Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
MỤC LỤC
2. Chu trình cacbon 6
4.Chu trình phốt pho 22
1
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về các mối quan hệ thống nhất của sinh vật
với sinh vật và sinh vật với môi trường ở mọi mức độ tổ chức, từ cá thể, quần thể đến
quần xã sinh vật và hệ sinh thái và trở thành môn khoa học về cấu trúc của thiên
nhiên.Sinh thái học là môn khoa học trẻ, song nhờ kế thừa những thành tựu của những
lĩnh vực khoa học sinh học cũng như các ngành khác nó đã trở thành công cụ để con
người khám phá tự nhiên, sống hài hoà với tự nhiên.
Nhà sinh thái học người Mỹ Robert E. Rickleft đã viết: “nếu chúng ta muốn đạt sự
hoà thuận nào đó với thiên nhiên, trong đa số trường hợp buộc chúng ta phải chấp
thuận những điều kiện của nó.
Cũng như các môn khoa học khác, những kiến thức của sinh thái học đã và đang có
đóng góp to lớn cho nền văn minh của nhân loại. Giúp chúng ta ngày càng hiểu biết
sâu về bản chất của sự sống trong mối tương tác với các yếu tố của môi trường, cả hiện
tại và quá khứ trong đó bao gồm cuộc sống và sự tiến hoá của con người.
Khi con người ra đời, trước hết họ phải biết tìm nơi ở, chỗ kiếm ăn, tránh thú dữ và
các điều kiện bất lợi của môi trường. Vậy để chúng ta có thể tồn tại trong môi trường
này buộc chúng ta phải biết và hiểu những gì đã, đang và sẽ diễn ra với thiên nhiên.
Để có cuộc sông tốt hơn,để khai thác phù hợp nguồn tài nguyên thiên nhiên và
hạn chế nhất có thể những ảnh hưởng không tốt đến môi trường. Con người chúng ta
cần phải làm gì?
Hằng ngày chúng ta vẫn sống vẫn hít thở, ăn uống và sinh hoạt bình thường nhưng
dường như ít ai quan tâm đến nguồn gốc và chu trình của những điều đó.
Chính vì những lí do trên tôi chọn đề tài: CÁC CHU TRÌNH VẬT CHẤT TRONG
HỆ SINH THÁI để đem lại hiểu biết cho bản thân và kiến thức cho những người xung
Một chu trình sinh địa hoá gồm có các phần: tổng hợp các chất, tuần hoàn vật chất
trong tự nhiên, phân giải và lắng đọng một phần vật chất trong đất, nước
Một số nguyên tố đóng vai trò rất quan trọng như O2, H2, C, N2, P, S…,tham gia
cấu tạo nên các hợp chất của sự sống như protein, lipit, gluxit, các enzim, hoocmon…
So với chất không sống thì chất sống là những dạng cacbonxin hoa, hidro hoá và hidrat
hoá hơn.
Trong chu trình, nguyên tố có thể đi theo một vòng lớn khép kín hoặc chỉ tham gia vào
từng công đoạn,rồi sớm tách ra đi vào nguồn dự trữ, tồn tại lâu hay chóng, mới quay
lại chu trình.
3
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
Chu trình vật chất trong đại dương:
Có các chu trình sau:
1. Chu trình nước trên hành tinh
Đây là chu trình kết hợp của 2 nguyên tử H và O. Nước trên hành tinh tồn tại dưới 3
dạng: rắn, lỏng và hơi. Chúng chuyển dạng cho nhau nhờ sự thay đổi của nhiệt độ trên
bề mặt trái đất. Trong điều kiện hiện tại, nước chủ yếu chứa trong các biển và đại
dương (chiếm 97,6% tổng số) dưới dạng lỏng, khoảng 2,08% nước nằm ở thể rắn
(băng), tập trung chính ở 2 cực Trái Đất. Nước sông, hồ rất ít, chỉ khoảng 230 nghìn
km3 (gồm cả hồ nước mặn), một ít (khoảng 67000 km3) tạo nên độ ẩm của đất,
khoảng 4 triệu km3 nước ngầm có khả năng trao đổi tích cực và 14000 km3 dưới
dạng hơi nước có mặt trong khí quyển. Chu trình nước có thể được mô tả như sau:
Nhờ năng lượng Mặt trời, nước ở bề mặt đất, đại dương bốc hơi. Khi lên cao, nhiệt độ
tầng đối lưu giảm, nước tạo thành mây và ngưng tụ thành mưa, thành tuyết rơi
xuống bề mặt trái đất, rồi lại theo các dòng chảy về đại dương. Do vậy, nước
tuần hoàn trên toàn Trái Đất.
Từ chu trình nay chúng ta thấy rằng chỉ có năng lượng bức xạ khổng lồ của
Mặt Trời mới làm nên những kỳ tích như vậy. Nước theo chu trình, song phân bố
không đồng đều trên hành tinh (theo không gian và thời gian). Ở những vĩ độ nhiệt đới
và xích đạo, lượng mưa trung bình năm vượt trên2250mm, thậm chí có nơi đạt đến
[1]
. Hiện nay nó thường được coi như là bao gồm các
nguồn chứa chính sau đây của cacbon, được liên kết với nhau bởi các con đường trao
đổi:
• Khí quyển
• Sinh quyển đất liền, thường được định nghĩa như là bao gồm các hệ sinh thái
nước ngọt và vật chất hữu cơ phi sinh vật, chẳng hạn như cacbon trong đất.
• Các đại dương, bao gồm cacbon vô cơ hòa tan cùng các khu hệ sinh vật và phi
sinh vật biển.
• Các trầm tích, bao gồm cả các nhiên liệu hóa thạch.
7
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
• Phần bên trong của Trái Đất, với cacbon từ lớp phủ và lớp vỏ Trái Đất được giải
phóng vào khí quyển và thủy quyển thông qua hoạt động phun trào núi lửa và các hệ
thống địa nhiệt.
Sự di chuyển hàng năm của cacbon, hay sự trao đổi cacbon giữa các nguồn chứa,
xảy ra là do các quá trình hóa học, vật lý, địa chất và sinh học khác nhau. Đại dương
chứa vũng hoạt hóa lớn nhất của cacbon gần bề mặt Trái Đất, nhưng phần đại dương
sâu của vũng này lại không trao đổi nhanh với khí quyển vì thiếu ảnh hưởng và tác
động từ bên ngoài, chẳng hạn như miệng phun thủy nhiệt hay rò rỉ giếng dầu vùng
nước sâu không bị kiềm chế.
Quỹ cacbon toàn cầu là sự cân bằng của các trao đổi (thu nhận và giải phóng hay
đến và đi) của cacbon giữa các nguồn chứa cacbon hay giữa một vòng trao đổi cụ thể
(chẳng hạn như giữa khí quyển với sinh quyển) trong chu trình cacbon. Sự thẩm tra
quỹ cacbon của một vũng hay một nguồn chứa có thể cung cấp thông tin về việc vũng
hay nguồn chứa này đang vận hành như là một nguồn giải phóng hay nguồn thu
giữ điôxít cacbon.
Trong khí quyển
Nồng độ điôxít cacbon trong tầng đối lưu năm 2009.Cacbon tồn tại trong khí
tính theo trung bình là thấp hơn của đại dương so với các mức mà chúng được hình
thành, kết quả là tạo ra một luồng lắng xuống của cacbon (xem mục từ về bơm sinh
học).
• Sự phong hóa của các loại đá silicat (xem chu trình cacbonat-silicat). Axít
cacbonic phản ứng với đá bị phong hóa để tạo ra các ion bicacbonat. Các
ion bicacbonat đã sinh ra được vận chuyển tới các đại dương, nơi chúng được sử dụng
để tạo ra các loại khoáng chất chứa cacbonat của đại dương. Không giống như
CO
2
hòa tan trong cân bằng hay các mô bị phân hủy, phong hóa không di chuyển
cacbon vào bên trong nguồn chứa nó mà từ đó nó có thể sẵn sàng để hoàn trả lại cho
khí quyển.
• Năm 1958, hàm lượng điôxít cacbon trong khí quyển đo đạc tại Mauna Loa là
khoảng 320 phần triệu (ppm), còn trong năm 2011 thì hàm lượng đo tại đây là khoảng
391 ppm.
• Phát xạ CO
2
trong tương lai có thể tính toán theo đồng nhất thức Kaya.
Cacbon được giải phóng vào khí quyển theo vài cách:
• Thông qua hô hấp của động và thực vật. Đây là một loại phản ứng tỏa nhiệt và nó
bao gồm sự phân rã glucoza (hay các phân tử hữu cơ khác) thành điôxít cacbon
và nước.
9
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
• Thông qua phân hủy các chất có nguồn gốc từ động vật và thực vật bởi vi
khuẩn. Nấm và vi khuẩn phân hủy các hợp chất chứa cacbon trong động và thực vật
chết và chuyển cacbon có trong đó thành điôxít cacbon (nếu có mặt ôxy), hay
thành mêtan (nếu không có ôxy).
• Thông qua quá trình cháy của vật chất hữu cơ, trong đó cacbon chứa trong vật
chất này bị ôxi hóa, sinh ra điôxít cacbon (và các chất khác, như hơi nước). Việc đốt
khu rừng trên cạn và các thực vật phiêu sinh trên mặt đại dương. Quá trình quang hợp
về cơ bản có thể coi là tuân theo phản ứng sau: 6CO
2
+ 6H
2
O → C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
.
• Cacbon được di chuyển trong phạm vi sinh quyển nhưlaf nguồn thức ăn của
các sinh vật dị dưỡng, khi chúng ăn các sinh vật khác hay các bộ phận của sinh vật
khác (như hoa, quả, củ). Quá trình này cũng bao gồm cả việc hấp thụ các vật chất hữu
cơ từ sinh vật chết của nấm và vi khuẩn (trong quá trình lên men hay phân hủy).
• Phần lớn cacbon rời khỏi sinh quyển thông qua hô hấp. Khi có mặt ôxy, hô hấp
hiếu khí diễn ra và giải phóng điôxít cacbon vào không khí hay nước bao quanh, tuân
tho phản ứng: C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
→ 6CO
2
một lượng lớn cacbon, do chúng cuốn trôi nhiều trầm tích. Chẳng hạn, một tổ nghiên
cứu từ Đại học bang Ohio đã thông báo trong số phát hành tháng 7 năm 2008 của tạp
chí Geology rằng chỉ một trận bão tại Đài Loan đã vùi lấp một lượng cacbon trong
lòng đại dương dưới dạng trầm tích cũng nhiều bằng lượng cacbon bị vùi lấp do toàn
bộ các trận mưa trong cả một năm tại vùng đất này cộng lại. Cacbon vô cơ (các hợp
chất cacbon không chứa liên kết cacbon-cacbon hay cacbon-hiđrô), là quan trọng trong
các phản ứng của chúng với nước. Sự trao đổi cacbon này là quan trọng trong việc
kiểm soát độ pH trong lòng đại dương và cũng có thể thay đổi như là nguồn cung cấp
hay thu cacbon. Cacbon cũng sẵn sàng trao đổi giữa khí quyển và đại dương. Trong
khu vực có sóng cuộn từ dưới lên của đại dương, cacbon được giải phóng vào khí
quyển. Ngược lại, tại các khu vực sóng cuộn từ bề mặt xuống sâu thì cacbon dưới dạng
CO
2
lại từ không khí chuyển vào lòng đại dương. Khi CO
2
chuyển vào lòng đại dương,
nó tham gia vào một loạt các phản ứng, được cân bằng ở quy mô cục bộ:
Hòa tan:
CO
2
(khí quyển) + CO
2
(hòa tan)
Chuyển hóa thành axít cacbonic:
CO
2
(hòa tan) + H
2
O + H
2
bước thứ ba trong quá trình loại CO
2
từ khí quyển, nên mức độ lưu giữ cacbon vô cơ
trong lòng đại dương không tỷ lệ thuận với áp suất thành phần của CO
2
trong khí
quyển. Hệ số đối với đại dương là khoảng 10, nghĩa là khi CO
2
trong khí quyển tăng
(giảm) 10% thì cân bằng lưu giữ trong đại dương chỉ tăng (giảm) khoảng 1%, với hệ
số chính xác phụ thuộc vào các điều kiện tại khu vực đo đạc. Hệ số đệm này thường
được gọi là "hệ số Revelle", đặt theo tên nhà khoa học Roger Revelle.
Trong lòng đại dương, cacbonat hòa tan có thể kết hợp với canxi hòa tan để kết tủa
dưới dạng cacbonat canxi (CaCO
3
) rắn, chủ yếu dưới dạng mai hay vỏ của các vi sinh
vật. Khi các sinh vật này chết đi, lớp vỏ của chúng trầm lắng xuống và tích tụ trên đáy
biển. Theo thời gian, các trầm tích cacbonat này tạo thành đá vôi, nguồn chứa cacbon
lớn nhất trong chu trình cacbon. Canxi hòa tan trong đại dương đến từ phong hóa hóa
học của các loại đá silicat canxi, trong đó axít cacbonic và các axít khác có trong nước
ngầm phản ứng với các khoáng vật chứa canxi, giải phóng ra các ion canxi tự do vào
trong dung dịch và để lại phần bã của các khoáng vật sét giàu nhôm mới được hình
thành cùng các khoáng chất không hòa tan, như thạch anh.
Luồng hấp thụ điôxít cacbon vào trong lòng đại dương chịu ảnh hưởng bởi sự có
mặt của các virus phổ biến rộng trong nước biển, gây nhiễm trùng cho nhiều loài vi
khuẩn. Sự chết đi hàng loạt của vi khuẩn dẫn tới kết quả là làm gia tăng sự hô hấp
điôxít cacbon tại bề mặt tiếp giáp của khí quyển và đại dương, góp phần làm tăng vai
trò của đại dương như là nguồn hấp thụ cacbon.
3.Chu trình nito
Vai trò: Nitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển, chiếm gần
trường đất. Sự cố định đạm bằng điện hoá và quang hoá trung bình hàng năm tạo ra
7,6 triệu tấn (4-10kg/ha/năm), còn bằng con đường sinh học khoảng 54 triệu tấn .
Những sinh vật có khả năng cố định đạm là vi khuẩn và tảo. Chúng gồm 2 nhóm
chính: Nhóm sống cộng sinh (phần lớn là vi khuẩn, một số ít tảo và nấm) và nhóm
sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo). Vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh gặp
nhiều trong đất, ngược lại các loài cố định đạm sống tự do lại gặp nhiều trong nước và
trong đất. Song nhóm cộng sinh về mặt số lượng có vai trò quan trọng hơn, gấp trăm
lần nhóm sống tự do.
Ngoài những vi khuẩn cố định đạm cần năng lượng lấy từ nguồn cacbon bên ngoài,
còn có loài vi khuẩn tía (Rhodopseudomonas capsulata) có thể sinh sống bằng nitơ
phân tử trong điều kiện kỵ khí mà ánh sáng được sử dụng như một nguồn năng
lượng (Madigan và nnk, 1979).
Những vi khuẩn có khả năng cố định nitơ gồm các loài của
chi Rhizobium sống cộng sinh với các cây họ Đậu để tạo nên các nốt sần ở rễ, cố định
được một lượng lớn nitơ. Ví dụ, cỏ 3 lá (Trifolium sp.) và đậu chàm
(Medicago sp.) cố định được 150 - 400kg/ha/năm. Ngoài ra gần đây, người ta còn phát
hiện ra một số các loài xạ khuẩn (Actinomycetes) (nhất là các nấm nguyên thuỷ) cộng
sinh trong rễ của chi Alnus và một số loài cây khác cũng có khả năng cố định
đạm, tuy hiệu suất thấp hơn so với Rhizobium. Đến nay, người ta đã biết được xạ
khuẩn sống cộng sinh trong rễ của 160 loài cây thuộc 8 chi của 8 họ thực vật khác
nhau. Ngoài các loài của chi Alnus, các loài khác đều thuộc các chi Ceanothus,
Comptonia, Eleagnus, Myrica, Casuarina, Coriaria, Araucaria và Ginkgo
(Torrey, 1978) và chúng sống tập trung ở vùng ôn đới.
15
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
Trong môi trường nước, vi sinh vật cố định nitơ khá phong phú. Ở đây thường
gặp những loài vi khuẩn kỵ khí thuộc các chi Clostridium, Methano, Bacterium,
Methanococcus, Desulfovibrio và một số vi sinh vật quang hợp khác. Ở những nơi
thoáng khí thường gặp các đại diện của Azotobacteriaceae (như Azotobacter) và
các loài tảo (vi khuẩn lam) thuộc các chi Anabaena, Aphanozinemon, Nostoc,
giải protein để giải phóng NH
3
và H
2
S trong đó, một số vi sinh vật amôn hoá khá
“hẹp thực”, chỉ sử dụng pepton mà không phân huỷ các acid amin, sử dụng urê mà
không phân huỷ uric; ngược lại nhiều loài sử dụng rất rộng rãi nguồn chất hữu cơ chứa
nitơ, từ dạng đơn giản nhất đến cả dạng phức tạp nhất.
b1.Quá trình amon hóa ure
*Khái niệm
Ure là một loại hợp chất hữu cơ đơn giản chứa 46,6% N, được sản xuất trong các
nhà máy phân bón bằng cách tổng hợp:
Lượng hữu cơ vùi vào đất rất lớn , hàm lượng các chất này nằm trong đất khá nhiều
nhưng cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp từ các chất hữu cơ đó, mà phải thông qua
quá trình phân hủy và chuyển hóa các loài vi sinh vật để hình thành các chất dinh
dưỡng cây trồng đễ hấp thụ. Nếu không có quá trình amôn hóa thì dù có giàu hữu cơ
đến đâu cũng đều vô hiệu với cây trồng và càng gây độc hại cho môn sinh.
Đơn giản nhất đó là lượng ure chứa trong nước tiểu. Người ta đã tính rằng trong
nước tiểu có khoảng 2%ure. Vậy nhân loại mỗi ngày thải ra hang vạn tấn ure, đó là
chưa kể lượng ure do các loài động vật thải ra. Trái Đất sẽ bị hủy diệt như thế nào?
*Cơ chế của quá trình amon hóa ure
Dưới tác dụng của menureaza do cscs vi sinh vật tiết ra làm xúc tác cho quá trình
chuyển hóa ure:
vi sinh vật
CO(NH
2
)
2
+2H
2
2
+ H
2
O -> CO(NH
2
)
2
Sau đó các sản phẩm ure lại được phân giải như phưng trình trên để giải phóng ra
NH3.
*Các loại sinh vật phân giải ure.
17
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
Pasteur 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 được rất nhiều chủng vi khuẩn : Planosarcina
ureae, Micrococcus eurae, Sarcina hansenii, Bacillus pasteurii, Bac.hesmogenes, ….
Nhiều loại nấm mốc và xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải ure.
Vi khuẩn phân giải ure thường thuộc loại hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc,
chúng phát triển tốt ở PH=6,5- 8,5
b2.Quá trình amon hóa protein
*Khái niệm
Protein là thành phần cơ bản của chất nguyên sinh, hang trăm protein được đưa vào
đất với số lượng rât lớn (cùng với xác hữu cơ, phân chuồng, phân xanh, phân rác ).
Trong protein có chứa khoảng 15-17% nitơ
Quá trình phân hủy và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ(protein ) để tạo ra NH3
cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng dưới tác dụng của các loài sinh vật được gọi là quá
trình amon hóa protein.
*Cơ chế của quá trình.
Dưới tác dụng của proteaza, các protein được phân giải thành các hợp chất đơn
giản hơn.(polypeptit, olygopeptit). Các chất này tiếp tục được phân giải thành axit
amin nhờ tác dụng của men peptidaza ngoại bào. Các chất này cũng có thể trực tiếp
Basidimomycetes), trong vỏ nhiều loại côn trùng.
Hàng năm có tới vài triệu tấn kitin của giáp xác hình thành trong các đại đương.
Kitin cũng có số lượng không nhỏ trong đất.
Với khối lượng lớn như vậy, nhờ có các vi sinh vật, kitin được phân giải và chuyển
hóa để thành các chất hữu cơ đơn giản, sau đó tiếp tục phân giải để cho ra các dinh
dưỡng cung cấp cho cây trồng.
*Cơ chế phân giải kitin
Dưới tác dụng của enzym kitinaza phân giải kitin thành N-acetyl-glucozamin.
*Những vi sinh vật phân giải kitin.
Có rất nhiều loại vi sinh vật phân giải kitin như:
- Vi khuẩn gồm: Achoromobacter, Flavobacterium, Bacillus, Cytophaga,
Pseudomonas, Nocardia, Micromonospora.
- Nấm gồm: Aspergillus, Mortierella.
- Xạ khuẩn gồm: Steptomyces gricecus.
c.Quá trình nitrat hoá (Nitrification)
19
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
Quá trình biến đổi của NH
3
, NH
4
+
thành NO
2
-
, NO
3
-
được gọi là quá trình nitrit
hoá và nitrat hoá hay gọi chung là quá trình nitrat hoá. Quá trình này phụ thuộc vào pH
.
Sự có mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn thành các chất
bẩn hữu cơ.
Những đại diện của chủng vi sinh vật Nitrosomonas có thể biến đổi amoniac thành
nitrit, một chất độc thậm chí với hàm lượng rất nhỏ. Những vi sinh vật
khácnhư Nitrobacter lại dinh dưỡng bằng nitrit, tiếp tục biến đổi nó thành
nitrat. Những vi sinh vật nitrit hoá đều là những sinh vật tự dưỡng hoá tổng hợp, lấy
năng lượng từ quá trình oxy hoá. Chẳng hạn, Nitrosomonas khi chuyển hóa
amoniac thành NO
2
-
sinh ra năng lượng 65 Cal/mol, còn Nitrobacter tạo ra năng
lượng 17 Cal/mol. Chúng sử dụng một phần năng lượng này để kiếm nguồn
cacbon từ việc khử CO
2
hay HCO
3
- Như vậy, khi thực hiện điều này để tự tăng
trưởng, chúng đã sản sinh ra một lượng đáng kể nitrit hoặc nitrat cho môi trường.
Nitrat (cũng như nitrit) dễ dàng lọc khỏi đất, đặc biệt trong đất chua. Nếu
không được thực vật đồng hoá, chúng có thể thoát ra khỏi hệ sinh thái này để đến hệ
sinh thái khác qua sự chu chuyển của nước ngầm.
Quá trình nitrat hóa có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải. Trước
tiên nó phản ánh mức độ khoáng hóa các chất hữu cơ như đã trình bày ở trên. Nhưng
quan trọng hơn là quá trình nitrat hóa tích lũy được một lượng oxy dự trữ có thể dùng
để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa nito
20
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
d. Quá trình phản nitrat hoá (Denitrification)
Con đường chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá - dị hoá để trở về các
lớn hơn tỷ lệ như thế bên ngoài mà cơ thể có thể kiếm được và ở nguồn của chúng.
Do vậy, photpho trở thành yếu tố sinh thái vừa mang tính giới hạn, vừa
mang tính điềuchỉnh. Ta có thể hình dung, sựphát triển của thực vật phù du
(Phytoplankto) trong các hồ biến động rất lớn, phụ thuộc vào sự biến thiên rất
mạnh của hàm lượng phốt pho tổng số, đặc biệt vào tỷ lệ hàm lượng giữa phốt pho,
nitơ và cacbon. Ngay những hồ mà có tỷ lệ nitơ thấp hơn so với phốt pho thì dù phốt
pho có giàu, thực vật phù du cũng không thể phát triển mạnh. Như vậy, nitơ trở thành
yếu tố giới hạn. Tỷ lệ tương đối của các muối dinh dưỡng cho sự phát triển của thực
vật phù du liên quan chặt chẽ với một phức hợp của quá trình sinh học, địa chất và vật
lý, bao gồm cả sự quang hợp, sự lựa chọn của các loài tảo có khả năng sử dụng nitơ
của khí quyển, cả độ kiềm, việc cung cấp muối dinh dưỡng, tốc độ đổi mới và xáo trộn
của nước.
Thực vật đòi hỏi photpho vô cơ cho dinh dưỡng. Đó là orthophotphat (PO4). Trong
chu trình khoáng điển hình, photphat sẽ được chuyển cho sinh vật sử dụng và sau
22
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
lại được giải phóng do quá trình phân huỷ. Tuy nhiên, đối với photpho trên con
đường vận chuyển của mình bị lắng đọng rất lớn. D.R. Lean (1973) nhận ra rằng, sự
“bài tiết” phốt pho hữu cơ của thực vật phù du cũng dẫn đến sự tạo thành các chất keo
ngoài tế bào mà chúng xem như các phần tử vô định hình chứa phốt pho trong nước
hồ. Ở biển, sự phân huỷ sinh học diễn ra rất chậm, khó để phốt pho sớm trở lại tuần
hoàn. Tham gia vào sự tái tạo này chủ yếu là nguyên sinh động vật (Protozoa) và
động vật đa bào (Metazoa) có kích thước nhỏ.
Sự mất phốt pho gây ra bởi 2 quá trình diễn ra khác nhau: một dài, một ngắn. Sự
hấp thụ vật lý của trầm tích và đất có vai trò quan trọng trong việc kiểm tra
hàm lượng photpho hoà tan trong đất và các hồ. Ngược lại, sự lắng đọng, thường
kết hợp photpho với nhiều cation khác như nhôm, canxi, sắt, mangan do đó, tạo
nên kết tủa lắng xuống. Trong các khu vực nước có sự xáo động mạnh hoặc nước trồi,
photpho mới được đưa trở lại tầng nước. Lượng photpho quay trở lại còn nhờ chim
hoặc do nghề cá, song rất ít so với lượng đã mất. Những thực vật sống đáy ở vùng
Chu trình vật chất trong hệ sinh thái
- Sự đồng hóa và giải phóng lưu huỳnh bởi thực vật
Lưu huỳnh đi vào xích dinh dưỡng của thực vật trên cạn qua sự hấp thụ của rễ
dưới dạng sunphat (CaSO4, Na2SO4) hoặc sự đồng hóa trực tiếp các axit amin được
giải phóng do sự phân hủy của xác chết hay các chất bài tiết. Sự khoáng hóa của
vi khuẩn và nấm (Aspergillus và Neurospora) đối với các chất sunphuahydryl hữu
cơ trong thành phần các axit amin. Kèm theo sự oxy hóa dẫn đến sự hình thành
sunphat làm giàu nguồn khoáng cho sự tăng trưởng của thực vật.
Trong điều kiện yếm khí, axit sunphuric (H2SO4) có thể trực tiếp bị khử cho
sunphit, bao gồm hydrosunphit do các vi khuẩn Escherichia và Proteus (SO
4
2+
+
2H
+
= H
2
S + 2O
2
).
Sunphat cũng bị khử trong điều kiện kỵ khí để cho lưu huỳnh nguyên tố
hay sunphit, bao gồm hydrosunphit, do các vi khuẩn dị dưỡng như Desulfovibrio,
Escherichia và Aerobacter. Những vi khuẩn khử sunphat yếm khí là những loài
dị dưỡng, sử dụng sunphat như chất nhận hydro trong oxy hóa trao đổi chất, tương tự
như vi khuẩn phản nitrat sử dụng nitrit hay nitrat.
Cho đến nay, người ta thừa nhận rằng sự khử sunphat xảy ra trong điều kiện kỵ
khí, song cũng phát hiện thấy phản ứng này xuất hiện cả ở nơi có “vết” oxy, nitrat hay
25
Copyright: Tài liệu đại học ©