Vi khuẩn cố định đạm là những vi sinh vật có khả năng chuyển đổi nitrogen (N2) trong không khí thành các hợp chất hữu cơ mà cây trồng có thể sử dụng, như amoniac (NH3). Đây là quá trình quan trọng giúp cung cấp nguồn dinh dưỡng tự nhiên cho cây trồng mà không cần sử dụng phân bón hóa học. chúng tồn tại trong đất và rễ cây, đóng vai trò thiết yếu trong hệ sinh thái nông nghiệp bền vững.
Các loại vi khuẩn cố định đạm
Vi khuẩn cố định đạm có thể được chia thành hai nhóm chính: vi khuẩn cố định đạm tự do và vi khuẩn cố định đạm cộng sinh.
Vi khuẩn cố định đạm tự do
Chúng tự do sống độc lập trong đất và không cần sự kết hợp với cây trồng để thực hiện quá trình cố định đạm. Một số loài tự do phổ biến gồm:
- Azotobacter: Loài này có khả năng cố định đạm mạnh mẽ trong điều kiện hiếu khí, thường được tìm thấy ở các loại đất giàu dinh dưỡng.
- Clostridium: Là vi khuẩn kỵ khí, Clostridium có khả năng cố định đạm trong điều kiện thiếu oxy.
Vi khuẩn cố định đạm cộng sinh
Vi khuẩn cộng sinh sống trong mối quan hệ đôi bên cùng có lợi với cây trồng, thường là cây họ đậu (Leguminosae). Các vi khuẩn này hình thành các nốt sần trên rễ cây, nơi chúng thực hiện quá trình cố định đạm. Một số loài phổ biến gồm:
- Rhizobium: Thường cộng sinh với cây họ đậu, tạo thành các nốt sần trên rễ và cung cấp đạm cho cây trồng.
- Frankia: Loài này cộng sinh với các cây thuộc họ Cỏ lau (Casuarina), giúp cây trồng ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng vẫn phát triển tốt.
Vi khuẩn cố định nitơ sống hội sinh
Thường cộng sinh trong rễ cây họ hòa thảo, bông và rau. Đây là vi sinh vật được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất phân bón, 2 loại chính là: Azospirillum lipoferum, Azospirillum brasilense.
Chúng tham gia vào nhiều bước trong suốt quá trình cố định và phân giải nitơ. Vì vậy chúng được sử dụng phổ biến trong phân bón vi sinh, cải tạo đất.
Quá trình cố định đạm
Quá trình này diễn ra qua nhiều giai đoạn phức tạp, trong đó vi khuẩn sử dụng enzyme nitrogenase để chuyển đổi N2 trong không khí thành NH3. Amoniac sau đó được chuyển hóa thành các dạng hợp chất hữu cơ khác mà cây trồng có thể hấp thụ.
- Giai đoạn hình thành mối quan hệ cộng sinh: Trong quá trình này, vi khuẩn này nhận tín hiệu hóa học từ rễ cây, sau đó xâm nhập vào rễ qua các tế bào lông hút. Khi đã vào trong rễ, vi khuẩn tạo thành nốt sần, nơi chúng thực hiện quá trình này.
- Hoạt động của enzyme nitrogenase: Enzyme nitrogenase là yếu tố quyết định trong quá trình chuyển đổi N2 thành NH3. Đây là enzyme nhạy cảm với oxy, vì vậy loại vi khuẩn này thường cần môi trường thiếu oxy hoặc có các cơ chế bảo vệ enzyme này khỏi sự oxy hóa.
Lợi ích của vi khuẩn cố định đạm trong nông nghiệp
Việc sử dụng loại vi khuẩn này mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp, đặc biệt là trong việc phát triển nông nghiệp bền vững.
Cung cấp đạm tự nhiên cho cây trồng
Loại vi khuẩn này cung cấp một nguồn dinh dưỡng tự nhiên, giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ mà không cần phụ thuộc vào phân bón hóa học. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Cây phát triển nhanh hơn, lá xanh tốt hơn, giảm 30-50% chi phí phân đạm hóa học, giảm tỷ lệ sâu bệnh 25-50% so với các loại phân bón truyền thống.
Cải thiện chất lượng đất
Sự tồn tại của chúng trong đất giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất, làm tăng khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng khác. Đất trở nên màu mỡ hơn và có khả năng phục hồi tốt hơn sau khi trồng trọt.
Ngoài ra còn giúp cân bằng dinh dưỡng hữu cơ, thân thiện với môi trường xung quanh đồng thời là đối với sức khỏe con người.
Tăng cường tính bền vững trong canh tác
Sử dụng chúng là một trong những biện pháp quan trọng để phát triển nông nghiệp bền vững. Nó giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào phân bón hóa học và các sản phẩm nông nghiệp có hại, đồng thời bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
Ứng dụng vi khuẩn cố định đạm trong nông nghiệp
Ngày nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nông nghiệp, từ trồng cây lương thực đến cây ăn quả và cây công nghiệp.
Trồng cây họ đậu
Cây họ đậu là nhóm cây trồng có mối quan hệ cộng sinh mạnh mẽ với loại vi khuẩn này, đặc biệt là Rhizobium. Việc trồng cây họ đậu không chỉ giúp cung cấp nguồn đạm cho cây trồng mà còn cải thiện chất lượng đất cho các vụ mùa tiếp theo.
Sử dụng chế phẩm vi sinh
Chế phẩm vi sinh chứa vi khuẩn cố định đạm được sử dụng rộng rãi để bổ sung vi khuẩn có lợi vào đất trồng, đặc biệt là ở những vùng đất xấu hoặc bị thoái hóa.
Cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón
Kết hợp chúng với phân hữu cơ hoặc vô cơ có thể giúp tăng cường hiệu quả sử dụng phân bón, giảm thiểu lượng phân bón cần thiết và cải thiện năng suất cây trồng.
Phân chứa các chủng này giúp tăng cường cung cấp các chất dinh dưỡng từ đất cho cây trồng, điều hòa sinh trưởng, các loại men, vitamin có lợi để cây có khả năng chống chịu các loại sâu bệnh hại, nâng cao năng suất – chất lượng sản phẩm và độ phì nhiêu cho đất.
Vi khuẩn cố định đạm đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn dinh dưỡng tự nhiên cho cây trồng, cải thiện chất lượng đất và thúc đẩy nông nghiệp bền vững. Việc hiểu rõ và ứng dụng các loại vi khuẩn này trong canh tác nông nghiệp không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tài nguyên đất đai cho các thế hệ tương lai.
