NITƠ VÀ PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG

Đa số nitơ và phospho tồn tại trong môi trường dưới dạng chưa sử dụng được ngay cho sinh giới. Trong tự nhiên, do sự hoạt động của các vi sinh vật, nitơ và phospho được chuyển hoá thành các các muối hoà tan và được SV sử dụng. Sự chuyển hoá của nitơ và photpho trong môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng như: pH, sự phân tầng nước, nhiệt độ, độ mặn... Tuy nhiên, nếu trong nước và thực phẩm hàm lượng nitơ và photpho, đặc biệt là nitơ dưới dạng muối nitrit và nitrat...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
NITƠ VÀ PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG NITƠ VÀ PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG TS. LÊ THỊ HI ỀN THẢO Trường Đại học Xây dựngĐa số nitơ và phospho tồn tại trong môi trường dưới dạng chưa sử d ụng đ ược ngay cho sinhgiới. Trong tự nhiên, do sự hoạt động của các vi sinh vật, nitơ và phospho đ ược chuy ển hoáthành các các muối hoà tan và được SV sử dụng. Sự chuyển hoá của nit ơ và photpho trongmôi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng như: pH, sự phân tầng n ước, nhi ệt đ ộ,độ mặn... Tuy nhiên, nếu trong nước và thực phẩm hàm lượng nitơ và photpho, đặc bi ệt lànitơ dưới dạng muối nitrit và nitrat cao quá sẽ gây ra m ột số bệnh nguy hi ểm cho ng ười đ ặcbiệt là trẻ em.1. Tập tính của nitơ và phospho trong môi trườnga. NitơĐa số nitơ và phospho tồn tại dưới dạng chưa sử dụng được ngay cho sinh vật. Trong khíquyển, nitơ chủ yếu tồn tại dưới dạng nitơ phân tử (N2). Trong trái đất, đa số nitơ n ằm bấtđộng trong đá và đất. Việc cung cấp nitơ và các chu trình v ật ch ất trong t ự nhiên ph ụ thu ộcnhiều vào quá trình phân huỷ sinh học các hợp chất ch ứa nit ơ và phospho trong môi tr ường.Sự trao đổi và phân huỷ sinh khối khác nhau đáng kể giữa các nơi sống, kích c ỡ và hoạt đ ộngsống của các quần xă vi sinh vật (VSV) và nấm: Trong các môi tr ường nóng ẩm và có đ ủoxy, sự phân huỷ và giải phóng chất dinh dưỡng diễn ra nhanh chóng (ở vùng nhiệt đ ới, th ờigian tồn tại của cacbon trong lá cây là 3 tháng); r ừng ôn đ ới t ừ 4-16 năm; trong khi đó ở cáchệ Bắc bán cầu có thể tới hơn 100 năm). Sự phân huỷ thường rất hạn chế b ởi l ượng nit ơ cósẵn. Tỷ lệ trung bình của C:N trong sinh khối VSV xấp xỉ 10:1; Thực v ật (TV) có t ỷ l ệ C:Nlà 40-80:1 nghĩa là có sự thiếu hụt nitơ; Động vật (ĐV) duy trì t ỷ l ệ C:N g ần b ằng t ỷ l ệ c ủaVSV phân huỷ, gây phân hủy nhanh. Trong đất, tỷ lệ C:N ổn định nhất, vào khoảng 10.Theo Begon (1990), khi một chất có hàm lượng N < 1,2-1,3 % đ ược b ổ sung vào đ ất thì b ấtkỳ ion NH4+ nào cũng được hấp thụ, khi các chất có hàm lượng N > 1,8% đ ược b ổ sung, thìcác ion NH4+ có xu hướng được giải phóng.Toàn bộ nitơ trong chu trình nitơ sinh học di ễn ra chủ yếu qua ho ạt đ ộng c ố đ ịnh đ ạm c ủacác vi khuẩn (VK) sống trong cây, các tảo lục và các VK c ộng sinh trong r ễ c ủa m ột s ố loàithực vật (ví dụ Rhizobium có ở trong nốt sần của rễ một số loài họ đậu). Nh ững sinh v ật(SV) này có khả năng chuyển hóa N2 thành NH4+, mặc dù chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ dòng nitơ trêntoàn cầu, quá trình cố định đạm là nguồn cung cấp nitơ cao nhất cho c ả 2 n ơi sống ở c ạn vàở nước. NH4+ chỉ được các thực vật sử dụng hạn chế, hầu hết nitơ được tích luỹ dưới dạngNO3-. Việc chuyển hóa nitơ hữu cơ gồm 4 giai đoạn:- Amon hóa: nghĩa là thủy phân protein và oxy hóa các axit amin thành NH4+.- Nitrit hóa: NH4+ tự do được oxy hóa nhờ VK sống trong cây d ưới đ ất (Nitrosomonas) vàdưới biển (Nitrosococcus) từ N3- thành N3+, cho NO2-.- Nitrat hóa: NO2- được oxy hóa tiếp do VK Nitrobacter trong đất và n ước bi ển cho NO3-(thể N5-). Dưới dạng này nitơ được các TV sống trên cạn và dưới nước sử dụng.- Khử nitrat: trong điều kiện không có oxy (ngập úng, c ặn lắng...) sẽ di ễn ra quá trình kh ửnitrat. Trong đó NO2- và NO3- được các VK sử dụng làm chất nhận electron (ch ất gây oxyhoá) và chuyển thành N2, trả lại nitơ cho khí quyển. Nit ơ đ ược c ố đ ịnh g ần b ề m ặt đ ất cóthể bị mất do khử nitrat hóa. Quá trình này xảy ra do các VK như Pseudomonas denitrificans.Theo Hardy và Havelka (1975), quá trình cố định nitơ và khử nitrat cân bằng trên quy mô toàncầu và chiếm khoảng 2% tổng nitơ tuần hoàn.b. PhosphoPhospho tồn tại trong môi trường chủ yếu dưới dạng octophotphat (PO43-) có hóa tr ị 5+. ởdạng này dễ được các TV ở cạn và ở nước hấp thụ. Động vật bài ti ết lượng phospho trongthức ăn ở dạng phosphat qua nước tiểu. Phospho cố định trong sinh gi ới được gi ải phóng khibị phân huỷ do hoạt động của các VK phosphat hóa, quá trình này bẻ gãy các hợp chấtphosphat hữu cơ giải phóng ra ion phosphat. Các hợp chất dễ bay h ơi không tham gia vào chutrình sinh địa hóa của phospho, chu trình diễn ra trong các thành phần sinh quy ển trên c ạn vàdưới nước, phospho có mặt trong không khí có liên quan với các chất dạng hạt.Khả năng tồn tại của phosphat sinh học hoàn toàn phụ thuộc vào pH:- ở pH thấp (môi trường axit): phospho gắn chặt với các hạt sét và t ạo thành các ch ất t ổnghợp không tan với ion sắt (ví dụ Fe(OH)2H2PO4) và nhôm (Al(OH)2H2PO4). Do sự xu ấthiện của ion Fe3+ và nhôm trong đất, của cặn lắng và nước, nên lượng phospho hòa tan r ấtthấp trong điều kiện axit. Khi môi trường không có oxy, phospho được c ố định là các ph ứchợp sắt không tan, có thể giải phóng Fe3+, giảm thành Fe2+ và tạo thành sunfit sắt.- Trong điều kiện pH cao (môi trường kiềm): phospho hình thành các h ợp chất không hoà tankhác nhất là canxi (ví dụ hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2). Trong đi ều kiện hi ếu khí có Ca,Al và ion Fe thì phosphat tan nhiều nhất ở pH = 6-7.Do tính phản ứng của phosphat, phospho có khả năng lưu động chậm trong đất. Trong khi đóngược lại, NO3- có khả năng lưu động cao và rò rỉ nhanh từ đất. Khả năng l ưu đ ộng c ủa cácion chính trong đất tăng theo thứ tự PO43- < SO42- < NO3- > Cl-. M ặc dů phosphat đu ợc coilà cố định cao trong đất, nhưng nếu khả năng hấp th ụ phosphat c ủa đ ất b ị v ượt quá thìphospho sẽ nhanh chóng chuyển xuống lớp đất sâu hơn và tập trung vào dòng chảy dưới lớpđất mặt. Mức độ và tốc độ di chuyển phụ thuộc vào khả năng phát sinh tự nhiên c ủa đất vàdạng phosphat.ở trong nước, chu trình nitơ và phospho sinh học cũng diễn ra tương tự như ở trên cạn, nhưngdo quá trình suy giảm ánh sáng và phân tầng nước mà quá trình sinh học h ấp th ụ dinh d ưỡngvà tái tạo dinh dưỡng diễn ra khác nhau theo độ sâu. Hiện tượng phân tầng n ước thay đ ổit ...