Bài giảng Vi sinh vật đất – tính đa dạng và khả năng sử dụng nguyên sinh động vật

Chương 6 VI SINH VẬT ĐẤT – TÍNH ĐA DẠNG VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NGUYÊN SINH ĐỘNG VẬT Năng suất cây trồng phụ thuộc vào sự phân hủy của chất hữu cơ tồn tại trong đất, đó cũng như là phân bón, thành những chất đơn giản có thể chuyển vào trong tế bào của vi sinh vật hay động vật. Những chất này được khoáng hóa thành những chất đơn giản như CO2, ammonia và phosphate được thực vật hấp thụ. Quá trình chuyển hóa đó gọi là chu trình vật chất và tùy theo loại chất được hình thành mà ta có các chu trình khác nhau như chu trình carbon, nitơ, lưu huỳnh… Vai trò của nguyên sinh động vật Giáp xác nhỏ và động vật lớn như giun đất làm tăng tốc độ khoáng hóa nhờ vào sự cắt nhỏ chất hữu cơ và sự trả lại môi trường đất các điểm nóng hoạt động theo sự vận chuyển. Tuy nhiên sự khoáng hóa và cung cấp trở lại chất dinh dưỡng cho cây từ màng nước liên kết của đất và cung cấp đầy các hố đất này. Vi khuẩn và nấm phân hủy chất hữu cơ và tích lũy chất dinh dưỡng vào cơ thể nó. Nhưng chúng bị sinh vật nhỏ khác, nguyên sinh vật, giun tròn bắt làm thức ăn để điều chỉnh lại kích cỡ và thành phần của quần xã vi sinh vật làm tăng sự phát triển của vi sinh vật thông qua chất thải từ nhóm sinh vật nhỏ này. Giun tròn cũng ăn nấm như nguyên sinh vật nhất là Amoeba có thể ăn vi khuẩn trong các hố nhỏ mà nó tồn tại. Mức độ chuyển hóa chất dinh dưỡng phụ thuộc vào các nhân tố bên ngoài và quá trình khai thác và sử dụng đất (như bón phân, kháng sinh, hoạt động nông nghiệp…) và nhân tố bên trong như quần xã nguyên sinh động vật, giun tròn thể hiện bằng tính đa dạng sinh học. Cách xác định tính đa dạng của nguyên sinh động vật Nguyên sinh động vật có 4 nhóm: những sinh vật không có vỏ phát triển nhanh gồm có trùng roi (Flagellata), trùng chân giả (Amoeba) và trùng cỏ (Ciliata); những sinh vật khác có vỏ phát triển chậm là trùng giả túc có vỏ (Testacea). Các loài có kích thước nhỏ, mềm dẻo thuộc hai nhóm đầu, từ đó chúng có thể len lỏi đi khắp nơi, chúng là nhóm sinh vật chiếm số lượng cao nhất. Nhóm trùng cỏ và trùng có vỏ lớn hơn và đa dạng hơn, chúng sống trog những hang hốc lớn hơn chịu ảnh hưởng của sự khô hạn và các tác nhân bất lợi khác, thông thường hai nhóm này thể hiện sự phát tán rộng theo sự phân phối r/K và mức độ địa phương. Trùng cỏ được chia thành hai nhóm tiên phong trong chọn lọc kiểu r Colpodida khi so sánh với kiểu chọn lọc K là Polyhymenophora và các thứ bậc phân loại trung gian khác. Sự phân chia số loài trong nhóm thứ nhất thông qua kết quả nhóm thứ hai tạo ra tỷ lệ C/P khi C/P>1.00 là đất có vấn đề, năng suất thấp, nếu C/P<1.00 đất giàu chất dih dưỡng với sự tồn tại của giáp xác nhỏ và sinh vật cỡ lớn. Trong nhóm có vỏ, có những loài chỉ thị cho đất phèn và đất kiềm, vỏ của nó chuyển thông tin từ sự biến đổi độ ẩm. Dần dần hai nhóm này có thể coi như là sinh vật chỉ thị cho điều kiện đất. Nghiên cứu về tính đa dạng sinh học phải xác định được thành phần loài và số lượng cá thể trong từng loài. Những động vật không vỏ, trong suốt rất khó xác định trong những phần tử đất, phương pháp định lượng cổ điển cho phép sử dụng tương đối chính xác (MPN) là kỹ thuật của Singh (1946) hay của Darnyshire và cộng sự (1974). Cả hai đều là phương pháp tiêu chuẩn, trong cách thứ hai phương pháp đếm trực tiếp được Griffiths và Ritz (1988) phát triển từ sự tách biệt nguyên sinh vật trong đất bằng cách ly tâm và nhuộm màu rồi xác định dưới kính hiển vi huỳnh quang. Phương pháp này được sử dụng đều đặn để xác định thành phần nguyên sinh động vật của khu hệ sinh vật đất trong việc nghiên cứu ruộng đồng ở Đại học Kỹ thuật Munich. Nhóm trùng cỏ cỡ lớn và vận động được đếm bằng cách hòa đất và nước, từng giọt một cho đến khi ít nhất có 0.4g đất được xác định. Đối với nhóm có vỏ có thể đếm trực tiếp các vỏ đó bằng phương pháp này hay nhuộm màu đất và cho từng chút nhỏ mẫu lên lame để đếm xuyên suốt. Kết hợp hai phương pháp tạm thời và lâu dài sẽ cho kết quả tốt hơn là dung đơn độc một phương pháp. Khi tính độ phong phú về thành phần loài, cách tốt nhất là cho 10-50g mẩu vào đỉa Petri rồi cho thêm nước vào 5-20ml, sau đó làm cạn bằng cách ép nhẹ ngón tay. Đặt nhiều tấm kính lên, mỗi một tấm đặt thêm vào 1 tấm giấy film lên trên, kiểm tra mẫu sau một ngày, mỗi loài trùng roi khác nhau sẽ được phát hiện. Nuôi các mẫu này trong khoảng 3-4 ngày trong những thời điểm khác nhau trong tháng để xác định loài trùng cỏ và trùng có vỏ phân bố chủ yếu trong mẫu đó. Hầu hết trùng chân giả được phát hiện bằng các vệt trong đất tiệt trùng (không có dinh dưỡng) trong dĩa agar hay đặt mẫu đất vào giếng với dĩa như thế, trung chân giả di chuyển ra khỏi mẫu đất đó. Đa dạng nguyên sinh động vật trong hệ thống sản xuất nông nghiệp Tilman (1966) đã thấy sự biến đổi lớn về sinh khối của 24 loài thực vật ưu thế nhất trong suốt 11 năm nghiên cứu đồng cỏ. Lehle (1992) đã nghiên cứu suốt 6 tháng về trùng cỏ sống trên đất thuộc về những loài phân bố rộng, Cyclidium muscicola chiếm từ 8-75% số lượng của quần thể và 2 loài Colpodid chiếm từ 4-45%. Sự khác biệt giữa hai nghiên cứu này cho thấy sự khác biệt về loài phân bố trong những ổ sinh thái. Tính đa dạng sinh học ở những vùng không canh tác với canh tác theo cổ truyền có thể không thấy được sự gia tăng về năng suất nhưng duy trì tính đa dạng có thể làm chậm sự thoái hóa hệ sinh thái nông nghiệp trong suốt 4000 năm lịch sử. Nguyên sinh động vật có thể coi như là sinh vật chỉ thị của hệ sinh thái và cảnh báo cho sự thoái hóa đất. Đề nghị xem nguyên sinh động vật là sinh vật chỉ thị vì nó có tính nhạy cảm với môi trường do màng tế bào của nó mỏng, chúng phát triển nhanh, vận động chậm trong đất và có mặt khắp nơi. Ngoài ra chúng rất đa dạng, có thể cho nhiều loài làm sinh vật chỉ thị. Vấn đề khó khăn trong việc phân loại và thời gian để xác định loài, đếm số lượng nhưng theo cách mô tả thì nguyên sinh động vật có giá trị về hệ sinh thái nông nghiệp vì vị trí then chốt của chúng trong chu trình vật chất trong hệ sinh thái đất. Ứng dụng Nông nghiệp cổ truyền tạo ra một hệ sinh thái đặc biệt bằng cách xáo trộn lớp đất mặt (và nén nó lại) thông qua quá trình cày bừa, lấy bỏ thực vật trên mặt (đã bảo vệ đất), thêm phân bón, nông dược và thu hoạch. Một nền nông nghiệp ổn định là hạn chế sự xáo trộn bề mặt, giảm sự tác động và thay thế phân vô cơ bằng phân hữu cơ. Cày bừa theo phương thức cổ truyền giữa các vụ canh tác tích tụ vào trong đất các sản phẩm thích hợp cho vi khuẩn, nguyên sinh vật và giun tròn trong chuỗi thức ăn trong đất; ngược lại nếu ít vày bừa, chất hữu cơ còn lại trên bề mặt và lớp đất giàu dinh dưỡng ở bề mặt, làm tăng các nhóm nấm, Collembola và giun đốt đóng góp vào trong chuỗi thức ăn trong đất. Quần xã nguyên sinh động vật khác biệt nhau trong hai hệ thống theo cách chọn lọc kiểu r. Sinh khối của trùng roi và trùng chân giả phong phú ở bề mặt của hệ thống nông nghiệp và làm tăng quá trình khóang hóa. Phân bón hữu cơ như rơm và phân chuồng giống chất hữu cơ trong tự nhiên hơn là phân bón. Vi sinh vật và nguyên sinh động vật hoạt động trong môi trường đất giàu hữu cơ và thường có sự gia tăng khu hệ sinh vật đất nhất là nhóm giun đất. Nhóm nguyên sinh động vật cao hơn hoạt động trong điều kiện không cày và có bón phân hữu cơ sẽ được làm tăng nhờ khu hệ động vật khác như là giun đốt, chúng phân tán vi khuẩn và dịch hại của nguyên sinh vật đến chổ khác thông qua các hang do chúng tạo ra và những bào xác không tiêu hóa ra ngoài ruột tạo những điểm nóng mới và giải phóng một lượng lớn chất dinh dưỡng làm tăng sản lượng cây trồng trong vài trường hợp. Nguyên sinh vật bị ăn có giá trị như thế càng đa dạng nguyên sinh vật thì giun đốt càng phong phú. Sử dụng chất diệt sinh vật có tác dụng đối với những lòai không cần xử lý. Chất diệt cỏ ảnh hưởng gián tiếp đến nguyên sinh vật thông qua tác động lên vi khuẩn nitơ và làm môi trường trơ trọi. Thuốc trừ sâu và trị năm độc, nó có nguồn gốc của lindane và mancozeb ảnh hưởng trùng cỏ và trùng có vỏ. Thuốc trừ sâu làm giảm cả số loài và số lượng, làm thay đổi cấu trúc thành phần loài do sự gia tăng nhiều loài của nhóm Colpodid. Kết quả này chứng tỏ giá trị của việc nghiên cứu tổng hợp và cũng đánh giá tính đa dạng sinh học trong hệ sinh thái. Thuốc trừ sâu ít tác động lên trùng có vỏ và thuốc diệt nấm ít tác động lên cả hai nhóm. Những nghiên cứu ngẫu nhiên (RCB) và nghiên cứu kéo dài 90 ngày cần thiết để xác định tính độc cấp thời của chất diệt sinh vật. Công nghiệp hóa trong nông nghiệp nén chặt nên đất, tiêu diệt giun và hệ thống dẫn nước làm xốp đất và phần lớn khu hệ động vật mà còn làm giảm đi không gian của các hố sinh sống của vi khuẩn và bọn ăn protozoa. Sự nén chặt làm mất sự đa dạng của nhóm trùng có vỏ và hạn chế những nhóm lớn. Sự giảm không gian sống khiến chúng thiếu oxy và giảm quá trình trao đổi chất và giảm sự sinh sản của chúng. Một phần tồn tại trong quản lý hệ sinh thái nông nghiệp là bảo tồn và tích lũy đất, nó được quản lý bằng cách phân tích quần xã nguyên sinh vật để đánh giá mức độ hoạt động sinh học cho sản xuất nông nghiệp.