Chu trình nitơ là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học. Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat. Thành phần chính của khí quyển [khoảng 78,1%] là nitơ,[1] bởi vậy có thể xem đó là một bể chứa nitơ lớn nhất. Tuy nhiên, nitơ trong khí quyển có những giá trị sử dụng hạn chế đối với sinh vật, dẫn đến việc khan hiếm lượng nitơ có thể sử dụng được đối với một số kiểu hệ sinh thái. Chu trình nitơ là một nhân tố đáng chú ý của các nhà sinh thái học do chúng có thể ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của các quá trình sinh thái chính, như sản lượng thứ cấp và phân hủy. Các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa học, sử dụng các loại phân bón nitơ nhân tạo và thải nitơ trong nước thải làm biến đổi đáng kể đến chu trình nitơ trên Trái Đất.
Một nghiên cứu năm 2011 đã đặt ra nghi ngờ đối với mô hình truyền thống của chu trình nitơ như miêu tả bên dưới; nitơ từ các đá cũng có thể là một nguồn cần phải tính đến mà trước đây chưa được đưa vào.[2]
Nitơ là một chất cần thiết cho nhiều quá trình; và là chất chủ yếu của bất kỳ dạng sống nào trên Trái Đất. Nó là thành phần chính trong tất cả amino acid, cũng như liên kết với protein, và có mặt trong các chất cơ bản cấu thành nên các acid nucleic, như DNA và RNA. Trong thực vật, hầu hết nitơ được dùng trong các phân tử chlorophyll, là chất cần thiết cho quá trình quang hợp và sự phát triển về sau của chúng.[3] Mặc dù nitơ trong khí quyển Trái Đất là một nguồn phong phú, tuy nhiên hầu hết chúng không thể được sử dụng trực tiếp bởi các loài thực vật.[4] Quá trình hóa học, hoặc quá trình cố định nitơ tự nhiên là cần thiết để chuyển đổi khí nitơ thành các dạng mà sinh vật có thể sử dụng được, quá trình này làm cho nitơ trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất ra thức ăn. Sự phong phú hay khan hiếm lượng nitơ ở dạng đã được cố định này ám chỉ lượng thức ăn nhiều hay ít để hỗ trợ cho sự phát triển của một mảnh đất.
Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hữu cơ như amoni [NH4+], nitrit [NO2-], nitrat [NO3-], đinitơ monoxide [N2O], nitric oxide [NO], hoặc nitơ vô cơ như khí nitơ [N2]. Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ. Các quá trình trong chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ một dạng này sang dạng khác. Một số quá trình này được tiến hành bởi các vi khuẩn, qua quá trình đó hoặc để chúng lấy năng lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng. Sơ đồ bên trên thể hiện cách màn các quá trình này tương thích với nhau để tạo ra chu trình nitơ.
Cố định đạm
Bài chi tiết: Cố định đạm
Đồng hóa nitơ
Thực vật lấy nitơ trong đất bằng cách hấp thụ chúng qua rễ cây ở dạng ion nitrat hoặc amoni. Tất cả nitơ mà động vật tiêu thụ có thể quay ngược trở lại làm thức ăn cho thực vật ở một vài giai đoạn trong chuỗi thức ăn.
Thực vật có thể hấp thụ các ion nitrat hoặc amoni từ đất thông qua lông của rễ, đây là quá trình khử đầu tiên là các ion nitrat và sau đó là các amoni cho việc tổng hợp thành amino acid, nucleic acid, và diệp lục.[3] Trong các loài thực vật có mối quan hệ hỗ sinh với Rhizobia, một vài nitơ được đồng hóa trực tiếp thành dạng các ion amoni từ các nốt. Động vật, nấm, và các sinh vật dị dưỡng khác tiêu thụ nitơ từ việc ăn các amino acid, nucleotide và các phân tử hữu cơ nhỏ khác.
Amoni hóa
Khi thực vật hoặc động vật chết đi thì dạng ban đầu của nitơ là chất hữu cơ. Vi khuẩn hoặc nấm, trong một số trường hợp, chuyển đổi nitơ trong xác của chúng thành amoni [NH4+], quá trình này được gọi là quá trình amoni hóa hay khoáng hóa. Các enzyme liên quan gồm:
- GS: Gln Synthetase [Cytosolic & PLastid]
- GOGAT: Glu 2-oxoglutarate aminotransferase [Ferredoxin & NADH dependent]
- GDH: Glu Dehydrogenase:
- Vai trò phụ trong sự đồng hóa amoni.
- Vai trò quan trọng trong sự dị hóa amino acid.
Nitrat hóa
Bài chi tiết: Nitrat hóa
Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác. Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên này, sự oxy hóa amoni [NH4+] được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas, quá trình này chuyển đổi amonia thành nitrit [NO2-]. Các loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ oxy hóa nitrit thành nitrat [NO3-].[3] Việc biến đổi nitrit thành nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tích tụ của nitrit sẽ gây ngộ độc cho thực vật.
Do khả năng hòa tan rất cao nên nitrat có thể di chuyển vào trong nước ngầm. Nồng độ nitrat cao trong nước ngầm là một mối quan tâm đối với nước uống vì nitrat có thể xen vào ngăn cản sự hòa tan của oxy trong máu của trẻ sơ sinh và gây bệnh methemoglobinemia hoặc hội chứng trẻ da xanh.[5] Ở nơi mà nước ngầm bổ cấp cho sông suối, nước ngầm có hàm lượng nitrat cao có thể góp phần vào hiện tượng phú dưỡng, đây là một hiện tượng làm tăng số lượng tảo, đặc biệt là các loài tảo lục và gây chết các loài thủy sinh do chúng tiêu thụ hết lượng oxy trong nước.
Khử nitrat
Bài chi tiết: Khử nitrat
Là quá trình chuyển hoá NO3- thành NH4+, có sự tham gia của Mo và Fe được thực hiện ở mô rễ và mô lá của thực vật diễn ra qua 2 giai đoạn: Giai đoạn1: NO3- được khử thành NO2-, cần có sự tham gia của enzim nitrat reductaza. Giai đoạn 2: NO2- được khử thành NH4+ được xúc tác bởi enzim nitrit reductaza.
Sơ đồ:
NO3- [Nitrat] → NO2− [Nitrit] →NH4+ [Amoni]
oxy hóa amoni kỵ khí
Trong quá trình này, nitrit và amoni bị biến đổi trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình này tạo nên phần lớn nitơ trong đại dương.
NH4+ + NO2− → N2 + 2H2O.
- ^ Steven B. Carroll; Steven D. Salt [2004]. Ecology for gardeners. Timber Press. tr. 93. ISBN 9780881926118.
- ^ “Nitrogen Study Could 'Rock' A Plant's World”. ngày 6 tháng 9 năm 2011. Truy cập ngày 22 tháng 10 năm 2011.
- ^ a b c Smil, V [2000]. Cycles of Life. ScientificAmerican Library, New York., 2000]
- ^ Nitrogen: The Essential Element. Nancy M. Trautmann and Keith S. Porter. Center for Environmental Research, Cornell Cooperative Extension
- ^ Vitousek, PM; Aber, J; Howarth, RW; Likens, GE; Matson, PA; Schindler, DW; Schlesinger, WH; Tilman, GD [1997]. “Human Alteration of the Global Nitrogen Cycle: Causes and Consequences”. Issues in Ecology. 1: 1–17.
- [tiếng Việt]Chu trình nitơ
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Chu_trình_nitơ&oldid=66976106”
Hiểu được quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm sẽ giúp cho bà con rất nhiều trong việc giải quyết các vấn đề về khí độc ao nuôi tôm. Hãy cùng Biogency tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm
Quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm là một quá trình lớn bao gồm 3 quá trình nhỏ diễn ra lần lượt theo trình tự: Quá trình Amôn hóa, quá trình Nitrat hóa và quá trình khử Nitrat.
Hình 1. Sơ đồ quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm.
Quá trình Amôn hóa trong ao tôm
Bước đầu của quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm chính là quá trình Amôn hóa.
Quá trình Amôn hóa là quá trình phân hủy, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ. Các hợp chất hữu cơ này có trong: Thức ăn, xác tảo tàn, phân tôm…được phân hủy bởi các vi sinh vật dị dưỡng tạo thành các hợp chất vô cơ đơn giản như NH3, NH4+, và sự bài tiết thải ra từ các tế bào cơ thể tôm qua quá trình trao đổi chất.
Hình 2. Quá trình Amôn hóa trong ao tôm.
Đa số Nitơ trong nước ao được chuyển đổi từ Nitơ hữu cơ [urê và phân] sang Nitơ Amonia qua quá trình thủy phân:
NH₂COHN₂ + H₂O + 7H+ ——> 3NH₄⁺ + CO₂
[Tảo tàn phân hủy tạo NH₂COHN₂]
Nitơ hữu cơ trước tiên phải được chuyển thành Nitơ Amonia để Nitrat hóa. Nếu không được chuyển thành Nitơ Amonia, Nitơ hữu cơ sẽ được Xiphong ra ngoài.
Quá trình Nitrat hóa trong ao tôm
Tiếp tục quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm sau bước Amôn hóa chính là quá trình Nitrat hóa.
Hình 3. Quá trình Nitrat hóa trong ao tôm
Quá trình Nitrat hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất vô cơ Nitơ Amonia [N-NH₃, N-NH₄⁺]. Trước tiên Nitơ Amonia sẽ bị oxy hóa thành Nitơ Nitrite, sau đó Nitơ Nitrite tiếp tục bị oxy hóa thành Nitơ Nitrat.
- Nitơ Nitrate là sản phẩm cuối cùng của quá trình Nitrat hóa.
- Quá trình Nitrat hóa quá trình hiếu khí bắt buộc [cần nhiều oxy].
- Phải trải qua quá trình Nitrat hóa thì mới có thể khử Nitrat.
Quá trình Nitrat hóa bao gồm 2 bước với sự tham gia của 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng hiệu quả nhất, chuyên dùng cho quá trình Nitrat hóa là: Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.
Hình 4. Các bước của quá trình Nitrat hóa trong ao tôm.
- Bước 1: Vi khuẩn Nitrosomonas sp. sẽ chuyển hóa Amonia thành Nitrit trong điều kiện hiếu khí có oxy và độ kiềm.
- Bước 2: Vi khuẩn Nitrobacter sp. sẽ chuyển hóa Nitrit về thành dạng Nitrat và cũng cần điều kiện có oxy và độ kiềm.
Quá trình khử Nitrat ao nuôi tôm
Khử Nitrat là bước cuối cùng trong quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm. Quá trình khử Nitrat là quá trình chuyển hóa N-NO₃⁻ thành khí Nitơ tự do N2. Đây là giai đoạn cuối cùng để giảm tổng Nitơ trong nước ao tôm.
Hình 5. Quá trình khử Nitrat.
Nhóm vi khuẩn dị dưỡng tham gia vào quá trình khử Nitrat bao gồm: Pseudomonas citronellolis, Bacillus licheniformis, Wolinella succinogenes.
Tảo sử dụng Nitrat để phát triển, nên cuối vụ tảo dễ bùng phát do Nitrat cao.
Điều kiện của quá trình khử Nitrat:
- Thực hiện trong điều kiện thiếu khí [DO < 0.5 mg/l]. NO3- đóng vai trò là chất cho oxy để phân hủy chất hữu cơ.
- pH từ 7.0 – 8.5.
- Nguồn Carbon: Metanol [CH₃OH], Etanol [C₂H₅OH], Axit axetic [CH₃COOH], mật rỉ đường [C₆H₁₂NnaO₃S].
Làm thế nào để quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm diễn ra hiệu quả nhất?
Như ở phần trên có đề cập, quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm sẽ có sự tham gia của các chủng vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, ứng với quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat. Do đó, việc chúng ta cần làm để quá trình chuyển hóa Nitơ này diễn ra hiệu quả nhất chính là bổ sung các chủng vi khuẩn cần thiết vào ao nuôi tôm.
– Nhóm vi khuẩn tự dưỡng cho quá trình Nitrat hóa:
Hai chủng vi khuẩn tự dưỡng hiệu quả nhất, chuyên dùng cho quá trình Nitrat hóa là:
Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.
Đối với hai chủng vi khuẩn này, bà con có thể bổ sung cho ao nuôi tôm bằng cách sử dụng sản phẩm Microbe-Lift AQUA N1. Microbe-Lift AQUA N1 hiện là sản phẩm men vi sinh dạng lỏng duy nhất trên thị trường có chứa cùng lúc 2 chủng vi khuẩn Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.
Hình 6. Men vi sinh Microbe-Lift AQUA N1 là dòng sản phẩm men vi sinh dạng lỏng duy nhất trên thị trường có chứa hai chủng vi khuẩn Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.
– Nhóm vi khuẩn dị dưỡng cho quá trình khử Nitrat:
Nhóm vi khuẩn dị dưỡng tham gia vào quá trình khử Nitrat bao gồm: Pseudomonas citronellolis, Bacillus licheniformis, Wolinella succinogenes.
Bà con có thể sử dụng bổ sung sản phẩm Men vi sinh Microbe-Lift AQUA C. Đây là sản phẩm chứa đa dạng các chủng vi sinh vật có ích đã được phân lập, bao gồm cả 3 dạng vi sinh vật hiếu khí, kị khí và tùy nghi. Các vi khuẩn Pseudomonas citronellolis, Rhodopseudomonas palustris, Wolinella succinogenes có trong Microbe-Lift AQUA C giúp tăng cường quá trình khử khí độc trong ao nuôi.
Hình 7. Men vi sinh Microbe-Lift giúp làm sạch nước và tăng cường khả năng xử lý khí độc trong ao nuôi tôm.
Đối với tất cả các sản phẩm Microbe-lift được phân phối độc quyền tại Việt Nam bởi thương hiệu Biogency đều có chung các ưu điểm vượt trội:
- Men vi sinh dạng lỏng, kích hoạt nhanh, khả năng hoạt động của vi sinh mạnh mẽ, không tốn thời gian ngâm ủ, hiệu quả nhanh chóng.
- Sản phẩm được sản xuất 100% tại Mỹ, nhập khẩu nguyên đai nguyên kiện về Việt Nam.
- Sản phẩm đã có mặt và được sử dụng rộng rãi, hiệu quả trên toàn thế giới từ năm 1976.
- Men vi sinh an toàn với con người, vật nuôi, môi trường sống.
—–
Mọi vấn đề còn thắc mắc về quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước ao tôm hay về các sản phẩm hỗ trợ bổ sung cho ao, bà con hoàn toàn có thể liên hệ ngay tới Biogency theo số HOTLINE 0909 538 514. Với đội ngũ kỹ sư thuỷ sản giàu kinh nghiệm, Biogency luôn sẵn sàng đồng hành trong mọi vụ nuôi tôm của bà con!
>>> Xem thêm: Hướng dẫn ủ vi sinh xử lý khí độc ao nuôi tôm hiệu quả