hạn như trong đất bão hòa hoặc bên trong hạt đất.
Actinomycetes là một nhóm lớn vi khuẩn phát triển như các sợi nấm giống như nấm (Hình 3). Chúng đóng vai trò thể hiện đặc trưng về “mùi đất” của đất khỏe (tốt). Actinomycetes phân hủy nhiều chất nền khác nhau, nhưng đặc biệt quan trọng là phân rã các hợp chất khó phân huỷ, như chitin và cellulose, và hoạt động ở môi trường có độ pH cao. Nấm có vai trò quan trọng hơn trong việc phân rã các hợp chất này ở môi trường pH thấp. Một số loại kháng sinh được sản xuất từ actinomycetes như là Streptomyces.
Hình 3: Actinomycetes, như loại Streptomyces này, tạo mùi đất.
Hình 4: Các nốt hình thành ở những nơi bị nhiễm vi khuẩn Rhizobium trên rễ đậu.
VI KHUẨN CÓ Ở ĐÂU?
Các loài vi khuẩn phát triển dựa trên các nguồn thực phẩm khác nhau và trong các môi trường vi mô khác nhau. Nói chung, vi khuẩn thể hiện tính cạnh tranh cao hơn ở nơi xuất hiện những lớp bề mặt không bền (dễ chuyển hóa) bao gồm những thực vật tươi, non và các hợp chất tìm thấy gần rễ cây sống. Các vi khuẩn tập trung trong vùng rễ - là một vùng hẹp nằm quanh rễ. Có bằng chứng cho thấy rằng cây cối sản sinh ra một số chất từ rễ để khuyến khích sự phát triển của những vi khuẩn bảo vệ chúng.
Các vi khuẩn làm thay đổi môi trường đất đến mức môi trường đất sẽ phù hợp một vài quần thể thực vật nhất định hơn các quần thể khác. Trước khi thực vật có thể được hình thành trên các lớp trầm tích mới, quần thể vi khuẩn phải được thiết lập đầu tiên, bắt đầu bằng vi khuẩn quang hợp. Các vi khuẩn này cố định Nitơ và cacbon trong khí quyển, tạo ra chất hữu cơ, và cố định đủ nitơ và các chất dinh dưỡng khác để khởi động các quá trình tuần hoàn nitơ trong đất mới. Sau đó, các loài thực vật xuất hiện đầu tiên có thể phát triển. Khi quần thể thực vật được phát triển, các loại chất hữu cơ khác nhau sẽ xâm nhập vào đất và làm thay đổi những loại thức ăn sẵn có cho vi khuẩn. Khi đó, quần thể vi khuẩn đã biến đổi tiếp tục làm thay đổi cấu trúc đất và môi trường sống của cây trồng. Một số nhà nghiên cứu cho rằng có thể kiểm soát các loài thực vật ở một nơi bằng cách quản lý quần thể vi khuẩn có trong đất.
HỒ SƠ CÔN TRÙNG: Các vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật
Theo Ann Kennedy, Dịch vụ Nghiên cứu Nông nghiệp USDA, Pullman, WA
Một số chủng vi khuẩn đất Pseudomonas fluorescens có hoạt tính chống nấm giúp ức chế một số mầm bệnh thực vật. P. Huỳnh quang và các loài Pseudomonas và Xanthomonas khác có thể làm tăng sự phát triển của cây trồng bằng nhiều cách. Chúng có thể sản xuất một hợp chất ức chế sự phát triển của các mầm bệnh hoặc giảm sự xâm nhập của mầm bệnh vào cây. Chúng cũng có thể sản xuất các hợp chất (các yếu tố tăng trưởng), trực tiếp làm tăng sự phát triển của cây.
Những vi khuẩn giúp thực vật tăng trưởng này xuất hiện một cách tự nhiên trong đất, nhưng không phải lúc nào cũng đủ số lượng để có thể tạo hiệu ứng. Trong tương lai, nông dân có thể xử lý hạt giống với vi khuẩn chống nấm như P. fluorescens, để đảm bảo rằng vi khuẩn làm giảm các mầm bệnh xung quanh hạt và rễ của cây trồng.