Trong sản xuất nông nghiệp ngày nay, việc sử dụng phân bón hóa học chắc chắn là một biện pháp chính để tăng năng suất cây trồng. Tuy nhiên, khi nhận thức về môi trường ngày càng tăng, các nhà khoa học bắt đầu khám phá các giải pháp tồn tại trong tự nhiên, trong đó “vi sinh vật cố định đạm” là lựa chọn đáng chú ý nhất.
Dizotrophs là các vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn và vi khuẩn cổ, có khả năng cố định nitơ trong khí quyển (N2) và chuyển hóa nó thành amoniac hữu dụng cho thực vật (NH3). Sự hiện diện của các vi sinh vật này không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào phân bón hóa học mà còn thúc đẩy sự lành mạnh của hệ sinh thái đất. Quá trình cố định đạm bao gồm một loạt các phản ứng sinh hóa phức tạp và những vi sinh vật này không chỉ làm phong phú nguồn nitơ trong đất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất cây trồng.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các vi sinh vật cố định đạm như rhizobia và Azospirillum có thể cố định đạm một cách hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau và cung cấp lượng nitơ cần thiết cho thực vật.
Vi khuẩn cố định đạm chủ yếu được chia thành vi khuẩn cố định đạm sống tự do và vi khuẩn cố định đạm cộng sinh. Các vi khuẩn cố định đạm sống tự do như Klebsiella pneumoniae và Azotobacter vinelandii có thể lấy nitơ trực tiếp từ khí quyển. Vi khuẩn cố định đạm cộng sinh, chẳng hạn như rhizobia sống cộng sinh với cây họ đậu, dựa vào môi trường do cây chủ cung cấp để cố định đạm.
Những vi sinh vật này dựa vào enzym nitơ để hoàn thành quá trình chuyển đổi nitơ trong quá trình cố định đạm sinh học. Rhizobium hình thành các nốt sần trên rễ cây và sự tương tác giữa nitơ và thực vật là một ví dụ hoàn hảo về cách vi sinh vật trong tự nhiên thúc đẩy sự phát triển của thực vật.
Quá trình này không chỉ là một phần thiết yếu của hệ sinh thái mà còn ngày càng quan trọng trong việc giảm sự phụ thuộc của con người vào phân bón hóa học.
Với sự phát triển của nông nghiệp, vi sinh vật cố định đạm được sử dụng trong sản xuất phân bón sinh học. Những loại phân bón sinh học này sử dụng hiệu quả các vi sinh vật cố định đạm, chẳng hạn như rhizobia và tảo xanh lam, để chuyển đổi nitơ thành dạng mà thực vật có thể hấp thụ.
Điều này có nghĩa là nông dân có thể cải thiện hàm lượng nitơ trong đất bằng cách trồng cây họ đậu hoặc bón phân có chứa vi khuẩn cố định đạm, từ đó tăng năng suất cây trồng.
Trong hệ sinh thái, không thể đánh giá thấp vai trò của vi sinh vật cố định đạm. Chúng không chỉ cung cấp nguồn nitơ trong đất mà còn có tác động quan trọng đến sự ổn định của toàn bộ chu trình nitơ. Ngoài ra, sự tồn tại của các vi sinh vật như vậy còn giúp hỗ trợ các sinh vật bậc cao khác và hình thành nên chuỗi sinh thái lành tính.
Từ góc độ nông nghiệp, quá trình cố định đạm sinh học ngày càng trở thành nền tảng quan trọng của nông nghiệp bền vững. Các nhà khoa học tiếp tục tiến hành nghiên cứu liên quan nhằm khám phá tiềm năng của các vi sinh vật này trong sản xuất nông nghiệp.
Nông nghiệp trong tương lai có thể dựa vào những vi sinh vật này để đạt được mô hình sản xuất bền vững và thân thiện với môi trường hơn không?
Là một phần không thể thiếu của hệ sinh thái, các vi sinh vật cố định đạm thực sự có thể mang lại những thay đổi trong sản xuất nông nghiệp, vậy làm cách nào chúng ta có thể hiểu rõ hơn và sử dụng những vi sinh vật này để đạt được một tương lai bền vững?