VÒNG TUẦN HOÀN NITƠ [MEMBERS] NGUYỄN THỊ KIM HƯƠNG

BỘ CÔNG THƯƠNG

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa: Công Nghệ Thực Phẩm Môn: Hóa Học Môi Trường GVGD: LÊ THỊ HỒNG THÚY Nhóm: 9

ĐỀ TÀI : VÒNG TUẦN HOÀN NI TƠ

Các thành viên trong nhóm Nguyễn Thị Kim Hương

2205162015

Nguyễn Lưu Gia Minh

2205162030

Lê Ngọc Minh

2205162033

Nguyễn Thị Nhị

2205162039

Đỗ Cao Trí

2205162068

Nguyễn Thị Thúy Vi

2205162074

Lê Hoàng Vũ

2205162075

VÒNG TUẦN HOÀN NITƠ

I. NI TƠ VÀ VAI TRÒ CỦA NI TƠ

II. CHU TRÌNH NI TƠ

III. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜN G

IV. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

I

NI TƠ VÀ VAI TRÒ CỦA NI TƠ

▪ Nitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển (chiếm khoảng 78% về thể tích).

▪ Nitơ phân tử (N2) có nhiều trong khí quyển nhưng chúng không có hoạt tính sinh học đối với phần lớn các loài sinh vật, chỉ một số rất ít các loài sinh vật có khả năng đồng hoá được nitơ ở dạng này.

▪ Khoảng 85% tác dụng cố định nitơ trên Trái đất là do vi sinh vật cố định nitơ thực hiện.

Nitơ là thành phần quan trọng của mọi cơ thể sống, cấu thành các axit amin, protein, axit nucleic, chlorophyll,….

Là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật ( cây trồng hấp thu Nitơ ở 2 dạng nitrate (NO3- ) và dạng amon (NH4+).

II. CHU TRÌNH NI TƠ

KHÁI QUÁT CHU TRÌNH NI TƠ Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình khí khác, được sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá rồi được chu chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ, cuối cùng bị sinh vật phân huỷ để trả lại nitơ phân tử cho môi trường.

Tuy nhiên quá trình này diễn ra rất phức tạp, xảy ra nhanh, liên tục, và gồm nhiều công đoạn theo từng bước.

CÁC BƯỚC CỦA CHU TRÌNH NI TƠ

CỐ ĐỊNH ĐẠM

SỰ AMON HÓA

NITRATE HÓA

PHẢN NITRATE HÓA

Cố định đạm SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM

SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG LÍ HÓA

SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC

Cơ chế của quá trình cố định đạm  Là một quá trình mà nitơ (N2) trong khí quyển được chuyển đổi thành amoni (NH4+).  Sơ đồ quá trình cố định nitơ: N2 + 2H —-> 2NH + 2H —-> 2NH2 + 2H —-> 2NH3

CỐ ĐỊNH BẰNG CON ĐƯỜNG LÝ - HÓA

Thông qua quá trình điện hóa và quang hóa.

Chớp là một nguồn năng lượng cố định nitơ khi tạo ra sự kết hợp giữa nitơ và oxy trong không khí. ➢ Phương trình phản ứng: N2 + O2  2 NO 2NO + O2  2NO2 3NO2 + H2O  2H+ + 2NO3- + NO ➢ Khí nitơ trong khí quyển dưới tác động của các dòng điện tự nhiên (khi có dông bão) cũng có thể tạo thành amoni nitrat, được nước mưa đưa vào đất khoảng vài kilôgam một hecta một năm. ➢

CỐ ĐỊNH BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC

Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học có ý nghĩa to lớn đối với cân bằng N trên trái đất và việc duy trì độ phì của đất.

Sinh vật có khả năng cố định đạm gồm 2 nhóm chính: ❖ Nhóm cộng sinh (phần lớn là vi khuẩn, 1 số ít tảo và nấm). ❖ Nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo).

Nhóm cộng sinh(phần lớn là vi khuẩn, 1 số ít tảo và nấm)

Vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh gặp nhiều trong đất, 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. Các loài xạ khuẩn (Actinomycetes) cộng sinh trong rễ của chi Alnus và một số loài cây khác cũng có khả năng cố định đạm….  Cố định nitơ của không khí nhờ kết hợp N2 với H2 thành NH3 dưới tác dụng của hệ thống enzim nitrogenaza. Từ NH3 sẽ tổng hợp ra các hợp chất chứa nitơ khác cung cấp cho cây và đồng thời làm giàu thêm N cho đất. 

Nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo)

môi trường nước: các loài vi khuẩn kỵ khí và một số vi sinh vật quang hợp. ➢ Ở những nơi thoáng khí: chủ yếu là vi khuẩn lam. ➢ Trong

➢ Để

hoạt hoá nitơ, những sinh vật tự dưỡng sử dụng năng lượng của quá trình quang hoá hoặc hoá tổng hợp, còn các vi sinh vật dị dưỡng sử dụng năng lượng chứa trong các hợp chất hữu cơ có sẵn trong môi trường.

Nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo)

ra, quá trình cố định nitơ được tiến hành trong công nghiệp, trong đó nitơ và hiđro tương tác với nhau ở nhiệt độ và áp suất cao, tạo nên amoniac có chất xúc tác tham gia.

Phương pháp này được dùng trong sản xuất phân bón như amoni nitrat .

➢ Ngoài

vi khuẊn lam Azoztobacter

vi khuẊn clostridium pasteurianum

SỰ AMON HÓA Quá trình chuyển hóa nitơ hữu cơ thành muối amon được gọi là quá trình amon hóa (ammonification).

Các hợp chất nitơ vô cơ ( NO3-) được thực vật hấp thụ và chuyển thành dạng nitơ khác ( thường là các axit amin –NH2) và chuyển qua các bậc dinh dưỡng khác nhau ở dạng các hợp chất hữu cơ.

Các chất này được hoàn lại môi trường từ phân, các chất thải từ bài tiết ( urê, axit urit) hay xác chết.

Các vi khuẩn dị dưỡng, nấm trong đất, trong nước phân hủy phân rã các chất thải tạo ra các hợp chất amoni, amoniac.

Dưới tác dụng của vi sinh vật protein, amino acid, các base nitơ sẽ bị thủy phân tạo thành amino acid.

Sau đó tiếp tục phân hủy tới NH .

Qúa trình amon hóa urê Ure là một hợp chất hữu cơ đơn giản chứa 46,6% N, được sản xuất trong các nhà máy phân bón bằng cách tổng hợp NH3 + CO2 CO(NH2)2 Lượng hữu cơ được vùi vào đất rất lớn, hàm lượng dinh dưỡng các chất này nằm trong đất khá nhiều nhưng cây trồng không thể hấp thụ được trực tiếp từ các chất hữu cơ đó, mà phải thông qua quá trình phân hủy và chuyển hóa của các loài vsv để tạo thành các chất dinh dưỡng nuôi cây trồng.

CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 +H2O Các loại vi sinh vật phân giải ure: Planosarcina urea, micrococus urea 200oC, 200at/ Fe

VSV

ureza

Qúa trình amon hóa protein

Protein là thành phần cơ bản của chất nguyên sinh, hàng năm protein được đưa vào đất với số lượng lớn (cùng với xác hữu cơ, phân chuồng, phân xanh, phân rác). Trong protein chứa khoảng 15 -17% N. Cơ chế quá trình : Dưới tác dụng của proteaza, các protein được phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn. Vi sinh vật gồm : • Vi khuẩn : Bacillus mycoides, ptoteus vugoris…

• Xạ khuẩn: Stretomyces griseus, S.nmesus..

• Nấm: Aspergillus oryzae, A.temocoda…

Qúa trình phân giải chất mùn

Mùn là chỉ tiêu quan trọng đánh giá độ phì của đất . Là chất vô định hình, màu tối, khi bị vi sinh vật phân giải nó cho các chất hữu cơ như lipid, sáp, …

Cơ chế phân giải mùn: Hữu cơ + O2 NH3 + CO2 + Q Các loài sinh vật phân giải mùn: Phân giải mùn có rất nhiều các loài sinh vật đất tham gia, kế cả hiếu khí và yếm khí, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc, nguyên sinh động vật ( các con côn trùng), động vật đất ( giun, dế, mối, kiên…)

VSV

QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA ✓

✓

Chủ yếu là quá trình hiếu khí, thường xảy ra trong đất có pH trung tính, thoát nước tốt. Trong điều kiện kỵ khí hoặc trong điều kiện acid mạnh rất hạn chế xảy ra quá trình này Hai bước của quá trình nitrate hóa (nitrification) được trình bày như sau: ➢ Bước 1: biến đổi amoni thành nitrite 2NH3 + 3O2  2NO2- + 2H2O + NĂNG LƯỢNG ➢ Bước 2: biến đổi nitrite thành nitrate 2NO2- + O2  2NO3- + NĂNG LƯỢNG

Nitrate và nitrite do vi khuẩn oxy hóa thành, thực vật có thể hấp thu để tổng hợp ra các amino acid. Trong đất còn có một bộ phần nitrate được oxy hóa chậm chạp để trở thành thành phần của chất mùn. ➢ Nitrate hay nitrite đều dễ bị rửa trôi, nhất là trong mùa mưa, nếu không được đồng hóa chúng có thể thoát ra khỏi hệ sinh thái này để đến hệ sinh thái khác qua sự chu chuyển nước ngầm.

Các nhóm vi sinh vật tham gia quá trình nitrat hóa ➢

Nhóm vi khuẩn nitrosomonas

Nhóm vi khuẩn nitrobacter

QUÁ TRÌNH PHẢN NITRATE HÓA 



Con đường chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá - dị hoá để trở về các dạng như N2, NO, N2O được gọi là quá trình phản nitrat hóa.

Quá trình này diễn ra nhờ các vi khuẩn phản nitrat hóa. Các vi khuẩn này sống trong điều kiện thiếu oxy, chúng dùng NO3- làm nguồn oxy để hô hấp yếm khí, giải phóng ra N2O, NO, N2 vào trong khí quyển. Khí nitơ được giải phóng ra khỏi quá trình như chất thải.

CƠ CHẾ NO3NO2-

NO

N2O

N2

Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình phản nitrate hóa

vi khuẩn pseudomonas

vi khuẩn Achromobacter

TÁC HẠI VÀ BIÊN PHÁP KHẮC PHỤC CỦA QUÁ TRÌNH PHẢN NITRATE

TÁC HẠI • Qúa trình phản ni trat hóa làm mất tới 90% tổng lượng đạm bị mất trong đất

BIỆN PHÁP ▪ Làm cỏ sục bùn ▪ Tiêu úng cho vùng ngập lụt, tưới nước cho vùng hạn hán ▪ Bón đạm vào lúc trời ít nắng

NHẬN XÉT

các quá trình của chu trình nitơ thì quá trình cố định nitơ đóng vai trò quan trọng, vì:

 Trong ➢

➢ ➢



Quá trình cố định đạm bằng con đường lí- hóa, sinh học hay cố định trong công nghiệp trong sản xuất phân bón là bước đầu tiên để nitơ đi vào chu trình.

Quá trình cố định nitơ làm tăng lượng đạm trong đất, tăng độ phì nhiêu.

Nitơ được cố định ở dạng hữu cơ là nguồn đạm cho các vi sinh vật trong đất sử dụng cho các quá trình tiếp theo của chu trình nitơ.

Trong chu trình nitơ có nhiều chu trình nhỏ, giữa chúng có sự đan xen rất phức tạp.

CÁC CHU TRÌNH NHỎ 1. Chu trình 1 (theo chiều mũi tên): diễn ra quá trình cố định đạm và quá trình amon hóa.

N2 trong khí quyển

Amon

Vi khuẩn cố định N2 trong đất

CÁC CHU TRÌNH NHỎ 2. Chu trình 2 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa Vi khuẩn cố định N2 trong đất

N2 trong khí quyển

Vi khuẩn phản nitrat

amôn

Nitrit ( NO2- )

CÁC CHU TRÌNH NHỎ 3. Chu trình 3 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa. Đạm tổng hợp trong khí quyển  đồng hóa ở thực vậtvi khuẩn và nấm phân giảiamonnitrit nitratvi khuẩn khử nitrat khí quyển

CÁC CHU TRÌNH NHỎ 4. Chu trình 4 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa. Đạm tổng hợp trong khí quyển  đồng hóa ở thực vậtđồng hóa ở động vậtvi khuẩn và nấm phân giảiamonnitrit nitratvi khuẩn khử nitrat khí quyển

các chu trình nhỏ 5. Chu trình 5 (theo

chiều mũi tên): diễn ra các

quá trình cố định đạm, amon hóa.

N2 trong khí quyển  sản xuất phânđồng hóa ở thực vậtđồng hóa ở động vậtvi khuẩn và nấm phân giải  amôn  khí quyển

Các chu trình nhỏ 6. Chu trình 6 ( theo chiều mũi tên): diễn ra các quá trình cố định đạm, amon hóa, nitrat hoa, phản nitrat hóa.

N2 trong khí quyển  sản xuất phânđồng hóa ở thực vậtđồng hóa ở động vậtvi khuẩn và nấm phân giải  amôn nitrit  nitrat vikhuẩn phản nitrat  khí quyển

Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH NI TƠ

➢Chu trình nitơ là cơ chế duy trì sự cân bằng nitơ trên Trái Đất. ➢Chu trình nitơ còn là động lực cho mối tương tác dương. ➢Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học có ý nghĩa trong việc duy trì độ phì của đất. ➢Lượng nitơ sinh học được tích lũy trong đất nhờ các vsv cố định đạm cố ý nghĩa to lớn đói với nông nghiệp, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phân bón hóa học chưa phát triển.

Việc phát hiện ra các nhóm vsv có khả năng cố định nitơ và sử dụng chúng như 1 nguồn phân bón hữu hiệu là biện pháp tích cực làm giàu nguồn đạm cho đất và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do sử dụng quá nhiều phân bón hóa học

III

HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

• Ngày nay, các cuôc cách mạng công nghiệp đã ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng Nitơ trong tự nhiên.

• Trong nông nghiệp: lạm dụng phân bón hóa học, đặc biệt là phân đạm.

• Sự suy giảm đa dạng sinh học trong tự nhiên.

• Hiện tượng sương mù quang hóa.

• Hiện tượng nóng lên toàn cầu, hiệu ứng nhà kính.

• Mưa axit.

• Phá hủy tầng ôzôn.

• Ô nhiễm tại các bờ biển, các cánh rừng. Hiện tượng phú dưỡng trong các ao hồ, kênh rạch v.v…

T ÁC HẠI

CỦA NITƠ ĐỐI VỚI CON NGƯỜI VÀ SINH VẬT

Dư thừa N2: làm mất cân bằng hệ sinh thái (một số loài động thực vật bị tuyệt chủng, một số loài ngày càng phát triển, nguồn nước ô nhiễm do ánh sáng mặt trời bị che lấp, tôm cá chết ngạt, các quá trình quang hợp của thực vật dưới nước bị ngăn cản).

▪ NO, NO3-: tác dụng với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển oxi của máu. Tồn dư Nitrate trong cơ thể gây ngộ độc, ung thư...

▪ NH3 ở nồng độ cao: gây độc cho tất cả các sinh vật và con người.

▪ Hợp chất xianua bị thất thoát ra ngoài môi trường: gây hại nghiêm trọng đến môi trường và sứ khỏe con người (nó là chất cực độc).

▪

IV

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

• Sản xuất hữu cơ kết hợp với vận động, tuyên truyền và hướng dẫn cho nông dân nâng cao ý thức trách nhiệm với môi trường và con người.

• Kiểm soát tốt hoạt động của các ngành công nghiệp và giao thông vận tải.

• Đầu tư xây dựng các nhà máy xử lý chất thải. Khuyến khích các dự án xử lý chất thải bằng các biện pháp thân thiện với môi trường.

• Các cơ quan nhà nước cần có các quy định chặt chẽ hơn về việc xử lý chất thải, thường xuyên kiểm tra thực hiện và xử lý nghiêm các trường hợp vi phạm.

• Tăng cường mối liên kết giữa các quốc gia trong việc quản lý chu trình nitơ toàn cầu.