Chu trình nitrogen – cố định đạm, nitrate hoá, phản nitrate hoá và phú dưỡng

Mô phỏng phục vụ bài Chu trình sinh địa hoá (Sinh học 12), phần trao đổi nitrogen ở thực vật (Sinh học 11) và nội dung hệ sinh thái của Khoa học tự nhiên 8. Một đồng cỏ 1 ha được vẽ như các kho chứa nitrogen (thực vật, động vật, xác và chất thải, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻) nối với nhau bằng các dòng đánh số: cố định N₂ nhờ vi khuẩn Rhizobium ở nốt sần rễ cây họ Đậu, vi khuẩn sống tự do, sấm sét, phân bón theo quy trình Haber; hấp thụ và đồng hoá thành protein, nucleic acid; ăn; chết và bài tiết; amon hoá; nitrate hoá (Nitrosomonas, Nitrobacter); phản nitrate hoá ở đất thiếu O₂; rửa trôi nitrate ra hồ. Học sinh kéo thanh độ thoáng khí của đất, cho đất ngập nước, bón phân đạm, trồng xen cây họ Đậu hoặc bấm Cày đất rồi quan sát độ dày mũi tên, bảng dòng chất (kg N/ha/năm), cân bằng nitrogen của đồng cỏ và đồ thị theo năm. Nitrate dư theo nước ra hồ, cùng với phosphate làm tảo bùng phát, nước đáy hồ thiếu O₂ và cá chết (phú dưỡng). Nút Theo dấu một nguyên tử N cho một nguyên tử đi ngẫu nhiên qua chu trình và cho biết nó ở mỗi kho bao lâu; phần chu trình phosphorus cho thấy P không có pha khí, đi từ đá vào DNA, ATP rồi lắng xuống trầm tích. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao đất ngập nước lâu ngày lại nghèo nitrogen, và nhóm vi khuẩn nào gây ra điều đó? – Vì sao trồng xen cây họ Đậu làm tăng nitrogen trong đất, nhưng khi bón nhiều phân đạm thì cây họ Đậu cố định ít đi? – Bón phân quá nhiều làm hồ ở hạ lưu thay đổi như thế nào, và vì sao cá có thể chết?