Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến vi sinh vật Đất (Nghiên cứu tổng quan)

            Biến đổi khí hậu bên cạnh tác động đến đặc tính vật lý, hoá học của đất còn ảnh hưởng đến  các đặc tính sinh học của đất trong đó vi sinh vật đất.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

            - Thu thập dữ liệu thứ cấp: Tìm kiếm và thu thập các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học uy tín trên thế giới về chủ đề của seminar.

            - Phương pháp so sánh, đánh giá dữ liệu: chọn lọc dữ liệu để viết bài tổng quan thông qua việc đánh giá dữ liệu thu thập được về (1) mức độ phù hợp với chủ đề bài seminar, (2) mức độ phong phú và chính xác của dữ liệu so với yêu cầu.

            - Phương pháp trình bày: Sử dụng phương pháp trích dẫn tài liệu trực tiếp và gián tiếp, các phương thức biểu thị bằng biểu đồ, hình vẽ...

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. TÁC ĐỘNG CỦA SỰ ẤM LÊN CỦA TRÁI ĐẤT ĐẾN VI SINH VẬT ĐẤT

            Đối với sự nóng lên của trái đất, các nghiên cứu chỉ ra rằng cộng đồng vi sinh vật đất bị ảnh hưởng rõ ràng bởi sự nóng lên toàn cầu (Jansson JK và Hofmockel KS, 2020), điều này thể hiện tác động không thể tránh khỏi của biến đổi khí hậu đối với hệ vi sinh vật đất. Sự nóng lên của trái đất dẫn đến sự tăng lên của hhiệt độ đất và được cho là tác động đến các cộng đồng vi sinh vật đất theo từng bước.

            - Bước 1, tốc độ phân hủy cacbon hữu cơ tăng lên trong thời gian ngắn, làm tăng sinh khối vi sinh vật. Một nghiên cứu phát hiện ra rằng quy mô quần thể vi sinh vật đất tăng 40–150% khi đất nóng lên (Sheik CS và cs, 2011).

            - Bước 2, quá trình hô hấp của vi sinh vật đã được chứng minh là giảm theo thời gian khi cacbon dễ phân huỷ bị cạn kiệt (Pold G, 2015). Sau nhiều năm nghiên cứu, người ta đã quan sát thấy những thay đổi trong sinh lý học vi sinh vật, thành phần cộng đồng và cấu hình chức năng của chúng, khi vi sinh vật thích nghi với sự nóng lên và khi quá trình trao đổi chất của chúng chuyển sang sử dụng các nguồn cacbon khó phân hủy còn lại (Xue K và cs, 2016).

            Trước tiên, sự nóng lên đã làm tăng sự đa dạng và phong phú của cộng đồng vi sinh vật (Sheik CS và cs, 2011; Rocca JD và cs, 2019; Carrell AA và cs, 2019), cũng như làm tăng số lượng của ngành và lớp Acidobacteria và Actinobacteria (Sheik CS và cs, 2011; Pold G và cs, 2015; DeAngelis KM và cs, 2015) (Hình 1).

Phân tích tương ứng phi xu hướng (DCA) thành phần hệ vi sinh vật đất giữa đối chứng và thí nghiệm dựa trên biểu hiện của các gen chức năng (Xue K. và cs, 2016)

               Sau đó, sự nóng lên của trái đất cs thể tác động làm thay đổi chức năng của vi sinh theo cả cách trực tiếp (ví dụ, thông qua việc tăng tốc độ phản ứng của enzyme) hoặc gián tiếp (kích thích sự phát triển của cây và sự cố định của rễ cũng như thay đổi các đặc tính của đất).

Ảnh hưởng của sự ấm lên, sự tăng nồng độ CO2 đến tính chất đất

2. TÁC ĐỘNG CỦA TĂNG NỒNG ĐỘ CO₂ ĐẾN HỆ VI SINH VẬT ĐẤT

            Đối với sự tăng hàm lượng CO₂, tương tự như sự nóng lên, sự tăng nồng độ CO₂ (elevated CO₂ gọi tắt là eCO₂) có tác động đến dự trữ C trong đất từ đó ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến hệ vi sinh vật đất. Xu hướng của eCO₂ trên khắp các hệ sinh thái đất đã phát hiện ra rằng phản ứng chung duy nhất là sự suy giảm của nhóm vi khuẩn ưa axit (Dunbar J và cs, 2012). Tương tự như sự nóng lên, theo dự đoán, eCO₂ sẽ làm tăng các vi sinh vật khuyết dưỡng (oligotroph) trong một khoảng thời gian dài có thể do sự suy giảm cácbon dễ phân huỷ. Bên cạnh đó, khi eCO₂ tăng, các hoạt động của enzym đối với chu trình phốt pho có xu hướng tăng lên, nhưng chu trình nitơ thì thay đổi nhiều hơn.

Dự báo sự ảnh hưởng hiện tượng tăng nồng độ CO2 đến dự trữ cacbon trong đất

             Việc xem xét bất kỳ yếu tố biến đổi khí hậu nào một cách riêng lẻ sẽ không giải quyết được sự tương tác giữa chúng dẫn đến các tác động đến hệ vi sinh vật đất trong các tình huống thực tế. Thông thường, sự kết hợp của các yếu tố tác động có thể dẫn đến làm giảm tác động của yếu tố kia. Khi kết hợp giữa eCO₂ và sự nóng lên, eCO₂ thường chống lại sự giảm độ ẩm đất do sự nóng lên gây ra hoặc thúc đẩy cây trồng tăng cường sự cố định của rễ cây để duy trì chu trình cacbon và hô hấp dị dưỡng khi cacbon bị cạn kiệt trong điều kiện nóng lên (Yu H và cs, 2018). Vai trò của hai yếu tố (sự nóng lên và eCO₂) thay đổi tùy theo môi trường. Ví dụ, có thể thấy các xu hướng khác nhau ở đồng cỏ so với rừng hoặc hệ sinh thái nông nghiệp so với quần xã sinh vật Bắc Cực (Jansson JK và cs, 2020). Ở hệ sinh thái đất vùng khô cằn, sự nóng lên chiếm ưu thế hơn eCO₂ (Hu H-W và cs, 2016), trong khi ở đồng cỏ, người ta quan sát thấy xu hướng ngược lại.

            Nghiên cứu đã chứng minh biến đổi khí hậu đã có sự tác động đến hệ vii sinh vật đất. Tác động này thường thông qua ba khía cạnh chính gồm: sức đề kháng, khả năng phục hồi và các dự phòng về chức năng (các chức năng được duy trì bất chấp sự thay đổi về phân loại). Khi nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến hệ vi sinh vật đất, điều kiện lý tưởng nhất là nghiên cứu tất cả các khía cạnh nêu trên, nhưng những hạn chế về thời gian và những khó khăn khác đã cản trở nỗ lực này.

4. KẾT LUẬN

            Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến hệ vi sinh vật đất đã có những kết quả bước đầu. Hầu hết đều cho thấy sự nóng lên của trái đất và sự tăng hàm lượng CO₂ đều có tác động đến thành phần và chức năng của vi sinh vật đất.

            Tuy nhiên, các nghiên cứu được tổng hợp trong bài này cho thấy hiện đang có 02 vấn đề tồn tại. (1) Hiểu biết về hệ vi sinh vật đất cũng như vai trò của chúng còn khá hạn chế và (2) Thiếu các nghiên cứu dài hạn về tác động của biến đổi khí hậu đến hệ vi sinh vật đất cũng như khả năng chống chịu, mức độ tự phục hồi của chúng.

PGS.TS. Phan Quốc Hưng trình bày nghiên cứu

                                                                                                                 PGS. TS Phan Quốc Hưng

                                                                                      Nhóm NCM quản lý tổng hợp đất, nước và dinh dưỡng cây trồng