Rác thải sinh hoạt đối với đất và cây trồng

Luận văn :Rác thải sinh hoạt đối với đất và cây trồng

Mở đầuHiện nay, các nớc trên thế giới đang quan tâm đến việc sử dụng phân hữu cơ nóirộng hơn là phân sinh học bao gồm phân chuồng, phân ủ, phân xanh, và các loại phân visinh.

Quy trình sản xuất phân rác hữu cơ (compost) từ rác thải sinh hoạt đã góp phần xử

lý một lợng lớn các chất thải hữu cơ, chuyển hóa nó thành sản phẩm có ích cho nôngnghiệp ấn Độ hàng năm sản xuất khoảng 268 triệu tấn phân ủ từ các chất thải nông thôn

và thành phố tơng đơng với 3,5- 4,0 triệu tấn NPK Trung Quốc cũng sản xuất và sử dụnglợng phân hữu cơ tơng đơng với 918 tấn NPK nguyên chất [11] ở Việt Nam cũng đã cómột số nhà máy chế biến compost nh Xí nghiệp xử lí rác thải sản xuất phân hữu cơ vi sinhCầu Diễn (Hà Nội), Xí nghiệp Huđavil (sản xuất compost từ bã bùn mía) ở công ty mía đ-ờng Nông Cống ( Thanh Hóa) và ở một số tỉnh phía Nam [9]

Phân hữu cơ vi sinh là một sản phẩm tốt có tác dụng cải thiện tích chất vật lý của

đất, chống xói mòn, tăng độ phì nhiêu của đất và góp phần làm tăng năng suất cây trồng

ở nớc ta, trớc năm 1954 thì nông nghiệp Việt Nam là nông nghiệp hữu cơ, nông dân ta cótập quán dùng phân chuồng để bón cho cây trồng Về sau, việc dùng phân hóa học ngàycàng tăng do trong nớc đã sản xuất đợc phân hóa học và nhập phân hóa học từ nớc ngoài,lợng phân hữu cơ sử dụng ngày một giảm Đối với phân hữu cơ làm từ rác thải mọi ngờithậm chí còn e ngại khi sử dụng điều này có tác dụng ngày càng xấu đối với con ngời vàmôi trờng sống đặc biệt là môi trờng đất [4]

Nhằm góp phần vào việc khảng định tác dụng của compost làm từ rác thải sinh hoạt

đối với đất và cây trồng chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hởng của loại phân này tới một

số thành phần dinh dỡng đa lợng của đất trồng (chất hữu cơ, nitơ, photpho, kali) Bên cạnh

đó, chúng tôi cũng xem xét ảnh hởng trực tiếp của compost tới năng suất cây trồng

1

Quá trình quang hợp là một trong những quá trình chính cung cấp nguyên liệu thôcho sự phát triển của VSV và sự tổng hợp mùn Sử dụng năng lợng mặt trời và các chấtdinh dỡng từ đất, thực vật bậc cao tổng hợp đợc lignin, cellulose, protein và các hợp chấthữu cơ khác để tạo nên cấu trúc của nó Trong quá trình phân hủy bởi VSV, một lợng lớn

C đợc giải phóng ra khí quyển dới dạng CO2 nhng cũng có tỉ lệ đáng kể đợc giữ lại dớidạng chất hữu cơ của đất và thành phần củaVSV Đồng thời, một phần của mùn tự nhiêncũng đợc khoáng hóa Các nghiên cứu bằng phơng pháp đánh dấu 14C đã cho thấy 1/3 lợng

C đợc giữ lại trong đất ở năm đầu tiên sau khi đợc trộn vào đất Thời gian tồn tại của hợpchất hữu cơ có thể từ vài tuần đến vài năm đối với sinh khối vi sinh vật và hàng thế kỷ đốivới hợp chất mùn Chu trình C có thể tóm tắt nh ở hình 1.1

1.1.1.2 Thành phần chất hữu cơ của đất

Hợp chất hữu cơ của đất bao gồm hai loại hợp chất chính là: các hợp chất không phải mùn(carbohydrate, chất béo, sáp, protein) và các hợp chất mùn (axit humic, axit fulvic, ) Tỉ

lệ phân bố của các hợp chât hữu cơ trong đất nh sau:

Các hợp chất mùn

Đồng hóaChết hoặc

tiêu thụ bởi động vật

Hình 1.1: Chu trình cacbon

1.1.1.2.1 Thành phần chất hữu cơ không phải mùn

Lipit: Là nhóm hợp chất tan trong các dung môi có độ phân trung bình nh benzen,

aceton, cloroform và hexan, một số tan trong các dung môi có độ phân cực cao hơn nhmethanol, ethanol Chúng bao gồm cả những axit hữu cơ đơn giản đến cả những chất béo,sáp, nhựa phức tạp hơn Khoảng 1.2- 6.3% hợp chât hữu cơ của đất ở dới dạng lipit

Carbohydrate: 5 – 25% tổng chất hữu cơ trong đất tồn tại dới dạng carbohydrate.

Thực vật cung cấp carbohydrate dới dạng các đờng đơn, cellulose, hemicellulose, nhngchúng nhanh chóng bị vi khuẩn, xạ khuẩn, và nấm phân hủy để tổng hợp thành tế bào vàcác polysaccharide của dịch bào Carbohydrate trong đất thờng xuất hiện ở các dạng sau:

- Các đờng tự do ( nồng độ thấp) trong dung dịch đất

- Các carbohydrate phức tạp có thể chiết, tách từ các hợp phần hữu cơ khác

- Các polyme với các hình dạng và kích thớc khác nhau, có thể gắn kết chặt chẽ vớisét hoặc thành phần mùn nên không thể dễ dàng tách, làm sạch, xác định chúng.Các polysaccharide là một thành phần quan trọng trong đất vì chúng liên kết cáchạt đất vào trong các mạng lới của nớc Vì vậy, các đất có hàm lợng polysaccharide cao

có độ xốp (dễ thấm nớc và không khí) cao hơn các đất có hàm lợng polysaccharide thấp.Carbohydrate cũng tạo thành các phức với các ion kim loại để làm tăng giá trị sinh họccủa kim loại Các tính chất khác của đất bị ảnh hởng bởi polysaccharide gồm: khả năngtrao đổi ion, mức độ hoạt động sinh học

Độ ổn định của các polysaccharide trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm:mức độ phức tạp của cấu trúc (làm giảm khả năng phân hủy sinh học của chúng), khảnăng hấp phụ lên bề mặt lớp khoáng, hoặc oxit kim loại, sự tạo thành của các muối khôngtan hoặc các phức chelate với các ion polyvalent và sự hấp phụ hoặc liên kết cộng hóa trịvới các hợp chất mùn

Các thành phần protein: 30 – 45% nitơ hữu cơ trong đất đợc tìm thấy dới dạng

amino axit sau khi thủy phân trong dung dịch axit Điều đó cho thấy phần lớn nitơ trong

đất là ở dạng protein- N Giả sử rằng đất có tỉ lệ C/N là 12 thì 9 – 16% hợp chất hữu cơ

có thể tồn tại dới dạng hợp chất protein

3

Tế bào vi sinh vật

(sinh khối)Các protein

Protein có thể tồn tại trong đất dới các dạng:

- Các aminoaxit tự do (nồng độ thấp) trong dung dịch đất

- Aminoaxit, peptide và protein liên kết với lớp khoáng và lớp mùn

- Các mucopeptide và teichoic axit có nguồn gốc từ thành tế bào vi khuẩn [18]

1.1.1.2.2 Các hợp chất mùn

Các hợp chât mùn là phân đoạn hoạt động nhất của chất hữu cơ trong đất Chúng làmột loạt các hợp chất có tính axit cao, có màu từ vàng đến đen Hai thành phần quan trọngnhất của mùn là axit humic và axit fulvic Những hợp chất này đợc tạo thành từ phản ứngtổng hợp thứ cấp và có tính chất khác biệt với các polyme sinh học của cơ thể sống kể cảlignin của thực vật bậc cao

 Axit humic: Là một trong những hợp chất hữu cơ phân bố rộng rãi nhất trên trái

đất Chúng đợc tìm thấy không chỉ trong đất mà còn trong các trầm tích biển và hồ, thanbùn, compost, nớc tự nhiên, bùn thải, đá phiến sét có cacbon, than nâu, Tổng lợng Ctrên trái đất dới dạng axit humic khoảng 55x1014 kg Axit humic gồm hai loại là axithumic nâu và axit humic xám Axit humic nâu có màu nâu sáng, ít polyme hóa, khá di

động trong đất, ít liên kết với khoáng sét, ít kết tủa với Ca(OH)2 với nồng độ cao Điện ditrên giấy nó di chuyển về phía anod Axit humic xám có màu rất sậm, polyme hóa mạnh,gắn chặt với khoáng sét, kết tủa nhanh trong Ca(OH)2 với nồng độ thấp Trong điện di nókhông di động hoặc di động rất ít

Thành phần hóa học của axit humic nh sau: C: 50- 62%, H: 2,8- 6%, O: 31- 40%,N: 2- 6% Sự dao động các thành phần hóa học của axit humic chứng tỏ axit humic khôngphải là một chất có tính riêng biệt Ngoài các nguyên tố trên còn có Fe, S, Si, P, Al chúngchiếm khoảng 10% trong axit humic Trong phân tử axit humic có nhiều nhân thơm nhnhân benzen, phenol, polyphenol, quinol pyridin, furan Các nhân nối với nhau bằng cácnhóm -O-, -N-, -CH2- Các nhóm chức thờng thấy trong axit humic là nhóm COOH, OH,OCH3 Nhóm COOH và OH trong axit humic không ổn định và tùy thuộc vào mức độmùn hóa, điều kiện mùn hóa và nguyên liệu gốc đợc mùn hóa

 Axit fulvic: Có màu vàng rơm tại pH thấp và chuyển sang màu đỏ rợu tại pH cao,

có màu da cam tại pH bằng 3 Thành phần hóa học của axit fulvic nh sau: C: 44- 49%, O:44- 49%, H: 3,5- 5%, N: 2- 4% Tỉ lệ C/N thấp hơn axit humic Trong phân tử có cácmạch thẳng -CH2- và các nhân benzen hay pyrol Số nhân benzen ít hơn so với axit humic,phân tử lợng nhỏ hơn, mức độ polyme hóa thấp hơn [10]

Tuy nhiên không có sự khác nhau rõ ràng giữa hai phân đoạn chính của mùn ( axithumic và axit fulvic) Phân đoạn humin (không tan trong kiềm) không đợc đa ra nhng nó

có thể gồm 1 hoặc nhiều những loại hợp chất sau:

- Axit humic liên kết chặt chẽ với các hợp chất khoáng đến mức mà không thể táchchúng ra

- Các humic có mức độ ngng tụ cao có hàm lợng cacbon lớn (>60%) nên không tantrong kiềm.

- Fungal melanin có tính chất tơng tự nh axit humic và ít tan trong kiềm

Tất cả các loại đất đều chứa nhiều loại hợp chất mùn khác nhau nhng tỉ lệ phân bố

của chúng khác nhau ở các loại đất khác nhau và ở độ sâu khác nhau [18]

ở Việt Nam, đất đợc hình thành trong điều kiện nhiệt đới ẩm với quá trình feralit làchủ đạo Đây là nguyên nhân làm cho đất thờng nghèo dinh dỡng và có tính axit cao.Những yếu tố này cũng đã tác động sâu sắc đến sự tích lũy cũng nh thành phần của chấtmùn trong đất Theo nghiên cứu của Nguyễn Xuân Cự, đợc thực hiện trên 63 mẫu đất tầngmặt đợc lấy từ nhiều vùng khác nhau với các loại đất khác nhau cho thấy các đất khánghèo chất hữu cơ: 52% số mẫu có hàm lợng chất hữu cơ trong khoảng 10- 20 gC/kg,27% số mẫu có dới 10 gC/kg đất và 21% số mẫu có 20- 35 gC/kg đất Đất phèn có hàm l-ợng chất hữu cơ trung bình là 33,4 gC/kg, đất phù sa chua là 32,8 gC/kg đất Các đất xámbạc màu và đất cát có hàm lợng hữu cơ rất thấp chỉ ở mức 7,9 và 6,7 gC/kg đất Nhìnchung các chất mùn trong đất có tính di động cao do các axit mùn ở dạng tự do chiếm uthế trong thành phần chất mùn đất Hàm lợng mùn liên kết với sắt nhôm và phần khoáng

đất thờng có giá trị lớn hơn so với liên kết với canxi [2]

1.1.1.3 Vai trò và chức năng của chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ có một ảnh hởng đáng kể tới năng suất mùa màng và các tính chất của

đất Sự có mặt của chất hữu cơ tạo nên sự khác biệt giữa đất trơ hoặc cát với đất có sựsống Nó là nơi c trú của vi sinh vật và hệ động vật lớn và là nguồn cung cấp năng lợngcho vi sinh vật Khi các nhân tố khác đợc cố định (khí hậu, chế độ tới tiêu, ) thì đất giàumùn màu mỡ hơn đất nghèo mùn

Mùn phản ánh độ phì nhiêu của đất thông qua các ảnh hởng rõ ràng của nó lên tínhchất hóa học, lý học và sinh học của đất Nó có chức năng cung cấp dinh dỡng cho sự pháttriển của cây trồng (cung cấp nitơ, photpho, lu huỳnh), cải thiện tính chất vật lý và cấutrúc của đất và cung cấp C và năng lợng cho vi sinh vật đất Các chức năng của mùntrong đất thể hiện thông qua các điểm sau:

1 Cung cấp dinh dỡng trực tiếp cho sự phát triển của cây trồng: Mùn cung cấp

các chất dinh dỡng N, P, S một cách từ cho sự phát triển của cây trồng

2 ảnh hởng gián tiếp tới việc cung cấp dinh dỡng: Ngoài việc cung cấp dinh dỡng

trực tiếp hợp chất hữu cơ còn ảnh hởng tới nguồn dinh dỡng Ví dụ, quá trình denitrat hóa

bị ảnh hởng bởi nguồn chất hữu cơ phân hủy Một vài nhà nghiên cứu đã chứng minh mốiquan hệ trực tiếp giữa tốc độ denitrat hóa và hàm lợng cacbon hòa tan trong dung dịch đất

Hàm lợng photphat dễ tiêu trong đất thờng bị hạn chế bởi các phản ứng cố định(các phản ứng chuyển ion H2PO4- về các dạng không tan) Tuy nhiên việc bổ sung xác hữucơ vào đất thờng làm tăng hàm lợng P dễ tiêu trong đất tự nhiên cho thực vật bậc cao

5

Ngộ độc nhôm là một trong những vấn đề lớn trong đất axit Tuy nhiên, các axit đất

có nhiều trong mùn tự nhiên hoặc trong cặn hữu cơ làm giảm nồng độ ion Al3+ trong dungdịch đất và giúp cây phát triển tốt ngay cả dới điều kiện các chất độc có thể xuất hiện

3 Chất hữu cơ là nguồn cung cấp năng lợng cho sinh vật đất: Mùn là nguồn năng

lơng cho cả vi sinh vật và các sinh vật lớn Số lợng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm trong đấtliên quan tới hàm lợng mùn Các hệ động vật lớn cũng bị ảnh hởng tơng tự vì chúng đợcnuôi dỡng bằng vi sinh vật và phần đã phân hủy của thực vật

Vai trò của hệ động vật trong đất cha đợc chứng minh rõ ràng hoàn toàn nhng chứcnăng của chúng thì rất đa dạng Ví dụ, các loài giun là tác nhân quan trọng trong việcnâng cao cấu trúc đất Chúng tạo ra các đờng dẫn trong đất không những chỉ có vai tròlàm lỏng cấu trúc đất mà còn làm đất thoáng khí và thấm nớc Giun chí có thể sinh sôimạnh mẽ trong đất với tính chất vật lý tốt và đợc cung cấp nhiều hợp chất hữu cơ

4 Chất hữu cơ ảnh hởng tới sự phát triển của các thực vật bậc cao: Các hợp chất

hữu cơ có ảnh hởng trực tiếp tới sinh lý trong quá trình phát triển của thực vật Một số hợpchất nh các phenolic, các axit béo mạch ngắn có tính độc với thực vật nhng số khác nhauxin lại có tác dụng kích thích sự phát triển của thực vật bậc cao

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng dới điều kiện bình thờng axit humic và axit fulvic có khảnăng kích thích sự phát triển của thực vật Ngời ta thờng giải thích điều này là các axit đóhoạt động giống nh là các hormone sinh trởng Chúng hoạt hóa oxi trong quá trình quanghợp Các ảnh hởng đã đợc biết đến của hợp chất mùn dới điều kiện phòng thí nghiệm là:

- Tăng chiều cao và khối lợng tơi cũng nh khố lợng khô của rễ, cành

- Tăng sự phát triển của rễ và số lợng rễ bên

- Giúp hạt nẩy mầm nhanh sau khi ơm

- Tăng khả năng ra hoa

5 Cải thiện trạng thái vật lý đât: Mùn có ảnh hởng đáng kể tới cấu trúc của hầu hết

các loại đất Sự thoái hóa cấu trúc đất do trồng trọt có thể bổ sung đủ lại bằng mùn Khimùn bị mất, đất có xu hớng trở nên cứng, vón cục, kết lại với nhau Việc chuẩn bị đất gieohạt và trồng trọt sẽ dễ dàng hơn khi hàm lợng mùn cao

Mức độ thoáng khí, khả năng giữ nớc và tính thấm của đất cũng bị ảnh hởng bởimùn Việc bổ sung thờng xuyên các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy dẫn tới việc tổng hợpcác polysaccharide và các hợp chất hữu cơ khác có tác dụng liên kết các hạt đất vào trongcác đoàn lạp Các đoàn lạp này sẽ giữ đất ở trạng thái xốp, dễ hấp thu Nuớc do đó dễthâm nhập và thấm sâu xuống đất

6 Chất hữu cơ chống xói mòn đất: mùn tăng khả năng chống xói mòn và khả năng

giữ nớc cho đất Nó giúp tạo thành các đoàn lạp đất và giữ đợc các lỗ hổng lớn mà thôngqua đó đất có thể thâm nhập và thấm sâu Trong các đoàn lạp, các hạt đất riêng rẽ không

dễ bị rửa trôi theo nớc Sự kết hợp giữa khả năng thâm nhập nớc tăng và sự tạo thành cáchạt đất có khả năng chống xói mòn đã giảm đáng kể sự xói mòn và tăng khả năng giữ n ớccho nhu cầu sử dụng của thực vật và tái tạo lại nguồn nớc ngầm Quá trình canh tác lâu dài

sẽ làm mất các không gian hổng của đất, đất trở nên cứng, vón cục, kích thớc các hạt đấtgiảm, nớc thâm nhập vào chậm và diện tích bề mặt giảm.

7 Chất hữu cơ và khả năng đệm và khả năng trao đổi của đất: 20 - 70% khả năng

trao đổi của đất là do các hợp chất mùn ở dạng keo Độ axit trao đổi của phân đoạn mùn từ

300 - 1400 cmoles/ kg Từ đó có thể thấy mùn có khả năng đệm ở một khoảng pH rộng[18]

1.1.2 Nitơ

Trong những chất dinh dỡng cho cây trồng, nitơ đợc nghiên cứu nhiều nhất từ trớc

đến nay và hiện tại nó vấn thu hút đợc nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học Lí do là vìnitơ có hàm lợng nhỏ trong đất nhng lại có vai trò lớn đối với thực vật

1.1.2.1 ảnh hởng của nitơ đối với sự phát triển của cây trồng

 ảnh hởng tốt

Trong tất cả các chất dinh dỡng đa lợng của phân bón thì nitơ có tác dụng nhanhnhất và rõ ràng nhất Nó có xu hớng đầu tiên là kích thích thực vật lớn nhanh và lá có màuxanh đậm Với ngũ cốc, nitơ làm tăng sự căng tròn của hạt và tỉ lệ protein trong hạt Vớitất cả thực vật, nitơ còn ảnh hởng tới khả năng sử dụng kali, photpho và các thành phầndinh dỡng khác Bên cạnh đó, nitơ còn làm cho thực vật mọng nớc Đây là một biểu hiệnchất lợng quan trọng trong các loại thực phẩm nh xà lách, củ cải

Cây không hấp thụ đủ nitơ thờng chậm phát triển, cằn cỗi, bộ rễ nhỏ, là có màuvàng hoặc vàng xanh, dễ bị héo

 Nếu dùng quá liều lợng (oversupply): Do nitơ có tác dụng nhanh đối với cây

trồng nên đôi khi nó cũng đợc dùng với hàm lợng cao hơn Biểu hiện của việc thừa nitơ làlá có màu xanh đậm, mềm Việc sử dụng quá liều có thể làm chậm sự trởng thành của cây,làm cho thân yếu, chủ yếu là phát triển lá Bên cạnh đó, nó cũng có ảnh hởng bất lợi tớichất lợng quả và hạt nh là trong táo, đào, lúa mạch Nó cũng làm giảm khả năng chốngchịu của cây cối đối với bệnh tật Tuy nhiên không phải tất cả thực vật đều bị ảnh hởng bấtlợi của việc bón nhiều nitơ Một số loại cây trồng nh cỏ và rau, thì một lợng lớn nitơ sẽgiúp chúng phát triển tốt nhất Các ảnh hởng xấu chỉ xuất hiện khi sử dụng một lợng quálớn phân bón nitơ Vì vậy, trong những trờng hợp này, có thể sử dụng phân nitơ một cách

tự do [14] 1.1.2.2 Các dạng tồn tại của nitơ trong đất

Trên thế giới, hàm lợng nitơ trên bề mặt đất trong khoảng 0,02- 0,4% Trong lớp

đất cày hàm lợng nitơ khoảng 2,5%

Nitơ trong đất có thể chia thành hai dạng: nitơ dạng hữu cơ và nitơ dạng vô cơ

 Dạng hữu cơ: dạng hữu cơ có nguồn gốc từ xác thực vật và động vật Chúng thờng

ở dới dạng protein, amono axit tự do, đờng amino, và các hợp chất phức tạp khác 20- 40%tổng nitơ trong đất ở dới dạng protein

 Các dạng vô cơ: dạng vô cơ gồm nitơ tồn tại dới dạng ion và dạng khí.

Dạng ion: bao gồm NH4 ,NO2- và NO3- Các dạng này chiếm khoảng 2- 5% tổngnitơ Chúng đợc giải phóng từ quá trình khoáng hóa hợp chất hữu cơ có chứa nitơ Bên

7

cạnh đó, phân bón cũng cung cấp nitơ dới dạng ion Trừ NO2, nitơ dới dạng ion là quantrọng nhất đối với độ phì nhiêu của đất

Dạng khí: bao gồm N2, N2O, NO2, NO, và NH3 Nitơ dạng khí sinh ra từ các phảnứng hóa học, quá trình denitrat hóa và quá trình bay hơi

Trong các dạng đó, cây có thể hấp thụ đợc NH4 , NO2-, NO3- , amino axit và axitnucleic NO2- độc đối với cây nhng chỉ có một lợng nhỏ trong đất Amino axit và axitnucleic chỉ có thực vật bậc cao và cũng chỉ có một lợng nhỏ trong đất

Hầu hết nitơ đợc cây hấp thụ là NH4 , NO3- Một số loại cây nh thuốc lá, cà chua, dùng NO3- nhiều hơn, một số cây nh khoai tây, lúa, ngô, dứa, củ cải đờng lại dùng cả

NH4 và NO3- Tuy nhiên, cây phát triển tốt nhất khi đợc cung cấp đủ cả NH4 , NO3- chứkhông chỉ đợc cung cấp một trong hai loại trên [13]

1.1.2.3 Các quá trình chuyển hóa của nitơ trong đất

Sự chuyển hóa của nitơ trong đất thông qua hai quá trình chính là: quá trình khoánghóa và quá trình cố định nitơ Hai quá trình này là thuận nghịch:

N- hữu cơ NH3, NO3

-Các quá trình này dẫn tới sự chuyển hóa tơng hỗ giữa nitơ dạng vô cơ và nitơ dạnghữu cơ Nếu hàm lợng nitơ khoáng trong đất giảm thì khi đó quá trình khoáng hóa sẽchiếm u thế hơn quá trình cố định [18]

1.1.2.3.1 Quá trình cố định

Trong quá trình phân hủy xác động vật và thực vật đặc biệt là những hợp chất cóhàm lợng nitơ thấp dới tác động của vi sinh vật, phần lớn nitơ vô cơ đợc chuyển về dạnghữu cơ Ban đầu, nitơ có thể đợc cố định trong tế bào vi sinh vật Nếu hàm lợng nitơ vô cơtrong xác động thực vật không đủ cao thì nitơ dạng amoni và nitrat sẽ bị đồng hóa Khi tốc

độ hoạt động của vi sinh vật giảm thì một số nitơ bị cố định sẽ đợc khoáng hóa trở lại vàgiải phóng ion NH4 , NO3- Tuy nhiên, phần lớn nitơ bị cố định vẫn tồn tại dới dạng hữucơ Nitơ bị cố định trong tế bào vi sinh vật trở thành một phần không thể thiếu của chấthữu cơ đất Dới dạng này nó chỉ bị khoáng hóa chậm đa về dạng có thể sử dụng với thựcvật bậc cao

1.1.2.3.2 Quá trình khoáng hóa

Khoáng hóa nitơ là quá trình chuyển nitơ hữu cơ về dạng vô cơ nh NH4 , NO3-,

NO2- Quá trình này diễn ra theo hai bớc:

- Quá trình amoni hóa

- Quá trình nitrat hóa

- Quá trình amoni hóa: Là quá trình phân hủy bởi enzim trong đó nitơ hữu cơ sẽ

đ-ợc chuyển về dạng NH3 Nguyên liệu đầu cho quá trình này là các phân tử lớn (protein,axit nucleci, aminopolysaccarit) Từ đó, các hợp chất chứa nitơ hữu cơ đơn giản hơn nh

Khoáng hóa

Cố định

amino axit, purine và các bazơ pyrimidine, đờng amino đợc tạo thành Các hợp chất nàylại đợc vi sinh vật tiêu thụ và phân hủy tạo thành NH3.

Bẻ gẫy protein và peptit: Dới tác dụng của các enzim thủy phân protein và enzim

thủy phân peptit các hợp chất này phân hủy tạo thành các amino axit Các amino axit dớitác dụng của các enzim dehydro hóa và oxi hóa amino axit sẽ phân hủy tạo thành NH3:

Phản ứng tiêu biểu cho sự phân hủy amino axit nh sau:

Phân hủy axit nucleic: Chuyển hóa nitơ của axit nucleic thành NH3 cũng cần hoạt

động của nhiều loại enzim Axit nucleic có ở trong tất cả các tổ chức sống bao gồm các

đơn vị mononucleotit (bazơ purin hoặc pyrimidin) tạo liên kết este với axit photphoricthông qua các phân tử đờng Trong quá trình, dới tác dụng của enzim nuclease axit nucleicphân hủy tạo thành mononucleotit (enzim nuclease xúc tác quá trình thủy phân liên kếteste giữa nhóm photphat và các đơn vị đờng pentose) Sau đó, mononucleotit lại phân hủytạo thành nucleoside (N- glycoside của purine hoặc pyrimidin) và gốc PO43- dới tác dụngcủa nucleotidasa Nucleoside sau đó bị thủy phân tạo thành các bazơ purine hoặcpyrimidin và các hợp phần pentose với enzim nucleosidase Các hợp chất này cuối cùng sẽphân hủy tạo thành NH3 với enzim amidohyrolyase và amidinohydrolyasa:

Sự phân hủy các đờng amino: Các đờng amino là một thành phần cấu trúc của

thành tế bào vi sinh vật Nó ở dạng liên kết với mucopeptit và mucoprotein Sự tạo thành

NH3 từ glucosamin (một đờng amino phổ biến trong đất) đợc xúc tác bởi hai enzimglucosamine kinase và glucosamine-6-photphat isomerase Sản phẩm tạo thành là amoniac

và fructose-6-photphat

Sự amoni hóa ure: Ure có trong thành phần của nớc tiểu ngời và động vật quá

trình amoni hóa ure chia làm hai giai đoạn: giai đoạn đầu dới tác dụng của enzim ureazatiết ra bởi các vi sinh vật, ure sẽ bị phân hủy tạo thành muối cacbonat amoni; giai đoạn haiamoni cacbonat chuyển thành NH3, CO2, và H2O:

9

Proteinase Peptitdase

Amino axit dehydrogenasa Oxidase

+ NH3

CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3

(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O

Một số vi khuẩn có khả năng phân giải ure cao nh Planosarcina urease, Micrococcusureaza, Bacillus amylovorum, Đa số vi sinh vật phân giải ure thuộc nhóm hiếu khí hoặc

kỵ khí không bắt buộc, chúng a pH trung tính hoặc hơi kiềm

 Quá trình nitrat hóa:

Sau quá trình amon hóa, NH3 hình thành, một phần đợc cây trồng hấp thụ, mộtphần phản ứng với các anion trong đất tạo thành các muối amon Một phần muối amoncũng đợc cây trồng và VSV hấp thụ Phần còn lại đợc oxi hóa thành dạng nitrat gọi là quátrình nitrat hóa Nhóm vi khuẩn tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm vi khuẩn nitrathóa Quá trình nitrat hóa diễn ra theo hai giai đoạn: giai đoạn nitrit hóa, giai đoạn nitrathóa

Giai đoạn nitrit hóa:Quá trình oxi hóa NH4 thành NO2- đợc tiến hành bởi nhóm

vi khuẩn nitrit hóa Chúng thuộc nhóm vi khuẩn tự dỡng hóa năng có khả năng oxi hóa

NH4 bằng oxi không khí và tạo ra năng lợng

NH4 + 3/2O2 = NO2- + H2O + 2H + Năng lợng

Nhóm vi khuẩn nitrit hóa bao gồm 4 chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystis,Nitrozolobus, Nitrosospira chúng đều thuộc loại tự dỡng bắt buộc, không có khả năngsống trên môi trờng thạch Bởi vậy, phân lập chúng rất khó, phải dùng silicagel thay chomôi trờng thạch

Giai đoạn nitrat hóa: Quá trình oxi hóa NO2- thành NO3- đợc thực hiện bởi nhóm

vi khuẩn nitrat hóa Chúng cũng là những vi sinh vật tự dỡng hóa năng có khả năng oxihóa NO2- tạo thành năng lợng Năng lợng này đợc dùng để đồng CO2 tạo thành đờng:

NO2- + 1/2O2 = NO3- + Năng lợngNhóm vi khuẩn tiến hành oxi hóa NO2- thành NO3- gồm 3 chi: Nitrobacter,Nitrospira, Nitrococcus

Ngoài nhóm vi khuẩn tự dỡng hóa năng trên, còn có một số loài vi sinh vật dị dỡngcũng tiến hành quá trình nitrat hóa Đó là các loài vi khuẩn và xạ khuẩn thuộc các chiPseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces [8]

1.1.3 Photpho (P)

1.1.3.1 Chu trình photpho

Chu trình photpho trong đất là một hệ động học bao gồm đất, thực vật và các VSV.Các quá trình chính diễn ra gồm: quá trình lấy P từ đất của cây, quá trình trả lại P cho đấtthông qua xác thực vật và động vật, quá trình chuyển hóa sinh học thông qua quá trìnhkhoáng hóa  cố định, các phản ứng cố định tại bề mặt các lớp khoáng sét, quá trình hòatan các tạo thành các photphat thông qua các phản ứng hóa học và hoạt động củaVSV.Trong hệ thống tự nhiên, nguồn P mà cây sử dụng đợc tuần hoàn trở lại đất qua xác độngvật và thực vật Trong quá trình canh tác chỉ một phần P đợc tuần hoàn trở lại đất còn mộtphần bị mất trong quá trình thu hoạch Hầu hết P trong đất bị mất là do quá trình xói mòn,một lợng nhỏ là do rò rỉ Chu trình photpho đợc đa ra ở hình 1.4

Về nhiều khía cạnh, chu trình P trong đất tơng tự nh chu trình niơ Tuy nhiên, trongchu trình P không có sự thay đổi hóa trị của P trong quá trình chuyển hóa bởi VSV Saunitơ, P là chất dinh dỡng phổ biến nhất trong sinh khối VSV, chiếm hơn 2% khối lợngkhô Vì lí do này, P là nguyên tố dinh dỡng quan trọng thứ hai sau N trong chất hữu cơcủa đất [18].

1.1.3.2 Các dạng tồn tại của P trong đất

Trong đất, P tồn tại ở 2 dạng P hữu cơ và P vô cơ Cả hai dạng này đều là nguồn Pquan trọng cho cây trồng Hàm lợng tơng đối của hai dạng này khác nhau ở các loại đấtkhác nhau

Photpho vô cơ: Hầu hết các hợp chất P vô cơ trong đất đợc chia thành 2 nhóm:

nhóm tồn tại dới dạng ion và nhóm tồn tại dới dạng khoáng

Dạng ion: dạng ion của P có mặt trong dung dịch đất ở hai dạng HPO4- và dạng

H2PO42- Hàm lợng tơng đối của chúng phụ thuộc lớn vào pH của dung dịch đất Nồng độcủa hai ion này trong dung dịch đất gần nh bằng nhau tại pH= 7.00- 7.22 Nếu dung dịch

có tính kiềm mạnh thì sẽ sinh ra thêm ion PO43- nếu pH giảm thì PO43- lại chuyển vềHPO4- Nhìn chung, dạng ion của photpho trong đất là rất thấp

Hình 1.4: Chu trình Photpho

Dạng hợp chất: các hợp chất photphat vô cơ thờng tìm thấy trong đất có nguồn gốc từcác đá phong hóa chứa khoáng apatite Các khoáng apatite gồm:

Fluor apatite 3Ca3(PO4)2.CaF2

Carbonate apatite 3Ca3(PO4)2.CaCO3

Hdroxy apatite 3Ca3(PO4)2 Ca(OH)2

Oxy apatite 3Ca3(PO4)2.CaO

Tricalcium photphate Ca3(PO4)2

Dicalcium photphate CaHPO4

Monoicalcium photphate Ca(H2PO4)2

Photpho vô cơ tồn tại ở nhiều dạng liên kết khác nhau với canxi, sắt, nhôm và các khoángsilicat Vì vậy, có thể chia các dạng liên kết của P thành:

P hữu cơ

khônglinh động( chiếtbằngNaOH)

P đợclớpkhoángbảo vệ( chiếtbằngNaOH

và lytâm)

P hữu cơ

bền( chiếtbằngHClO4)

P VSV

P tantrong n ớcThực vật

- Photpho liên kết với canxi

- Photpho liên kết với sắt và nhôm

- Photpho liên kết với khoáng silicat

Photpho dạng hữu cơ:Dạng hữu cơ của photpho có nguồn gốc từ xác thực vật,

động vật và vi sinh vật chúng thờng đợc tìm thấy dới các dạng:

- Các dạng cha biết rõ cấu trúc

Các dạng hữu cơ chiếm từ 30- 50% có khi nhiều hơn 50% tổng P trong đất, trong

đó inositol photphat là phổ biến nhất Hơn 50% lợng P hữu cơ cha đợc biết cấu trúc Một

số photphat hữu cơ tồn tại trong dung dịch đất Một số hợp chất có thể đ ợc cây hấp thụtrực tiếp (ví dụ phytin, axit nucleic sau khi phân hủy) Lợng đợc hấp thụ là rất nhỏ Vì vậy

mà giá trị của photpho hữu cơ nh là nguồn cung cấp P cho cây trồng là không đáng kể.Các photphat hữu cơ giải phóng photphat vô cơ qua quá trình khoáng hóa và đ ợc thực vậthấp thụ [13]

Nghiên cứu trên 75 mẫu đất tầng mặt của 6 loại đất đợc lấy ở các vùng khác nhaucủa nớc ta của Nguyễn Xuân Cự cho thấy: nhìn chung đất có hàm lợng photpho tổng sốkhá cao, dao động trong khoảng 870- 1730 mg/ kg trừ đất cát biển óc hàm lợng photphotổng số tháp 600 mg/kg Hàm lợng photpho hữu cơ tơng đối thấp, chỉ đóng góp khoảng14- 31% photpho tổng số trong đất Đối với các dạng photpho vô cơ, nhóm Fe-P chiếm uthế trong hầu hết các đất nghiên cứu [3]

1.1.3.3 Vai trò của P đối với cây trồng

Photpho có ý nghĩa lớn đối với sự sống, nó chứa trong từng tế bào sống của độngthực vật Không có P thì không có sự sống, nó có trong nhân tế bào, enzim, vitamin Photpho tham gia vào việc tạo thành cà chuyển hóa hydratcabon, chất chứa nitơ, tích lũynăng lợng của tế bào liên quan đến phản hóa học của photpho P cũng đóng vai trò quantrọng trong quá trình lên men và hô hấp

Với cây trồng, P có một số vai trò sau:

- P thúc đẩy nhanh quá trình phát triển của cây: Dới tác dụng của P, cây trồng có

hạt chín sớm trớc 5- 7 ngày Đối với cây ăn quả, P có tác dụng làm cho quả chínnhiều (78%) nhng không bón phân P lợng quả chín chỉ có 32%

- P có ảnh hởng lớn đến chất lợng nông sản: Tăng độ đờng của củ cải đờng, tăng

l-ợng tinh bột trong khoai tây Bón phân P làm giảm tác dụng xấu của nhôm linh

động bằng cách liên kết với nhôm, có khả năng cố định Al trong hệ thống rễ và cảithiện trao đổi chất trong cây.

- P có vai trò quan trọng trong suốt thời gian sống của cây nhất là thời kỳ đầu

của sự sinh trởng và phát triển Cây thiếu P biểu hiện ở lá có màu xanh đậm, khithiếu trầm trọng thì có màu nâu, lá nhỏ, hẹp, mép lá bị rách

- P thúc đẩy việc ra rễ đặc biệt là rễ bên và lông hút

1.1.4 Kali (K)

1.1.4.1 Các dạng tồn tại của kali trong đất

Kali chứa lợng lớn trong vỏ trái đất (2,14%) Hàm lợng kali tổng số trong đất luônlớn hơn hàm lợng tổng số của N và P cộng lại Thờng các loại đất chứa từ 0,2- 0,4% K2O.Nhiều đất trên thế giới chứa tỉ lệ cao hơn 1% ở đất nhiệt đới nói chung, tỉ lệ K thấp hơntrong đất ở các nớc ôn đới nhiều Kali là cation hóa trị 1, bị đất hấp phụ không chặt bằngcác cation hoá trị 2 nên nó dễ bị rửa trôi [5]

Trong đất, kali tồn tại ở dới dạng những hợp chất khác nhau Phân loại theo tínhhữu hiệu của K đối với cây trông có thể chia các hợp chất của K thành 3 nhóm:

- Nhóm không hữu hiệu ( unavailable)

- Nhóm hữu hiệu chậm ( slowly available)

- Nhóm hữu hiệu trực tiếp ( readily available)

Mối quan hệ giữa các dạng tồn tại của K đợc đa ra ở hình 1.5 Từ đó có thể thấy K

có thể chuyển chậm từ dạng này sang khác Điều đó giúp cố định và bảo toàn l ợng kali dễtan đợc thêm vào và giải phóng chậm nguyên tố này khi nguồn K hữu hiệu trực tiếp bịgiảm

Hình 1.5: Tỉ lệ tơng đối các dạng tồn tại của kali

 Dạng tơng đối không hữu hiệu: Kali dới dạng này trong đất chiếm tới 0- 98% kali

tổng số Các hợp chất chứa K dạng này là các feldspar và các mica Các khoáng này chịu

đợc điều kiện phong hóa và không cung cấp đủ lợng kali cân thiết cho cây trồng Tuynhiên, chúng khá quan trọng vì chúng giải phóng từ từ ra các dạng K hữu hiệu hàng năm

13

Kali không hữu hiệu tơng đối(feldspar, mica, )90- 98% K tổng số

Kali hữu hiệu chậm

( kali không trao đổi)

dới tác dụng của các dung môi nh nớc cacbonat Sự có mặt của các tầng axit cũng cónhững tác động đáng kêt trong việc phá vỡ các khoáng này để giải phóng ra kali và cácbazơ khác.

 Các dạng K hữu hiệu trực tiếp: Kali hữu hiệu trực tiếp chiếm chỉ 1- 2% kali tổng

số Nó tồn tại trong đất dới 2 dạng:

- Kali tan trong dung dịch đất

- Kali có khả năng trao đổi đợc hấp phụ trên bề mặt của các lớp đất

Phần lớn lợng K hữu hiệu tồn tại dới dạng K trao đổi (khoảng 90%) Kali trongdung dịch đất dễ dàng đợc thực vật bậc cao hấp thụ nhng cũng dễ bị rửa trôi

Tại hình 1.5 2 dạng kali hữu hiệu ở trạng thái cân bằng động Kali tan trong dung dịch bịcây hấp thụ dẫn đến cân bằng bị phá tạm thời Để lập lại cân bằng, một lợng K trao đổi lậptức tan trong dung dịch đến khi cân bằng đợc lập lại Mặt khác khi các phân bón tan trongnớc đợc bón vào đất thì lại có quá trình ngợc lại K tan trong dug dịch đất chuyển về dạng

K trao đổi

 Các dạng kali hữu hiệu chậm: Với sự có mặt của các khoáng vermiculite, illite và

các loại khoáng 2:1 các loại phân bón có chứa kali không những chỉ bị hấp phụ mà còn bị

cố định bởi các tầng đất Giống nh ion NH4 ion K+ len lỏi vào giữa các đơn vị tinh thể củalớp khoáng và trở thành một phần của tinh thể K dới dạng này không thể chiết rút ra bằngcác phơng pháp trao đổi thông thờng và nó gần nh trở về dạng kali không trao đổi Giữacác dạng K có cân bằng là:

Kali không trao đổi  K trao đổi  K tan trong dung dịch đất

Cân bằng này có giá trị lớn trong hoạt động nông nghiệp Nó giúp bảo vệ nguồn K

đợc bón vào đất khỏi bị rửa trôi Ví dụ, phần lớn phân bón chứa K đợc bón vào thời giantrồng trọt và bón ở tầng mặt Ngay lập tức một tỉ lệ K tan trong dung dịch đất sẽ đ ợc liênkết với lớp khoáng sét, kết quả là cân bằng chuyển dịch về bên trái và một số ion trao đổi

sẽ bị đa về dạng không trao đổi Điều đó làm tăng lợng K ở dạng không hữu hiệu tạm thờinhng nhìn chung thì tác dụng của phân bón vẫn rất rõ ràng ở dới dạng hữu hiệu chậm Kkhông bị rửa trôi vì vậy mà tránh đợc mất mát [14]

1.1.4.2 Vai trò của kali đối với cây trồng

Khác với đạm và P, kali trong cây không nằm trong thành phần cấu tạo của bất kỳhợp chất hữu cơ nào Kali trong cây nằm dới dạng ion trong dịch bào và một phần kết hợpvới chất hữu cơ trong tế vào chất

Vai trò sinh lý của kali bắt nguồn từ tính chất vật lý của nguyên tố kali: Ion K+ dễ

bị hydrat hóa Nhờ trạng thái hydrat hóa, K có thể len lỏi vào giữa các bào quan để trunghòa axit ngay trong quá trình đợc tạo thành nh các axit của chu trình Krebs, khiến các axitnày không bị ứ lại, nhờ vậy mà quá trình hô hấp không bị ức chế Kali len lỏi vào tronglòng các phiến lục lạp, lôi cuốn các sản phẩm của quá trình quang hợp về các cơ quan dựtrữ, do vậy mà quá trình quang hợp đợc liên tục Thiếu K, việc vận chuyển đờng đợc hìnhthành từ quá trình quang hợp ở lá về các cơ quan dự trữ gặp khó khăn

Quá trình peptit hóa các nguyên tử K ngậm nớc cho phép K tẩm ớt các á cấu trúc.

Sự có mặt khắp nơi của các á cấu trúc khiến K đóng vai trò chất hoạt hóa phổ biến nhất.Kali thỏa mãn yêu cầu hydrat hóa peptit và các chất keo khác trong tế vào khiến các chứcnăng nội bào đợc tiến triển bình thờng [12]

Vai trò của kali có thể tóm tắt ở mấy điểm sau:

1 Kali giúp cho quá trình quang hợp đợc tiến hành bình thờng, đẩy mạnh sự di

chuyển hydratcacbon từ lá sang các bộ phận khác Do đó, K là tăng cờng hoạt độngquang hợp của lá Bên cạnh đó, nó còn cần thiết cho sự tạo thành tinh bột K quantrọng đối với ngũ cốc trong việc tạo thành hạt và làm cho hạt tròn mẩy Vì vậy màhàm lợng của nguyên tố này tơng đối cao trong phân bón dùng cho khoai tây Tấtcả các loại cây ăn quả đều đợc bón một lợng lớn kali Cùng với P, K có hàm lợnglớn trong đất và không có những ảnh hởng có hại cho cây trồng [14]

2 Kali tăng cờng sự tạo thành các bó mạch, tăng cờng độ dài và số lợng sợi, tăng

cờng bề dày của các mô, do đó cây đợc cứng hơn Vì vậy, K góp phần đắc lực vàoviệc phòng chống lốp đổ

3 Kali có tác dụng kích thích sự hoạt động của các loại enzim (riboflavin,

thiamin ) do đó tăng cờng sự trao đổi chất của cây, tăng cờng các quá trình oxihóa trong cây, tăng cờng sự hình thành các axit hữu cơ, hàm lợng protein Vì vậythiếu K tỉ lệ đạm phi protein trong cây tăng lên, sự hình thành đạm protein bị kìmhãm, lá cây bị bệu ra hoặc ngộ độc, dễ bị lụi, lốp, đổ và phẩm chất thực vật bị giảmsút Cũng vì vậy, thiếu K dễ làm cho cây bị nhiễm khuẩn, siêu vi khuẩn và nhiềubệnh nấm [5]

1.2 Phân bón

Phân bón là những chất đa vào đất có tác dụng cải thiện dinh dỡng của thực vật vàcải thiện tính chất đất Theo thành phần hóa học, phân bón đợc chia thành hai nhóm:

- Phân khoáng: bao gồm phân nitơ, photpho, kali, magiê, phân vi lợng

- Phân hữu cơ: là phân có thành phần chủ yếu là chất hữu cơ và một số thành phầnkhoáng Phân hữu cơ bao gồm phân chuồng, phân xanh, phân than bùn, phân rác Theo ý nghĩa nông hóa học, phân bón có thể chia thành phân có tác dụng trực tiếpchứa chất dinh dỡng cần thiết và phân bón có tác dụng gián tiếp dùng để cải thiện tínhchất đất

Ngoài ra còn có phân vi sinh đợc dùng để tăng cờng các quá trình sinh học trong

đất Đó là phân vi sinh vật có chứa vi khuẩn cố định nitơ không khí, phân chứa vi khuẩntăng cờng sự huy động chất dinh dỡng của đất Tuy nhiên sự phân chia phân bón nh vậychỉ là tơng đối

- Dạng nitrat: NaNO3, Ca(NO3)2

- Dạng amoni và amoniac: (NH4)2SO4, NH4Cl, NH4NO3 + CaCO3, (NH4)2CO3,

NH4HCO3, NH3 khan, NH4OH

- Dạng amoni nitrat: NH4NO3 , (NH4)3NO3SO4

- Dạng amid: (NH2)2CO (ure), CaCN2 (Xianamit canxi)

Ngày nay, dạng chủ yếu đợc sản xuất là ure và phân phức hợp ở nớc ta ba loạiphân vô cơ chính đợc sử dụng trên thị trờng là: amoni sulfat, ure, đạm clorua

1.2.1.2 Phân lân

Thành phần hóa học của tất cả các loại phân lân đều là muối canxi của axitphotphoric Từ góc độ dinh dỡng cho cây trồng có thể chia phân lân thành hai nhómchính:

 Phân lân khó tiêu: Là loại không hòa tan đuợc trong nớc, trong axit yếu, chỉ tan

trong axit mạnh Bón vào đất cây trồng không sử dụng ngay đợc mà phải qua quá trìnhbiến đổi trong đất thành dạng dễ tiêu cây mới sử dụng đợc Trong nhóm này có phân lân

tự nhiên nh bột photphorit, phân lèn

 Phân lân dễ tiêu: Là loại mà cây trồng có thể sử dụng ngay đợc Trong nhóm này

có: supe photphat đơn và supe photphat kép, do công nghệ sản xuất tan ngay trong nớc.Phân lân nung chảy chế biến bằng trộn apatit với chất kiềm, nung chảy ở nhiệt độ cao rồilàm lạnh đột ngột Loại này ít tan trong nớc nhng tan đợc trong axit yếu

Một số loại phân lân đợc tiêu thụ trên thị trờng Việt Nam:

- Supe photphat đơn: loại do công ty Supe photphat và hóa chất Lâm Thao sản xuất

có công thức: Ca(H2PO4)2.H2O + 2CaSO4.2H2O + Axit photphoric tự do 5%.Trong đó có chứa: 15- 16,5% lân dễ tiêu, 11- 12% lu huỳnh, 22- 23% CaO và một

số nguyên tố vi lợng

- Phân lân nung chảy: Trên thị trờng nớc ta, phân lân nung chảy do hai doanh

nghiệp nhà nớc Văn Điển và Ninh Bình sản xuất Công thức hóa học lý thuyết là:4(Ca,Mg)O.P2O5 + 5(Ca, Mg)O.P2O5.SiO2, pH từ 8- 8,5 Ngoài 4 thành phần chínhvới hàm lợng cao P2O5 (15- 21%), MgO (13- 27%), CaO (28- 38%) và SiO2 (24-30%) thì phân lân nung chảy còn chứa một số các nguyên tố khác nh Fe, B, Mn,

Cu, Co, Zn

- Bột apatit và bột photphorit: Đây là loại phân lân khó tiêu đợc sản xuất bằng

ph-ơng pháp nghiền quặng (apatit hoặc photphorit) để bón Lân trong loại phân này ởdạng tự nhiên Ca3(PO4)2 không tan trong nớc và axit yếu, phải qua quá trình chuyểnhóa trong đất do vi sinh vật hoặc do độ chua của đất tác động cây mới có thể sửdụng đợc Để tăng hiệu quả của bột photphorit và apatit thì bột phải đợc nghiềnthật mịn, chỉ nên sử dụng ở đất chua cho các loại cây thích hợp Tốt nhất nên dùng

để ủ với phân chuồng

- Phân lèn: Là loại phân lấy ở các hang núi đá vôi Có hai loại, một loại là bột

photphorit thờng không chứa đạm, loại còn lại là phân và xác chim, dơi sống trongcác hang núi có chứa đạm từ 1- 5% ở dạng nitrat và tỉ lệ lân từ 7- 8% ở dạng cây dễ

sử dụng Phân lèn có thể sử dụng nh các loại phân lân dễ tiêu

1.2.1.3 Phân kali

Nguyên liệu để sản xuất các các loại phân kali đều đợc lấy từ các mỏ Bốn nguồnkali quan trọng đợc đa ra trong bảng 1:

Bảng 1: Các nguồn phân kali quan trọng

Kali magiê sulfat K2SO4.MgSO4 22 Trắng

Trong bốn nguồn trên thì kali clorua có vai trò nổi bật trong nông nghiệp và chiếmkhoảng 95% các loại phân kali đợc sử dụng do nó có hàm lợng hữu hiệu cao Trên thị tr-ờng nớc ta sử dụng hai loại chủ yếu là kali clorua và kali sulfat

- KCl: (còn gọi là MOP) Có dạng bột màu hồng nh muối ớt, dễ tan trong nớc, dễ hút

ẩm và đóng cục, chứa 60% kali nguyên chất Các nớc sản xuất loại này là Canada,

Mỹ, Trung Quốc, Nga, Đức

- Kali sulfat: Có dạng tinh thể nhỏ, mịn, màu trắng, dễ tan trong nớc, ít hút ẩm, ít vón

cục, vị hơi đắng, chứa 45- 50% K2O nguyên chất, 18% lu huỳnh Kali sulfat đợc sản xuất

ở Nga và một số nớc khác Loại này phần lớn đợc dùng cho các loại cây trồng có tínhnhạy cảm với clo nh thuốc lá, cây có củ ( khoai lang, khoai tây ), hành tây

Nhiều nhà khoa học khuyên không nên tinh chế kali có hàm lợng cao nh hiện nay

mà chỉ nên sử dụng các muối khai từ mỏ lên làm phân bón Tính chất dễ tiêu của quặngnguyên khai và của phân kali đã qua chế biến đều nh nhau Quặng nguyên khai còn chứa

Mg, Na và một số nguyên tố vi lợng có lợi cho cây và đất Do đó ngoài kali clorua và kalisulfat, trên thị trờng phân bón hoặc trong các tài liệu trong và ngoài nớc chúng ta còn cóthể thấy có nhiều loại phân kali khác [12]

đậu vừng vùi làm phân nh thế bón ruộng tốt ngang với phân tằm và phân ngời” Đặc biệt,thời gian bèo dâu dùng làm phân hữu cơ bón cho cây trồng đã đợc xác nhận ít nhất vàogiữa thế kỷ 19.

ở nớc ta, từ năm 1954, việc nghiên cứu, khai thác các nguồn nguyên liệu, chế biếncác loại phân hữu cơ bón ruộng nhằm mục đích tăng năng suất cây trồng, làm sạch môi tr-ờng đã đợc khuyến khích Có thể chia phân hữu cơ truyền thống ra làm 4 nhóm:

- Phân chuồng

- Phân rác

- Than bùn

- Phân xanh [12]

Ngày nay, một lợng lớn phân hữu cơ đợc sản xuất theo các quy trình công nghiệp

từ các nguồn hữu cơ khác nhau Có thể chia phân hữu cơ công nghiệp ra làm 3 loại khácnhau: phân hữu cơ khoáng, phân hữu cơ sinh học, phân vi sinh

- Phân hữu cơ- khoáng: Đợc sản xuất từ nguyên liệu hữu cơ đợc trộn thêm một hay

nhiều yếu tố dinh dỡng

- Phân hữu cơ sinh học: Đợc sản xuất từ nguyên liệu hữu cơ có sự tham gia của vi

sinh vật sống có ích hoặc các tác nhân sinh học khác

- Phân hữu cơ vi sinh: Là sản phẩm chứa VSV sống đã đợc tuyển chọn có mật độ

phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thông qua hoạt động sống của chúng tạo nên cácchất dinh dỡng mà cây trồng có thể sử dụng đợc hay các hoạt chất sinh học hay đốikháng vi khuẩn, vi nấm gây bệnh vùng dễ cây để góp phần nâng cao năng suất,chất lợng nông sản

1.2.3.1 Phân chuồng

Phân chuồng có thể là hỗn hợp các chất bài tiết của gia súc, cùng với chất độn vàthức ăn thừa Đây là loại phân có đầy đủ chất dinh dỡng cần thiết cho cây trồng từ nhữngchất cơ bản nh N, P, K đến những nguyên tố vi lợng nh B, Mo, Mn, Cu, đến những chấtkích thích tố nh auxin, các loại vitamin (C, B12) Thành phần hóa học trung bình của cácloại phân chuồng đợc đa ra trong bảng 2 Những chất dinh dỡng trong phân chuồng tơng

đối dễ tiêu Bón phân chuồng nhiều năm sẽ cải thiện tính chất hóa học, lý học của đất Tuyvậy, phân chuồng có những nhợc điểm là:

Tỉ lệ chất dinh dỡng tơng đối thấp

Thành phần không ổn định, phụ thuộc nhiều vào loại gia súc, cách chăn nuôi, do đóphẩm chất có thể rất khác nhau

Phân chuồng luôn luôn bị tác động bởi vi sinh vật, cho nên thành phần và tính chất không

ổn định và trong quá trình thay đổi đó luôn bị mất đạm

Tác dụng tuy bền nhng kém hơn phân hóa học

Bảng 2: Thành phần hóa học trung bình của các loại phân chuồng

Loại phân chuồng Nớc Chất hữu cơ N P2O5 K2O

Phân trâu bò

Phân lợn

Phân ngựa

77.5072.4071.30

20.3025.0025.40

0.340.450.58

0.160.190.28

0.500.600.63

đất Than bùn chuyển tiếp là loại trung gian

Hai chỉ tiêu vật lý của than bùn dùng để đánh giá chất lợng than bùn phục vụ chosản xuất phân bón là: sức chứa ẩm và mức độ phân giải Kết quả nghiên cứu của Viện Thổnhỡng- Nông hóa giai đoạn 2002- 2003 ở ba vùng trong cả nớc cho thấy:

- Than bùn có độ ẩm cao và dao động rất lớn giữa các vùng than bùn của cả nớctrung bình là 42,1% Vì vậy, nếu sử dụng than bùn làm phân bón phải tốn nhiều chiphí để sấy khô

- Mức độ phải giải trung bình là 35% Mức độ phân giải nh vậy là thích hợp cho sảnxuất phâ bón Mức độ phân giải ở các mỏ là tơng đối giống nhau và càng xuốngsâu thì khả năng phân giải càng cao

Hiện nay có nhiều doanh nghiệp đang sản xuất các loại phân bón mà sử dụng thanbùn làm nguyên liệu nh: phân hữu cơ sinh học, phân hữu cơ- khoáng, phân hữu cơ vi sinh.Quy trình công nghệ sản xuất phân bón trên nền than bùn phổ biến là: Than bùn phơi khô,nghiền nhỏ, phối trộn vôi (nếu pH thấp), phụ gia vi sinh vật, sau đó ủ một thời gian rồi

đóng gói thành phẩm Song tùy theo đối tợng thổ nhỡng và cây trồng mà có thể thay đổi tỉ

lệ mùn, N, P2O5, K2O, số lợng vi sinh, trong quá trình phối trộn cho phù hợp Bón phân

từ nguồn gốc than bùn có tác dụng cải tạo đất tốt, tăng độ mùn của đất, tăng tính tơi xốp,thấm khí, giữ nớc, kích thích và điều hòa tăng trởng cây trồng Nhợc điểm của phân bónthan bùn là khối lợng phân lớn, tốn công vận chuyển, hàm lợng chất dinh dỡng lại thấp

1.2.3.3 Phân xanh

Phân xanh là tên gọi chung của các cây hoặc lá tơi đợc ủ hay vùi thẳng xuống đất

để bón ruộng Đồng thời với tác dụng làm phân bón, cây phân xanh còn có thể phủ đất,chống xói mòn, bảo vệ đất và làm cây che bóng

Trong quá trình phân giải của cây phân xanh (vùi trong đất) nhất là trong điều kiệnngập nớc, thờng phát sinh ra nhiều hợp chất độc hại đối với cây nh H2S, axit butiric,metan, axetilen Do đó, cần bón vôi, lân kèm theo để chế ngự và xác định thời kỳ câythích hợp sau khi vùi Phơng pháp chế biến phân xanh nh sau: dùng lá cây, bèo dâu, cốt

19

khí, điền thanh, muồng muồng, ủ với đất bột, phân lân, trát kín bùn, ủ khoảng một tháng[12]

1.2.3.4 Phân hữu cơ làm từ rác thải sinh hoạt (compost)

Cuộc sống ngày càng hiện đại thì lợng rác thải ngày càng nhiều, chính vì vậy màcác phơng pháp xử lý rác thải ngày càng đợc quan tâm nghiên cứu hoàn chỉnh Sản xuấtphân hữu cơ từ rác thải sinh hoạt hữu cơ là một trong những giải pháp khá u việt trong xử

lý rác thải vì rác thải hữu cơ chiếm khoảng 40% rác thải sinh hoạt ở Đức, năm 1993 đã

có khoảng 80 nhà máy làm compost từ rác thải và xử lý đợc khoảng 10% tổng lợng rácthải sinh hoạt Sản phẩm thu đợc từ quá trình này là một loại phân hữu cơ có đầy đủ cácthành phần dinh dỡng cả vi lợng và đa lợng và đã đợc ứng dụng rộng rãi trong nôngnghiệp ở nhiều nớc khác nhau [20]

Ahmad Kalilian và các cộng sự đã bón compost vào đất trồng bông dới hai dạng:phun và vùi trực tiếp vào đất và khảo sát ảnh hởng của compost đợc phun và vùi lên một

số thông số của đất (chất hữu cơ, độ phì nhiêu, khả năng liên kết của đất và sự phát triểncủa cây trồng) Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy khi vùi compost vào đất đã làm tăng

đáng kể hàm lợng chất hữu cơ trong đất sau 6 và 12 tuần Bên cạnh đó, nó cũng làm tănghàm lợng N, P, K so với đất không đợc vùi compost Compost đợc phun vào đất làm tănghàm lợng lu huỳnh trong đất so với đất không đợc phun Compost cũng làm tăng đáng kểnăng suất cây trồng so với đối chứng không bón phân Năng suất tăng tỉ lệ thuận với lợngphân đợc bón vào đất Khi bón 12 tấn/a năng suất tăng tơng ứng là 23%, 24%, 44% tơngứng trong ba năm 1997, 1998, 1999 so với đối chứng Compost cũng làm tăng chiều caocây Chiều cao tăng tỉ lệ thuậnvới lợng phân đợc bón [16]

Carmen Reveno và các cộng sự tiến hành thí nghiệm trên đồng ruộng ở Puerto Rico

để đánh giá tác động trực tiếp của compost tới chất lợng đất và năng suất cây trồng, đặcbiệt là ảnh hởng của nó tới chất lợng của chất hữu cơ trong đất Các kết quả nghiên cứu đãcho thấy khi compost đợc bón với lợng lớn thì hàm lợng chất hữu cơ tổng số và chất hữucơ hòa tan tăng lên đáng kể Không những số lợng mà cả chất lợng chất hữu cơ hòa tancũng tăng lên vì vậy làm tăng chất lợng đất và độ phì nhiêu [17]

Veillette, A X và Tanguay, M G đã thử nghiệm bón bùn từ các nhà máy giấy lên

đất nh là một loại phân hữu cơ ở Donnacona Canada năm 1994 với mục đích cải tạo đất vàcung cấp dinh dỡng cho cây trồng Thí nghiệm đã đợc tiến hành trên 11 lô đất khác nhauvới 11 loại cây trồng khác nhau Kết quả cho thấy bùn từ nhà máy giấy có một số ảnh h -ởng nhất định tới một số đặc tính hóa học của đất ( pH, hàm lợng P, K) và có tác dụng trựctiếp tới năng suất một số loại cây trồng nh ngũ cốc (năng suất tăng 30% so với đối chứngkhông phân), khoai tây (năng suất tăng 19% so với đối chứng) [19]

Qua nhiều thí nghiệm chứng minh, lợi ích của phân hữu cơ làm từ rác thải cũng nhphân hữu cơ nói chung đã đợc công nhận nh sau:

1 Cung cấp dinh dỡng giải phóng chậm cho cây trồng: compost là nguồn dinh dỡngtốt cung cấp N, P, K, S cũng nh các dinh dỡng vi lợng và vi sinh vật thiết yếu cho

sự phát triẻn của cây trồng Chất hữu cơ trong compost tơng đối bền nên nó giải

phóng từ từ trong quá trình phát triển của cây trồng và hầu nh không bị mất do rửatrôi Bón compost vào đất giảm 50% các loại phân bón khác, giảm đợc chi phí chotới tiêu, phân bón, thuốc trừ sâu.

2 Tăng khả năng chống hạn và chống xói mòn: Compost có khả năng giữ nớc tốt,khối lợng nớc nớc nó giữ đợc lớn hơn nhiều lần so với khối lợng của nó Khả nănggiữ nớc nàu làm lợng nớc mất đi là nhỏ nhất Khả năng giữ ẩm của compost cũnggiúp bảo vệ đất trong quá trình bị phong hóa và hạn hán Compost làm giảm nguycơ xói mòn do cải thiện cấu trúc đất

3 Cải thiện cấu trúc đất: trong đất sét nặng, bón compost cải thiện thành phần vật

lý của đất, cải thiện cấu trúc đất, độ xốp và tỉ trọng đất, tạo môi trờng tốt cho câyphát triển

4 Ngăn cản các mầm bệnh có nguồn gốc từ đất: các bệnh của cây trông thờng có

nguồn gốc từ mức độ và loại hợp chất hữu cơ và VSV có trong đất Một số mầmbệnh của cây trồng có thể bị các VSV trong compost ức chế

5 Cố định và phân hủy chất ô nhiễm: compost có khả năng liên kết với các kim

loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và các chất ô nhiễm khác làm giảm khả năng rửatrôi và bị thực vật hấp thụ của các hợp chất này Các VSV đất trong compost cũng

hỗ trợ sự phân hủy thuốc trừ sâu, phân bón và hydrocacbon Các nghiên cứu chothấy compost có tác dụng giảm ô nhiễm theo nhiều cách khác nhau:

- Hấp thụ mùi và phân hủy các hợp chất hữu cơ nguy hiểm

- Liên kết các kim loại nặng và ngăn chúng thâm nhập vào nguồn nớc và hấp

thụ bởi thực vật

- Trong một số trờng hợp VSV trong compost phân hủy hoàn toàn một số chất

bảo quả gỗ, sản phẩm dầu mỏ, thuốc trừ sâu và các hydrocacbon cũng nhdẫn xuất clo của hydrocacbon trong đất ô nhiễm

6 Cung cấp chất hữu cơ và kích thích hoạt động của VSV: hoạt động của VSV

thúc đẩy sự phát triển của rễ và hỗ trợ quá trình hút chất dinh dỡng từ đất Nó cũngkích thích sự phát triển của giun và các sinh vật lớn khác Những sinh vật này tạo racác đờng dẫn nớc và khí cho đất

7 Lợi ích môi trờng: các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc quản lý chất hữu cơ thông

qua hệ thống phân loại riêng, làm compost với quy mô công nghiệp và sử dụngcompost trong nông nghiệp cho thấy nhiều lợi ích đáng kể đối với môi trờng: giảm

đáng kể sự giải phóng khí nhà kính, giảm độc với con ngời, môi trờng sinh thái

8 Lợi ích kinh tế: khi đợc quản lý hiệu quả, quá trình composting là một quá trình

rất kinh tế Tác dụng làm giàu đất của compost có thể tiết kiệm giá thành tới tiêu,giảm sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu, tăng năng suất đối với một số loại cây trồng[15]

1.3 Các phơng pháp phân tích đất

1.3.1 Chuẩn bị mẫu đất

21

Chuẩn bị mẫu là khâu cơ bản, quan trọng đầu tiên trong phân tích đất Hai yêu cầuchủ yếu của công tất chuẩn bị mẫu là:

- Mẫu phải có tính đại diện cao cho vùng nghiên cứu

- Mẫu phải đợc nghiền nhỏ đến độ mịn thích hợp tùy thuộc vào yêu cầu phân tích

1.3.1.1 Lấy mẫu phân tích

Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà lựa chọn cách lấy mẫu thích hợp Thôngthờng có một số cách lấy mẫu nh sau: lấy mẫu theo tầng phát sinh, lấy mẫu riêng biệthoặc hỗn hợp, lấy mẫu nguyên trạng tự nhiên không phá hủy cấu tạo của mẫu

 Lấy mẫu theo tầng phát sinh: Khi nghiên cứu đất về phát sinh học hoặc nghiên

cứu tính chất vật lý, tính chất nớc của đất thì tiến hành lấy mẫu nh sau:

Đào phẫu diện đất: Chọn điểm dào phẫu diện phải đại diện cho toàn vùng cần lấy

mẫu nghiên cứu Phẫu diện thờng rộng 1,2m dài 1,5m, sâu đến tầng đá mẹ hoặc sâu 2m ở những nơi có tầng đất dày

1,4-Lấy mẫu đất: Lần lợt lấy mẫu đất từ tầng phát sinh dới cùng lên đến tầng mặt Mỗi

tầng, mẫu đất đợc đựng trong một túi riêng, có ghi nhãn rõ ràng Lợng đất lấy từ 0,5- 1 kg

là vừa

Mỗi mẫu đất đều đợc ghi phiếu chỉ rõ: số phẫu diện, tầng, địa điểm lấy mẫu, ngày lấymẫu và ngời lấy mẫu

 Lấy mẫu hỗn hợp: Nguyên tắc của lấy mẫu hỗn hợp là lấy các mẫu riêng biệt ở

nhiều điểm khác nhau rồi hỗn hợp lại, lấy mẫu trung bình Thông thờng lấy từ 5 đến 10

điểm rồi hỗn hợp lại để lấy mẫu trung bình Khi lấy mẫu ở các điểm riêng biệt cần tránhcác vị trí cá biệt không đại diện nh: chỗ bón phân hoặc vôi tụ lại, chỗ cây quá tốt hoặc quáxấu, chỗ cây bị sâu bệnh

Mẫu hỗn hợp thờng đợc lấy trong những nghiên cứu về nông hóa học, nghiên cứu

động thái các chất dinh dỡng của đất hoặc lấy ở các ruộng thí nghiệm Mẫu đất hỗn hợp

đ-ợc lấy nh sau:

Lấy các mẫu riêng biệt: Tùy theo hình dáng khu đất cần lấy mẫu mà bố trí các

điểm lấy mẫu (5- 10 điểm) phân bố đồng đều trên toàn diện tích Có thể áp dụng cách lấymẫu theo đờng chéo hoặc đờng thẳng góc với địa hình vuông nhọn, hoặc theo đờng gấpkhúc hoặc nhiều đờng chéo với địa hình dài Mỗi điểm lấy khoảng 200g đất bỏ dồn vàomột túi lớn

Trộn và lấy mẫu hỗn hợp: Các mẫu riêng biệt đợc băm nhỏ và trộn đều trên giấy

hoặc nylon (trộn càng đều càng tốt) Sau đó dàn mỏng rồi chia làm 4 phần theo đờng chéo,lấy hai phần đối diện nhau trộn lại đợc mẫu hỗn hợp Lợng đất của mẫu hỗn hợp lấykhoảng 0,5- 1 kg, cho vào túi vải, ghi phiếu mẫu nh nội dung ghi cho phiếu mẫu ở trên,ghi bằng bút chì để tránh nhòe, nhất là đất với đất ớt

1.3.1.2 Phơi mẫu

Trừ một số trờng hợp phải phân tích trong đất tơi nh xác định hàm lợng nớc, một sốchất dễ biến đổi khi đất khô nhi NH4 , NO3-, Fe2+, Fe3+, còn hầu hết các chỉ tiêu khác đ-

ợc xác định trong đất khô

Mẫu đất đợc lấy từ đồng ruộng về phải đợc hong khô kịp thời, băm nhỏ (khoảng 1,5 cm), nhặt sạch sỏi đá ,sau đó dàn mỏng trên bản gỗ hoặc giấy sạch rồi phơi khôtrong nhà Nơi hong mẫu phải thoáng gió và không có các hóa chất bay hơi nh NH3, Cl2,

1-SO2, Để tăng cờng qúa trình làm khô đất có thể lật đều mẫu đất Thời gian hong khô đất

có thể kéo dài vài ngày tùy thuộc loại đất và điều kiện khí hậu Thông thờng đất cát sẽchóng khô hơn đất sét

Cần chú ý là mẫu đất đợc hong khô trong không khí là tốt nhất Không nên phơi khô ngoàinắng hoặc sấy khô trong tủ sấy

Mẫu phân tích tơi: Trong phân tích đất, có một số chỉ tiêu bắt buộc phải phân tích

ngay trong mẫu mới đợc lấy nh: điện thế oxi hóa khử, hàn lợng sắt hai, amoni, sunfua, vìhàm lợng cách chất này sẽ thay đổi trong quá trình phơi khô mẫu

Mẫu đất mới lấy về trộn đều rồi đem phân tích ngay Đồng thời cân 5 gam đất này

đem sấy khô để xác định hàm lợng nớc, phục vụ cho việc chuyển kết quả phân tích từ đấttơi sang đất khô kiệt

1.3.1.3 Nghiền và rây mẫu

Đất sau khi đã hong khô, đập nhỏ rồi nhặt hết xác thực vật và các chất lẫn khác.Dùng phơng pháp ô chéo góc lấy khoảng 500g đem nghiền, phần còn lại cho vào túi vảigiữ đến khi phân tích xong

Trớc khi giã phần đất đem nghiền trong cối sứ rồi qua rây 2mm Phần sỏi đá cókích thớc lớn hơn 2 mm đợc cân khối lợng rồi đổ đi (không tính vào thành phần của đất).Lợng đất đã qua rây đợc chia đôi, một nửa dùng để phân tích thành phần cơ giới, nửa cònlại tiếp tục nghiền nhỏ (cối đồng hoặc máy nghiền mẫu) rồi cho qua rây 1 mm ( phải giã

cà cho qua rây toàn bộ lợng đất này) Đất đã qua rây 1 mm đợc đựng trong lọ thủy tinh nútnhám rộng miệng hoặc trong hộp giấy bằng bìa cứng, có ghi nhãn cận thận dùng để phântích các thành phần hóa học thông thờng Nếu cần phân tích tổng thành phần khoáng,mùn, nitơ tổng số thì lấy khoảng 50 gam đất qua rây 1mm, tiếp tục nhặt hết xác thực vật(dùng kính lúp phóng đại, hoặc đũa thủy tinh xát nóng trên miếng dạ rồi rà trên lớp đất rảimỏng để hút hết rễ cây nhỏ), sau đó nghiền nhỏ và cho qua rây 0,25 mm Gói đất nàybằng giấy dầu (hoặc giấy can) rồi bỏ chung vào hộp đựng đất trên

1.3.1.4 Xác định lợng nớc trong đất và hệ số khô kiệt (k)

Thông thờng mẫu đem phân tích ở hai dạng:

- Mẫu đất hong khô trong không khí: Với đất này, lợng nớc xác định chính là lợng

nớc hút ẩm không khí của nó Phần lớn các chỉ tiêu hóa học tổng số cũng nh dễ tiêu

đợc xác định trên đất hong khô không khí

- Mẫu đất tơi mới lấy về: Với loại mẫu này, lợng nớc xác định chính là độ ẩm hiện

tại của đất Thông thờng mẫu đất tơi dùng để phân tích các chỉ tiêu và thành phần

23

dễ biến đổi theo các điều kiện oxi hóa- khử nh: Fe , NH4 , NO3, H2S, thế oxi khử hoặc hoạt động của vi sinh vật đất.

hóa-Nguyên lý phơng pháp: Mẫu đất mới lấy từ đồng ruộng về, ngoài lợng nớc hút ẩm

còn chứa những dạng nớc khác nhau tùy thuộc và trạng thái đất nơi lấy mẫu Song với đất

đã hong khô không khí thì chỉ còn lợng nớc hút ẩm không khí Để xác định lợng nớc nàythờng dùng phơng pháp sấy khô ở 105- 110oC Khi đó toàn bộ lợng nớc hút ẩm bị bay hơihết mà chất hữu cơ cha bị phân hủy Tuy nhiên, ở các đất có hàm lợng chất hữu cơ cao th-ờng khó đạt tới khối lợng không đổi sau khi sấy, nên thờng sấy mẫu ở 105oC trong thờigian quy định Khi hàm lợng hữu cơ quá cao có thể áp dụng phơng pháp sấy áp suất thấp

nh sấy ở nhiệt độ 70- 80oC, áp suất 20 mmHg

Dựa vào khối lợng giảm sau khi sấy ta tính đợc lợng nớc của đất

Khi muốn chuyển kết quả phân tích từ đất khô không khí (hoặc đất tơi) sang đấtkhô kiệt ta sẽ đem kết quả nhân với hệ số k tơng ứng [6]

1.3.2 Phơng pháp phân tích chất hữu cơ

1.3.2.1 Chất hữu cơ tổng số

Hiện có nhiều phơng pháp các định chất hữu cơ của đất: phơng pháp đốt khô,

ph-ơng pháp đốt ớt (Chiurin, Walkley- Black), phph-ơng pháp đốt mùn trong tủ sấy 1500C, thờigian 20 phút ( Nikitin) và phơng pháp oxi hóa mùn 24h ở nhiệt độ 200C ( P Antanova) ởViệt Nam phổ biến dùng 2 phơng pháp là phơng pháp Chiurin và Walkley – Black

1.3.2.1.1 Xác định chất hữu cơ theo phơng pháp Chiurin

Nguyên lý phơng pháp: Chất hữu cơ của đất, dới tác dụng của nhiệt độ, bị dung

dịch K2Cr2O7 + H2SO4 (1:1) oxi hóa:

3C + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O

Lợng K2Cr2O7 còn d đợc dung dịch muối có tính khử là FeSO4 hay muối Morh đểchuẩn:

K2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7H2SO4 Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ này thờng dùng là axit phenylanthranilic(C13H11O2N), màu chuyển từ đỏ mận sang màu xanh lá cây, hoặc diphenylamin màu sẽchuyển từ lam tím sang xanh lá cây

Trong quá trình chuẩn độ, Fe3+ tạo thành có thể ảnh hởng tới quá trình chuyển màucủa chủ thị, vì vậy trớc khi chuẩn độ có thể cho thêm một lợng nhỏ H3PO4 hoặc muốichứa ion F- để tạo phức không màu với Fe3+

Chú ý:

Trong phơng pháp này phải chú ý khống chế nhiệt độ khi đun oxi hóa mẫu Nhiệt

độ không cao quá 1800C sẽ dẫn tới việc phân hủy cromic

Đất chứa nhiều clorua cũng ảnh hởng đến kết quả phân tích vì có một phần Cr2O72- tiêu tốncho sự oxi hóa Cl-: Cr2O7- + 6Cl- + 14H+ 2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O Vì vậy, khi phân tích đấtmặn cần rửa sạch hết Cl- trớc khi phân tích chất hữu cơ

1.3.2.1.2 Xác định chất hữu cơ theo phơng pháp Walkley- Black

Nguyên lý phơng pháp:

Phơng pháp dựa trên nguyên tắc oxi hóa chất hữu cơ của đất bằng dung dịch

K2Cr2O7, sau đó chuẩn lại lợng K2Cr2O7 d, từ đó tính đợc hàm lợng chất hữu cơ Điểmkhác ở phơng pháp này so với phơng pháp Chiurin ở chỗ: nhiệt dùng cho quá trình oxi hóa

đợc tạo ra do quá trình hòa tan H2SO4 đặc trong kali dicromat

Chú ý:

Trớc khi chuẩn độ lợng d K2Cr2O7 cần phải để nguội dung dịch oxi hóa, nếu khôngmột phần Fe2+ dùng để chuẩn lợng K2Cr2O7 còn d có thể bị oxi không khí oxi hóa

Với 10 ml K2Cr2O7 1N chỉ có thể oxi hóa đợc tối đa 25 mg C vì vậy khi sử dụng

ph-ơng pháp Walkley- Black cần hết sức chú ý lợng mẫu lấy đi phân tích Đối với những đấthàm lợng mùn <2,6% có thể lấy 1g mẫu đem phân tích, nếu hàm lợng mùn cao hơn nênlấy 0,2g đất còn khi hàm lợng mùn >13,5% thì lợng mẫu lấy là 0,1g

Nếu dùng chỉ thị ferroin thì kết thúc chuẩn độ dung dịch chuyển từ màu xanh lácây sang màu tím đỏ

Có thể dùng phơng pháp so màu để xác định chất hữu cơ bằng cách đo màu Cr3+ tạibớc sóng 625 mm Dùng saccarozơ làm dung dịch chuẩn để khử Cr6+ trong K2Cr2O7 thành

Cr3+ [6]

1.3.2.2 Thành phần nhóm mùn

Thành phần nhóm mùn chủ yếu gồm:

- Nhóm axit humic tan trong kiềm, không tan trong axit

- Nhóm axit fulvic tan trong kiềm, tan trong axit

- Nhóm humin, không tan trong kiềm

Lợng và tỉ số axit humic: axit fulvic là một chỉ tiêu quan trọng thể hiện chất củamùn đất ôn đới tỉ số này có thể >1, các loại đất nhiệt đới thờng <1, thậm chí loại đất đỏvàng có thể <0,5

Các phơng pháp cổ điển xác định thành phần nhóm mùn đều chiết rút chất hữu cơbằng kiềm sau đó axit hóa dung dịch kiềm chiết đợc để kết tủa axit humic, tách riêng axithumic và axit fulvic

(axit humic) Không kết tủa(axit fulvic)

về dạng amoni Quá trình phân hủy có thể thực hiện theo nhiều phơng pháp khác nhau:

- Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất xúc tác Phơng pháp Kjeldahl dùng H2SO4 đặc

đun sôi với chất xúc tác là selen hoặc CuSO4

- Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất oxi hóa mạnh Chiurin (1933) dùng H2SO4 đunsôi với K2Cr2O7 hay CrO3 Một số tác giả khác dùng H2SO4 đặc kết hợp với KClO4

và đun sôi

Sau khi chuyển toàn bộ nitơ trong đất sang dạng amoni ngời ta dùng phơng phápchuẩn độ hoặc so màu để xác định lợng nitơ tổng số trong đất

Hiện nay, phơng pháp Kjeldahl là phơng pháp chuẩn để xác định nitơ tổng số [6]

Tùy thuộc vào nồng độ của nitơ hữu cơ trong đất mà lựa chon phơng pháp kjeldahl hay semi- micro- kjeldahl để xác định hàm lợng của nó Phơng pháp macro-kjeldhl đợc áp dụng cho cả mẫu có nồng độ nitơ hữu cơ cao và thấp nhng cần cần một l-ợng mẫu tơng đối lớn khi nồng độ nitơ hữu cơ thấp Phơng pháp semi- micro- kjeldahlthích hợp cho mẫu có nồng độ nitơ hữu cơ cao Thể tích mẫu đợc lấy sao cho tổng nitơhữu cơ và nitơ dạng amoni trong khoảng 0,2 đến 2 mg [21]

Khi chất chất hữu cơ tác dụng với axít sulfuric đun sôi, cacbon và hydro của chấthữu cơ đợc oxi hóa đến CO2 và H2O, nitơ còn lại ở dạng khử và chuyển sang dạng amonisulfat Ví dụ, phản ứng của axit sulfuric với alanin, một trong các cấu tử của chất mùn của

đất:

2CH3CHNH2COOH + 13H2SO4  (NH4)2SO4 + 6CO2 + 16H2O + 12SO2

SO2 tạo thành trong quá trình phản ứng có tác dụng ngăn ngừa sự oxi hóa nitơ Đểtránh mất SO2 trong quá trình phân tích nên đậy bình Kjeldahl bằng một chiếc phễu nhỏ.Phễu này có tác dụng ngng tụ hơi sulfurơ, hơi đó sẽ chảy lại vào trong bình

Để đẩy nhanh quá trình oxi hóa phân hủy chất hữu cơ có thể sử dụng thên chất xúctác nh CuSO4, HgO, Se hay hỗn hợp của chúng

Để nâng cao nhiệt độ sôi, có thể thêm vào trong bình muối kali sulfat Theo Baker,nhiệt độ sôi của H2SO4 đặc là 3290C, nhiệt độ sôi của axit này khi có chứa 1g K2SO4 trong1ml là 3650C, còn khi có chứa 2g/ ml K2SO4 là 4100C

Sự phân hủy chất hữu cơ xảy ra từ từ và có thể không hoàn toàn nếy tiến hành phânhủy mẫu ở nhiệt độ thấp hơn 3600C, khi tiến hành phân hủy ở nhiệt độ cao hơn 4100C cóthể làm mất nitơ.

Cần thiết phải tro hóa lâu để giải phóng nitơ từ một số các hợp chất hữu cơ Cáchợp chất dị vòng nh piridin, dẫn xuất của quinolin, đặc biệt bền vững khi phân hủy Khi cómặt các loại hợp chất nh thế, việc tạo nên dung dịch sáng màu không có nghĩa là đã phânhủy hết chất hữu cơ, chỉ đun nóng lâu mới có htể phân hủy hết chất hữu cơ Sự phân hủykhông hoàn toàn hợp chất hữu cơ khi phân tích đất có thể dẫn đến việc thu đợc kết quảphân tích thấp

Sự phân hủy không hoàn toàn chất hữu cơ có thể quan sát thấy khi phân tích đấtchứa các đoàn lạp, các hợp chất gắn kết của sắt, bởi các chất này cuối cùng vẫn không hòatan trong H2SO4 đặc Trong những trờng hợp nh vậy cần thấm ới đất bằng nớc và sau đóthêm H2SO4 đặc

Ngoài cách phá hủy mẫu theo phơng pháp Kjeldahl nh trên ta còn có thể phá mẫu bằngcách sau:

Phá hủy mẫu bằng H 2 SO 4 kết hợp với HClO 4: Cân 1g đất cho vào bình tam giácchịu nhiệt 100ml, cho vào 5 ml nớc cất, sau đó cho 5ml H2SO4 đặc, đậy bình bằng mộtchiếc phễu nhỏ và đun cho đến khi ngừng thoát khói trắng mạnh Lấy ra để nguội rồi chothêm 4 giọt HClO4 70% tiếp tục đun nhẹ cho đến trắng cặn Nếu mẫu cha trắng thì thêm2- 3 giọt HClO4 đặc tiếp tục đun cho đến trắng mẫu Sau đó lấy dung dịch đem cấtamoniac theo phơng pháp Kjeldahl

Phá hủy mẫu bằng H 2 SO 4 đặc và K 2 Cr 2 O 7 : Tùy theo lợng mùn, cân từ 0,2 đến 1

g đất cho vào bình 250 ml Thêm vào 2,5 ml dung dịch CrO3 25% hay 10 ml dung dịch

K2Cr2O7 10% Lắc bình cẩn thận để cho mẫu đất thấn đều dung dịch nhng không để ớt quánửa bình Thêm vào 5 ml H2SO4 đặc, lắc đều Đậy bình bằng một chiếc phễu nhỏ Đunbình đến sôi và giữ cho sôi nhẹ trên 10 phút đến khi dung dịch xuất hiện màu xanh lục.Nếu đất giàu mùn, màu xanh lục xuất hiện ngay thì thêm 1- 2ml dung dịch K2Cr2O7 hoặcCrO3 nữa Thêm 5 ml H2SO4 đặc và đun sôi Sau khi oxi hóa xong, dung dịch có màu xanhlục rõ, thì lấy ra khỏi bếp và để nguội Sau đó tiến hành xác định lợng NH3 bằng phơngphơng pháp cất Kjeldahl

Khi tiến hành phân tích theo phơng pháp Kjeldahl, nitơ chuyển về dạng amonisulfat Để xác định nitơ ở dạng này có thể dùng phơng pháp chuẩn độ hoặc so màu

Cất và chuẩn độ xác định amoniac: Dùng kiềm đặc cho vào bình cất có chứa

dung dịch sau khi phân giải mẫu, khi đó xảy ra phản ứng:

Trong quá trình phân tích, nếu nitơ ở dạng nitrat thì không thể chỉ dùng H2SO4

phân hủy mẫu đợc vì khi đó sẽ tạo thành HNO3 bay mất Trong trờng hợp này cần chothêm chất cố định nitrat vào Chất cố định thờng dùng là phenol hoặc axit salicilic Cùngvới sự tồn tại của chất khử, tác dụng cố định của chúng nh sau:

Ví dụ đối với axit salicilic:

HNO3 + C6H4OHCOOH  C6H3OHNO2COOH + H2O

Na2S2O3 + H2SO4  Na2SO4 + H2SO3 + S

H2SO3 + C6H3OHNO2COOH + H2O  C6H3OHNH2COOH + 6 H2SO4

2 C6H3OHNH2COOH + 27 H2SO4 (NH4)2SO4 + 14CO2 + 26SO2 + 30H2O

1.3.3.2.1.Xác định nitơ thủy phân theo phơng pháp Chiurin- Cononova

Nguyên lý phơng pháp: Nitơ thủy phân đợc chiết rút dới tác dụng của H2SO4

0,5N gồm NO3-, NO2-, NH4 , và N- hữu cơ dễ phân hủy NO3-, NO2- đợc khử về dạng NH4

N- hữu cơ đợc giải phóng ra nhờ quá trình oxi hóa phân giải chúng dới tác dụngcủa H2SO4 và K2Cr2O7.

Sau khi chuyển các dạng nitơ về dạng amoni sulfat dùng phơng pháp Kjeldahl cấtnitơ xác định nh N- tổng số

Đánh giá kết quả:

Nếu Ntf > 6 mg/ 100g đất là giàu

Nếu Ntf trong khoảng 4- 6 mg/ kg là đất trung bình

Nếu Ntf < 4mg/ kg là nghèo

1.3.3.2.2 Xác định nitơ bị NaOH 1N phân giải theo phơng pháp Cornfild

Nguyên lý phơng pháp: Phơng pháp Cornfild xác định nitơ dễ tiêu dạng NH4 vàmột phần N- hữu cơ dễ phân giải do NaOH 1N Trong môi trờng kiềm NH3 giải phóng đợchấp phụ bởi H3BO3 ( hay H2SO4 loãng tiêu chuẩn) trong đĩa Convây Dùng axit chuẩn lợngkiềm tạo thành [6]

1.3.4 Photpho

1.3.4.1 Photpho tổng số

P có tác dụng rất quan trọng trong dinh dỡng của thực vật đặc biệt là đối với sựphát triển của rễ và hạt Hàm lợng P trong đất dao động trong khoảng 0,1- 0,19% (P2O5).Trong tất cả các loại đát hàm lợng P ở các tầng dới nhỏ hơn đáng kể so với tầng trên

 Phá mẫu: Để phá hủy mẫu xác định P tổng số trong đất ngời ta có

thể dùng các phơng pháp sau đây:

- Phơng pháp sử dụng hỗn hợp axit và chất oxi hóa mạnh

- Phơng pháp nung chảy kiềm với hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3

Phá mẫu bằng hỗn hợp H 2 SO 4 và HClO 4 : Dùng cân phân tích cân 1g đất đã qua

rây 1mm, cho đất vào bình Kjeldahl 50 ml Tẩm ớt mẫu bằn nớc cất rồi cho vào 8 ml

H2SO4 đặc, lắc đều, cho vào 10 giọt HClO4 70% Đậy bình bằng một chiếc phễu nhỏ Đốt

từ từ cho nhiệt độ tăng dần Khi dung dịch bắt đầu chuyển thành màu trong thì đốt thêm

20 phút nữa Toàn bộ thời gian phá mẫu hết khoảng 30- 40 phút Để nguội, dùng n ớc cấtrửa và chuyển dung dịch vào bình định mức 100ml

Phá mẫu bằng phơng pháp nung chảy kiềm: Sự phá hủy đất bằng Na2CO3 dựatrên việc tạo thành các muối kiềm của axit silicic và các muối khác hòa tan:

K2O.Al2O3.6SiO2 + Na2CO3 = 2KalO2 + 6Na2SiO3 + 6CO2

Sau khi đã nunAg nóng chảy hòa tan mẫu bằng cách đun mẫu với dung dịch HCl 6M vàtách SiO2 bằng HClO4 60%

Mẫu đợc nung trong lò nung ở 12000C trong 30 phút Mẫu sau khi nung có màu trong suốt