Trong đất có vô số hoạt động của vi khuẩn có ích. Những vi khuẩn đó cũng giống như con người có sự trao đổi chất và lựa chọn thực phẩm khác nhau. Trên thực tế, vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.

Khuẩn lạc Rhizobia được phân lập từ các vùng khác nhau nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Đất được thu thập từ các khu vực khác nhau và vi sinh vật được phân lập trong dung dịch đất. Ảnh: Charlotte Thurston.

Một bài báo gần đây của Xinda Lu và cộng sự đã đánh giá vai trò khác nhau mà các vi sinh vật đất khác nhau tham gia trong chu trình nitơ trong đất. Lu là một nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts.

Theo Lu, vi khuẩn đất xúc tác hầu hết sự biến đổi nitơ trong đất thành các dạng có thể sử dụng được. Các vi khuẩn đa dạng sử dụng các quá trình khác nhau và đôi khi hoạt động cùng nhau. Biết các loài vi khuẩn đất khác nhau và liên kết vi khuẩn với các quá trình đất cụ thể, có thể là kiến ​​thức quan trọng đối với nông dân.

Phân bón nitơ ngày nay được sản xuất dưới dạng amoni. Thông qua một quá trình sinh học gọi là quá trình nitrat hóa, các vi khuẩn đất chuyển đổi amoni thành nitrat mà thực vật có thể hấp thụ. Để có hiệu quả trong quá trình này, vi khuẩn cần oxy. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu quá trình nitrat hóa vì nó có thể liên quan đến khí nhà kính và sự thất thoát phân bón.

Mặc dù các nhà vi sinh vật học đã nghiên cứu chu trình nitơ trong hơn một thế kỷ, nhưng không phải tất cả các bước đều được hiểu rõ. Những vi khuẩn mới gần đây đã được xác định. Một loại prokaryote (sinh vật đơn bào) được gọi là Archaea cũng đã đóng một vai trò trong quá trình nitrat hóa.

Archaea là cổ khuẩn không phải là vi khuẩn mà là một nhóm vi sinh vật riêng biệt góp phần nitrat hóa trong một số loại đất hơn là có một vi khuẩn chịu trách nhiệm cho cùng một hoạt động. Vai trò của vi khuẩn cổ trong quá trình nitrat hóa đã mở rộng sự hiểu biết của các nhà khoa học.

Các nốt sần hình thành trên rễ của cây gai dầu. Ảnh: Vivian Wauting.

Các nhà nghiên cứu đã xem xét các nghiên cứu khác nhau về quá trình nitrat hóa trong đất. Điều này bao gồm mật độ của vi khuẩn trong đất liên quan đến các yếu tố môi trường khác nhau. Độ pH, nhiệt độ và tỷ lệ C/N trong đất đều được so sánh với mật độ vi khuẩn trong mỗi mẫu đất. Độ sâu của đất và các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến mật độ của vi khuẩn.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra vi khuẩn cổ nitrat hóa có mật độ phát triển nhiều hơn ở môi trường nhiệt độ ấm hơn. Còn các vi khuẩn khác phát triển mạnh ở nhiệt độ thấp hơn.

pH đất cũng ảnh hưởng đến mức độ hoạt động của vi khuẩn đất trong quá trình nitrat hóa. Vi khuẩn đất Nitrospira chiếm ưu thế hơn trong đất chua, bao gồm cả đất rừng và đất ruộng.

Các nhà khoa học so sánh vai trò của các loại vi khuẩn đất với các biến số khác nhau, bao gồm nhiệt độ, pH đất và hàm lượng ammonium hiện hữu trong đất. Những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến mật độ của vi khuẩn. Đồ hoạ: SSSAJ.

Các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu cách các vi khuẩn khác nhau trao đổi với nhau như thế nào. Điều này giúp cho quá trình nitrat hóa diễn ra suông sẻ. Nhiều cơ chế khác nhau đã được đề xuất, bao gồm cả tín hiệu tế bào. Sự hiện diện của nitric oxit trong đất có thể nâng cao sự tương tác giữa các vi khuẩn.

Các nhà khoa học đất chắc chắn rằng không phải tất cả các vi khuẩn đều tham gia vào các hoạt động đất. Họ sẽ tìm tiếp tục nghiên cứu các vi khuẩn đất mới và một số trong đó có thể liên quan đến quá trình nitrat hóa.

Thu thập và lập danh mục phân loại, sự phong phú và vị trí của vi khuẩn đất sẽ tiếp tục cung cấp thêm kiến ​​thức mà chúng ta có về chu trình nitơ của đất.

Mai Thanh Trúc theo Agronomy.