ảnh hưởng của cày vùi cây điên điển và bón vôi đến khả năng khoáng hóa đạm trong đất

ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Luận văn tốt nghiệp kỹ sư ngành Khoa học đất với đề tài: “ẢNH HƯỞNG CỦ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: KHOA HỌC ĐẤT

Đề tài:

ẢNH HƯỞNG CỦA CÀY VÙI CÂY ĐIÊN ĐIỂN VÀ BÓN VÔI ĐẾN KHẢ NĂNG KHOÁNG HÓA ĐẠM

TRONG ĐẤT

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

MSSV: 3118344 Lớp: TT1172A1

Cần Thơ, 2014

Trang 3

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn:

“ẢNH HƯỞNG CỦA CÀY VÙI CÂY ĐIÊN ĐIỂN VÀ BÓN VÔI ĐẾN KHẢ NĂNG KHOÁNG HÓA ĐẠM TRONG ĐẤT” là công trình nghiên cứu

khoa học của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung

thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nghiên cứu nào trước đây

Tác giả luận văn

Phạm Tuấn Lẫm

Trang 4

ii

KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Luận văn tốt nghiệp kỹ sư ngành Khoa học đất với đề tài:

“ẢNH HƯỞNG CỦA CÀY VÙI CÂY ĐIÊN ĐIỂN VÀ BÓN VÔI ĐẾN

KHẢ NĂNG KHOÁNG HÓA ĐẠM TRONG ĐẤT” do sinh viên Phạm Tuấn

Lẫm thực hiện

Ý kiến đánh giá của cán bộ hướng dẫn: -

-

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

TS Châu Minh Khôi

Trang 5

iii

XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận luận văn đính kèm với đề tài :

“ẢNH HƯỞNG CỦA CÀY VÙI CÂY ĐIÊN ĐIỂN VÀ BÓN VÔI ĐẾN KHẢ NĂNG KHOÁNG HÓA ĐẠM TRONG ĐẤT” Do sinh viên Phạm Tuấn

Lẫm thực hiện và bảo vệ trước Hội đồng

Ngày tháng năm 2014

Luận văn được đánh giá ở mức : -

Ý kiến Hội đồng : -

-

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Trang 6

iv

***

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Đề tài: “ẢNH HƯỞNG CỦA CÀY VÙI CÂY ĐIÊN ĐIỂN VÀ BÓN

VÔI ĐẾN KHẢ NĂNG KHOÁNG HÓA ĐẠM TRONG ĐẤT”

Sinh viên thực hiện: Phạm Tuấn Lẫm MSSV: 3118344 Lớp Khoa Học Đất Khóa 37 báo cáo trước hội đồng

Ý kiến dánh giá của cán bộ phản biện:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm …

Cán bộ phản biện

Trang 7

v

LỜI CẢM TẠ

Thành kính gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Cha Mẹ đã là những người có công sinh thành, là người tạo mọi điều kiện tốt đẹp nhất để con được đi học, luôn luôn bên con,động viên con mỗi khi con bỏ cuộc, giúp đỡ con về mọi mặt trong suốt quá trình học tập

Trân trọng gửi lời biết ơn đến thầy Nguyễn Minh Đông đã quan tâm, giúp

đỡ tạo mọi điều kiện tốt nhất để học tốt hơn Luôn luôn biết ơn đến quý thầy cô của trường đã hết lòng chỉ dạy, truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quí báu trong suốt thời gian em học tại trường

Thành kính biết ơn thầy Châu Minh Khôi và ch ị Nguyễn Hoàng Kim Nương đã tận tình hướng dẫn, quan tâm và giúp đ ỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn tất cả quý Thầy Cô và các anh chị trong phòng phân tích đất tại Bộ môn Khoa Học Đất đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian làm việc tại phòng Chân thành cảm ơn sự nhiệt tình của các bạn lớp Khoa Học Đất K 37 đã giúp đỡ mình trong su ốt quá trình làm luận văn cũng như thời gian h ọc tập tại trường

Trân trọng cảm ơn và kính chào!

Phạm Tuấn Lẫm

Trang 8

* PHẦN II: QUÁ TRÌNH HỌC TẬP CỦA BẢN THÂN

Năm 2011 tốt nghiệp phổ thông trung học tại trường THPT NGÃ SÁU Năm 2011 trúng tuyển vào trường Đại Học Cần Thơ, chuyên ngành Khoa học Đất khoá 37 (2011 – 2015), thuộc Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng

* PHẦN III: ĐỊA CHỈ LIÊN HỆ

 Ấp Đông Bình, xã Đông Phước, huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang

 Điện thoại: 01643316730

 Mail: lam118344@student.ctu.edu.vn

Trang 9

vii

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn ii

Xác nhận của hội đồng chấm luận văn iii

Nhận xét của cán bộ phản biện iv

Lời cảm tạ v

Lý lịch cá nhân vi

Mục lục vii

Tóm lượt ix

Danh sách hình x

Danh sách bảng xi

Danh sách từ viết tắt xii

MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 : LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 Khái quát về cây điên điển 2

1.2 Vai trò của đạm đối với cây trồng 3

1.2.1 Khái quát các nguồn N bản địa 4

1.2.2 Nguồn N từ sự cố định bởi vi sinh vật 4

1.2.2.1 Vi sinh vật cố định đạm sống cộng sinh 5

1.2.2.2 Vi sinh vật cố định đạm sống tự do 5

1.2.2.3 Vi sinh vật cố định vùng rễ 5

1.3 Sự khoáng hóa đạm 6

1.3.1 Quá trình khoáng hóa đạm 7

1.3.1.1 Sự amonium hóa 7

1.3.1.2 Tiến trình Nitrate hóa 9

1.3.2 Vai trò của khoáng hóa đạm 11

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa đạm 12

1.3.3.1 Chất hữu cơ 12

1.3.3.2 Ẩm độ và nhiệt độ 12

1.3.3.3 Cấu trúc đất 12

1.3.3.4 Tình trạng thoáng khí của đất 13

1.3.3.5 Ảnh hưởng của pH 13

1.4 Sự bất động đạm 13

1.5 Sự phân hủy chất hữu cơ và khoáng hóa cacbon (hô hấp đât) 13

1.5.1 Sự phóng thích CO2 từ tiến trình phân hủy chất hữu cơ 13

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ 14

1.5.2.1 Cung cấp vật chất hữu cơ 14

1.5.2.2 Nhiệt độ 15

1.5.2.3 Ẩm độ 15

1.5.2.4 Oxy trong đất 15

1.5.2.5 Đạm 16

1.5.2.6 pH đất 16

CHƯƠNG 2 : PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 17

2.2 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu 17

Trang 10

viii

2.2.1 Bố trí thí nghiệm nhà lưới 17

2.2.1.1 Đất thí nghiệm 17 2.2.1.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 17 2.2.2 Phương pháp đánh giá hiệu quả của việc bón vùi cây điên điển và vôi đến chất lượng đất và khả năng khoáng hóa đạm đạm trong đất 19

2.3 Xử lý kết quả 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tính chất đất nghiên cứu 22 3.2 Ảnh hưởng của bón vùi cây điên điển đến khả năng khoáng hóa đạm đạm

trong đất trong điều kiện thí nghiệm nhà lưới 22 3.2.1 Khả năng khoáng hóa đạm N-NH4+ trên đất trồng lúa 22

3.2.2 Khả năng khoáng hóa đạm N-NO3

trên đất trồng lúa 23

3.2.3 Tổng đạm dễ tiêu trên đất trồng lúa 243.2.4 Khả năng khoáng hóa đạm N-NH4+ trên đất trồng bắp nếp 253.2.5 Khả năng khoáng hóa đạm N-NO3

trên đất trồng bắp nếp 263.2.6 Tổng đạm dễ tiêu trên đất trồng bắp nếp 27

3.2.7 Sự tương quan hàm lượng đạm hữu dụng trên đất trồng lúa và đất

trồng bắp 28

3.3 Ảnh hưởng của vùi cây điên điển đến khả năng khoáng hóa đạm đạm trong

đất 29 3.3.1 Khả năng khoáng hóa đạm N-NH4+ qua các giai đoạn ủ khoáng hóa 29

3.3.2 Khả năng khoáng hóa đạm N-NO3

-

qua các giai đoạn ủ khoáng hóa 30

3.3.3 Tổng đạm dễ tiêu qua các giai đoạn ủ khoáng hóa 32

3.3 Khả năng khoáng hóa đạm cacbon (hô hấp đất) 32 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận 34 4.2 Kiến nghị 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 11

ix

Phạm Tuấn Lẫm, 2014 “Ảnh hưởng của vùi Cây điên điển (Sesbania sesban)

và bón vôi đến khả năng khoáng hóa đạm trong đất” Luận văn tốt nghiệp kỹ

sư ngành Khoa Học Đất, Trường Đại Học Cần Thơ

Cán bộ hướng dẫn: TS Châu Minh Khôi

“Ảnh hưởng của vùi Cây điên điển (Sesbania sesban) và bón vôi đến khả năng

khoáng hóa đạm trong đất” được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của vùi cây điên điển và bón vôi đến độ phì nhiêu của đất và khả năng khoáng hóa đạm trong đất Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhà lưới và phòng thí nghiệm cho hai loại cây trồng lúa và bắp với các nghiệm thức (1) vùi cây điên điển, (2) vùi cây điên điển kết hợp bón vôi, (3) đối chứng không vùi cây điên điển không bón vôi Thí nghiệm được bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên Cây điên điển được trồng trực tiếp trên đất thí nghiệm và vùi lại trong đất Sau đó mẫu đất được tiến hành ủ khoáng hóa trong phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng khoáng hóa đạm Kết quả thí nghiệm cho thấy trồng và vùi cây điên điển kết hợp bón vôi gia tăng chất lượng đất và tăng khả năng khoáng hóa đạm đạm trong đât ở mức ý nghĩa 1% Kết hợp bón vôi với vùi cây phân xanh đã gia tăng khả năng khoáng hóa đạm N

từ đất cho cây trồng Lượng N gia tăng được cung cấp từ sự khoáng hóa của 2 nguồn đạm: đạm hữu cơ hiện diện trong đất và đạm hữu cơ trong sinh khối của cây điên điển

Trang 12

x

DANH SÁCH HÌNH

2.1 Sơ đồ các bước của quá trình thực hiện thí nghiệm 20

3.1 Ảnh hưởng của vùi cây điên điển đến khả năng khoáng hóa

đạm N-NH4+ và N-NO3+ trong đất trồng lúa và bắp nếp 31

3.2 Ảnh hưởng của vùi cây điên điển đến khả năng khoáng hóa

3.3 Ảnh hưởng của vùi cây điên điển đến hô hấp đất 33

Trang 13

1.2 Tổng lượng khoáng hóa (NO3-N và NH4-N) và phần

trăm N khoáng hóa trong điều kiện ủ thoáng khí của một số loại đất đồng bằng Sông Cửu Long

7

2.1 Một số tính chất hóa học của đất thí nghiệm 17

2.1 Các nghiệm thức bố trí trong thí nghiệm 18

2.3 Các giai đoạn bón phân cho lúa và bắp nếp 18 2.4 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu trong đất 21

Trang 15

Luận văn Đại học Ngành Khoa học đất

CBHD: TS Châu Minh Khôi 1 SVTH: Phạm Tuấn Lẫm

Koyama, 1981) Theo Manguiat et al., (1993) cho thấy hàm lượng đạm khoáng hóa

tích lũy có sự tương quan thuận với lượng đạm hấp thụ và năng suất cây trồng Thâm canh lúa liên tục ảnh hưởng bất lợi đến môi trường đất (Nguyễn Bảo Vệ, 2003) Khi canh tác lúa nhiều vụ trong năm hàm lượng đạm trong đất liên tục bị giảm, bề dày tầng đế cày ngày càng tăng, đất bị chua hóa Làm suy giảm độ hữu dụng của đạm hữu cơ trong đất, hạn chế khả năng khoáng hóa đạm trong đất Trong những năm gần đây, phần lớn nông hộ ở ĐBSCL đã chú trọng hơn đến vấn đề hữu

cơ trong sản xuất, việc vùi rơm rạ, phân xanh, phân hữu cơ ngày càng gia tăng trong sản xuất, nhằm cung cấp lại chất hữu cơ cho đất Cây điên điển là một loại cây điển hình trong các loài cây phân xanh cung cấp đạm cho đất Cây điên điển là loài cây mọc hoang, thích hợp với nhiều loại đất, có thể phát triển tốt trên các loại đất mặn

và phèn nhẹ Vì vậy, cây điên điển là lựa chọn tốt cho bón vùi cây phân xanh nhằm cung cấp chất hữu cơ cho đất, làm tăng khả năng khoáng hóa đạm của đạm trong đất Tuy nhiên, ảnh hưởng của vùi các sản phẩm hữu cơ đến khả năng khoáng hóa đạm đạm trong đất chưa được nghiên cứu đầy đủ Do khả năng cung cấp đạm lại cho đất của từng loại chất hữu cơ khác nhau, khả năng ảnh hưởng khoáng hóa đạm cũng

khác nhau….Vì vậy, đề tài tài “Ảnh hưởng của vùi Cây điên điển (Sesbania

sesban) và bón vôi đến khả năng khoáng hóa đạm trong đất” đã được thực hiện

nhằm đánh giá hiệu quả của bón vùi cây điên điển và vôi đến khả năng cung cấp hàm lượng đạm hữu dụng cho đất trồng lúa và bắp nếp Đánh giá ảnh hưởng của vùi cây điên điển và bón vôi đến khả năng gia tăng khoáng hóa đạm của đất

Trang 16

CHƯƠNG 1 : LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÂY CÂY ĐIÊN ĐIỂN

Cây điên điển (còn gọi là cây điền thanh) thuộc loài Sesbania, họ cánh bướm (Papilionaceae), bộ đậu (Leguminossalea), là một loài thực vật thủy sinh có khả

năng thích nghi với nhiều điều kiện môi trường khác nhau Cây điên điển có tác dụng cải tạo đất khi sử dụng làm phân xanh, do rễ của nó cũng giống như rễ của các loài cây họ đậu khác, có các vi khuẩn nốt sần cố định đạm sống cộng sinh Là loài cây hoang dã nên dễ thích nghi với môi trường, có sức cạnh tranh mãnh liệt với sâu bệnh và cây cỏ dại khác Mọc trên phổ đất rộng từ cát đến sét nặng, chịu mặn (1,0% muối với cây non và 1,4% với cây trưởng thành), chịu đất kiềm và chua cũng như chịu ngập, lụt

Bảng 1.1 Hàm lượng đạm trong một số cây phân xanh (%chất khô)

Nguồn: Cục Khuyến nông Khuyến lâm, 2004

Cây điên điển trưởng thành đạt chiều cao 4 – 5 m; chiều rộng tán cây từ 2 – 3 m; rễ ăn sâu khoảng 60 – 70 cm; trọng lượng một cây nếu điều kiện dinh dưỡng tốt đạt tới 20kg Sau một vụ trồng từ 4 – 5 tháng từ 1ha có thể thu được khoảng 60 – 70 tấn chất hữu cơ, lượng đạm thu được từ khí trời khoảng 100kg nitơ Theo Buckman and Brady năm (1984) (Các thuộc tính tự nhiên của đất) thì 1ha trồng cây điên điển tại Bangladesh có thể thu tới 524kg N có thể sử dụng được cho các loại cây khác Nếu đất đã đủ mùn hoặc mùa sau cần làm sớm, thì sau khi gieo khoảng 1 tháng rưỡi (45 ngày) là cày dập Nếu đất cần tăng mùn thì để cây phát triển khoảng 5 tháng cho tăng thêm sinh khối rồi mới cày Bón 1ha khoảng 500kg vôi bột giữ nước ngâm nữa tháng chờ cho cây phân hủy rồi mới trục lại để gieo trồng cây khác

Trang 17

1.2 VAI TRÒ CỦA ĐẠM ĐỐI VỚI CÂY TRỒNG

Đạm là yếu tố quan trọng trong nâng cao năng suất cây trồng Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy N có nguồn gốc từ sự khoáng hóa N hữu cơ đất là nguồn N chính mà cây trồng hấp thụ Thường có khoảng 50 – 80% N hoặc hơn được cây trồng hấp thu có nguồn gốc từ chất hữu cơ (Broadbent, 1978; Koyama, 1981), ngay cả khi bón phân đạm liều lượng cao cũng không thay thế được N của đất

(Cassman et al., 1994) Theo Manguiat et al (1993), cho thấy hàm lượng N khoáng

hóa tích lũy có sự tương quan thuận với lượng đạm hấp thụ và năng suất cây trồng Đạm được xem là nguyên tố quan trọng nhất đối với cơ thể sống vì nó là thành phần cơ bản của các protein N nằm trong nhiều hợp chất cơ bản cần thiết cho sự phát triển của cây như diệp lục và các men Các bazo có đạm, thành phần cơ bản của acid nucleic, trong các AND, ARN của nhân bào, đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp protein và trong việc gia tăng năng suất cây trồng (Megel và Kirkby, 1987) Trên hầu hết các loại cây, bón phân N gia tăng sinh trưởng của cây, đặc biệt là

sự phát triển thân lá Cây được cung cấp N đầy đủ, thân lá và chồi phát triển tốt rễ phát triển cân đối so với cây thiếu N (Ken,2001) Tùy thuộc vào loại cây trồng, giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây mà hàm lượng N cần thiết khác nhau, thay đổi từ 2 – 5% trọng lượng khô Khi cung cấp dưới mức tối hảo thì sinh trưởng của cây bị chậm lại N là nguyên tố đa lượng di động trong lá trưởng thành và chuyển vị tới vùng sinh trưởng mới Do N là nguyên tố di động nên khi N thể hiện ở lá già

Năng suất hạt có mối quan hệ chặt chẽ với N tích lũy trong cây (Cassman et al.,

1996)

Trong đất N được đánh giá qua N tổng số hoặc N dễ tiêu Hơn 95% N ở lớp đất mặt thường hiện dạng hữu cơ Lớp đất mặt có lẽ chứa đến vài ngàn kg N/ha, hầu hết chúng được giữ trong chất hữu cơ và không trực tiếp hữu dụng cho cây trồng Vi sinh vật sẽ biến đổi chất hữu cơ thành N vô cơ, N khoáng hóa là một tiến trình cơ bản quan trọng để cung cấp N cho cả trong tự nhiên và hệ thống cây trồng Lượng N khoáng hóa hữu dụng khác với N khoáng hóa qua vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ

vì cùng lúc lại bị cố định trong sinh khối vi sinh vật Sự khác nhau về số lượng và chất lượng của chất hữu cơ trong đất, yếu tố thời tiết như nhiệt độ, ẩm độ và quản lý đất như làm đất, vùi chất hữu cơ dẫn đến ngưỡng N khoáng hóa trên đồng ruộng thay đổi theo thời gian và không gian Đạm khoáng hóa có thể đo được ở điều kiện chuẩn trong phòng thí nghiệm hoặc có thể sử dụng mô hình dự đoán thông qua hiểu biết về loại đất, khí hậu và phương thức quản lý Dự đoán N khoáng hóa trên đồng ruộng là vấn đề nghiên cứu quan trọng trong thâm canh (Campbell et al., 1993)

Trang 18

Ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đất phèn có hàm lượng N tổng số cao nhất, thường hơn 0,20% Đất phù sa có hàm lượng đạm tổng số từ trung bình đến khá Đạm là yếu tố giới hạn năng suất chủ yếu trên đa số các loại đất và cây trồng ở ĐBSCL (Nguyễn Mỹ Hoa, 1998)

1.2.1 Khái quát các nguồn N bản địa

Các nguồn N bản địa bao gồm sự lắng tụ từ khí quyển và nước tưới, xác bã thực vật được vùi, sự cố định đạm sinh học, sự khoáng hóa n từ chất hữu cơ ở tầng đất mặt, N ở tầng bên dưới, và sự phóng thích N-NH4

chất hữu cơ gia tăng, và mức độ mùn hóa sẽ giảm (Dawe et al., 2000)

1.2.2 Nguồn N từ sự cố định bởi vi sinh vật

Bên cạnh sự quang tổng hợp, sự cố định N sinh học có lẽ là phản ứng sinh hóa học quan trọng nhất trong đời sống trên trái đất Thông qua tiến trình này có một số loài vi sinh vật có thể chuyển khí N2 (dinitrogen) trong khí quyển thành hợp chất hữu chứa N và sau đó trở nên hữu dụng cho cây trồng Nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, xạ khuẩn có khả năng khử N2 thành NH3 ở nhiệt độ và áp suất xung quanh trong đất Các loài vi sinh vật này có vai trò duy nhất trong chu kỳ đạm là biến đổi

N2 thành dạng đạm hữu cơ

Sự cố định N sinh học xảy ra thông qua nhiều hệ thống vi sinh vật không kết hợp hoặc kết hợp trực tiếp với các thực vật bậc cao Có 3 hệ thống chính:

- Hệ thống cộng sinh tạo nốt sần

- Hệ thống cộng sinh, không tạo nốt sần (sự liên kết)

- Hệ thống không cộng sinh (sống tự do)

Một vài hệ thống cố định N chuyên biệt giữa ký chủ và vi sinh vật xảy ra mà không tạo nốt sần; chẳng hạn bề mặt rễ hoặc các khoảng gian bào của vỏ tế bào là nơi sinh sống của vi sinh vật cố định N, hiện tượng này gọi là sự liên kết vùng rễ (Dobereiner, 1983) Một số vi sinh vật có hiện tượng liên kết này rất cao và cung cấp rất nhiều N dự trữ cho cây trồng

Trang 19

Trong trường hợp các vi khuẩn sống tự do trong đất hay bề mặt đất, khả năng

cố định bị giới hạn do giới hạn của các chất nền (thiếu xác bã hữu cơ trong đất) ngoại trừ các vi sinh vật có khả năng tự dưỡng như tảo lam (Nguyễn Bảo Vệ, 2004)

1.2.2.1 Vi sinh vật cố định đạm sống cộng sinh

Dựa vào nguồn cung cấp Carbon cần thiết cho tiến trình cố định N2, người ta chia ra hai hệ thống cố định N cộng sinh như sau:

Những cây thuộc và không thuộc họ đậu có nốt sần Các vi sinh vật cố định N

bao gồm Rhizobium (thuộc họ đậu) hoặc actinomyces (không thuộc họ đậu: alnus hoặc casuarinas) sống trong nốt sần của rễ và lấy cacbohydrate trực tiếp từ cây ký

chủ

Sự cộng sinh với tảo lam bao gồm các địa y (nấm và tảo lam của chi Nostoc)

và bèo hoa dâu azolla sống ở nước ngọt cộng sinh với tảo lam anabaena azolla

Nguồn carbohydrate cần thiết cho sự cố định N được cung cấp ít nhất một phần từ

sự quang hợp của bản thân vi khuẩn

1.2.2.2 Vi sinh vật cố định đạm sống tự do

Sự đóng góp của các vi khuẩn Clostridium pasteurianum (được phân lập bởi Winosgradsky vào năm 1983) và Azotobacter chroococcum (được phân lập bởi

Beijerinck vào năm 1901) cho cân bằng N được xem là rất nhỏ, trung bình hằng năm

thấp hơn 1kg/ha (Bothe et al., 1983)

Các yếu tố chính giới hạn sự cố định N này là do:

Sự cạnh tranh giữa các vi khuẩn trên với các vi sinh vật dị dưỡng khác carbon hữu dụng trong đất (dạng carbon hữu cơ trong xác bã)

Ảnh hưởng của sự cố định bởi các vi khuẩn sống tự do thấp hơn nhiều so với các vi khuẩn cố định N cộng sinh Các vi khuẩn sống tự do yêu cầu từ 50 – 400 carbon để

cố định 1mg N2 (Mulder, 1975)

Sự cố định N của các vi khuẩn sống tự do khác với tảo lam, có khả năng tự dưỡng sống ở gần bề mặt đất hoặc ở vùng nước cạn Thí nghiệm ở Rothamsted cho thấy sự

đóng góp hằng năm cho sự cân bằng N khoảng 13 – 28 kg N/ha (Witty et al., 1979)

Ở ruộng lúa nước, sự cố định N của tảo lam hằng năm khoảng 30 – 50 kg N/ha

Trang 20

cao thuận lợi cho sự tiết dịch rễ cũng như sinh trưởng và cố định N của vi sinh vật

lien kết vùng rễ (Cohen et al., 1980) Vì vậy, tốc độ cố định N của vi sinh vật liên

kết vùng rễ ở các loại cây quang hợp cao C4 (như mía và bắp), được trồng ở nhiệt đới ẩm, thường cao hơn tốc độ cố định ở loài cây C3 trong vùng ôn đới (Ehleringer, 1978)

1.3 SỰ KHOÁNG HÓA ĐẠM

Khoáng hóa đạm là tiến trình N vô cơ được phóng thích ra từ N hữu cơ do hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật đất nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng và phát triển sinh khối của chúng (Jansson and Person, 1982; Blackburn and Knowles,1993)

Tiến trình này có thể xảy ra trong điều kiện yếm khí và thoáng khí Nếu xảy ra trong điều kiện thoáng khí gọi là tiến trình nitrate hóa, N-NH4+ bị oxy hóa thành

NO2

và N-NO3

do sinh vật tự dưỡng (Nitrosomanas và nitrobacter) thực hiện

Ngược lại nếu xảy ra trong điều kiện yếm khí thì gọi là amon hóa, chuyển N hữu cơ thành dạng N-NH4

+

do tập đoàn vi sinh vật dị dưỡng thực hiện ( Paul and Clark, 1996) Thường N có trong thành phần không mùn (Proteins, cacbonhydrates) bị khoáng hóa nhanh, trong khi đó N có trong lignin, tannin và các chất mùn của đất bị khoáng hóa rất chậm trong điều kiện ngập nước (Stevenson, 1986)

Một lượng lớn đạm (N) trong đất dưới dạng hợp chất hữu cơ, các hợp chất này bị vi sinh vật tấn công sau đó N được phóng thích dưới dạng ion ammonium và được oxy hoá thành N nitrate Sự khoáng hoá là một tiến trình oxy hoá, vì vậy cần đều kiện đất thoáng khí Nhiều nghiên cứu cho thấy khoảng 1,5-3,5% N hữu cơ

trong đất được khoáng hoá hàng năm Theo Ngô Ngọc Hưng et al (2004) khả năng

khoáng hóa đạm tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ, ẩm độ và tình trạng thoáng khí của đất, đất thoáng khí và thoát nước tốt giúp tăng cường sự khoáng hoá Thí nghiệm

của Hứa Thanh Thảo et al (2000) về tổng lượng N khoáng hóa ủ trong điều kiện

thoáng khí thay đổi rất nhiều tùy theo hàm lượng và chất lượng của N tổng số trong đất Khả năng khoáng hóa đạm xảy ra nhanh giai đoạn đầu của 10 – 15 ngày sau khi

ủ và sau đó giảm đi nhiều Đất có thời gian khô càng nhiều thì phần trăm N tổng số của đất khoáng hóa càng cao Sự khoáng hóa N tổng số sau 30 ngày ủ đất, 3 vụ lúa đạt 100,65 mg N/kg đất, đất 2 vụ lúa đạt 91,11 mg N/kg đất và đất chuyên màu đạt 69,24 mg N/kg đất Điều này cho thấy hàm lượng chất hữu cơ tương quan đến tiến trình khoáng hóa N Phần trăm tổng lượng N khoáng hóa ở đất chuyên màu cao nhất 6,01%, kế đó là đất 2 vụ lúa 4,37% và thấp nhất ở đất 3 vụ lúa 3,42%

Trang 21

Bảng 1.2: Tổng lƣợng khoáng hóa (NO 3 -N và NH 4 -N) và phần trăm N khoáng hóa trong điều kiện ủ thoáng khí của một số loại đất đồng bằng Sông Cửu Long

1,61 (1,53)

29,8 (2,84)

63,0 (3,43)

Đất lúa 2 vụ 0,63

11,7 (1,86)

18,1 (2,87)

27,1 (4,3)

27,6 (4,38)

Đất màu 0,49

11,6 (2,37)

18,5 (3,78)

29,5 (6,02)

Nguyễn Bảo Vệ et al., 1999

1.3.1 Quá trình khoáng hóa đạm

Trước khi có phân hóa học, N có nguồn gốc từ sự khoáng hóa N hữu cơ trong đất là nguồn N chính mà cây hấp thụ Thường thì 50-80% N hoặc hơn thế nữa được cây lúa hấp thụ có nguồn gốc từ chất hữu cơ (Broadbent, 1978) Trên 90% N ở tầng mặt của hầu hết các loại đất đều ở dạng hữu cơ (Kowalenko, 1978) Để cung cấp N hữu dụng cho cây trồng các chất N này phải trải qua 2 giai tiến trình: tiến trình amonium hóa chuyển N hữu cơ thành N-NH4+ và tiến trình nitrate hóa N-NH4+thành N-NO3-

1.3.1.1 Sự amonium hóa

Trong đất vi sinh vât vật sử dụng N như là nguồn nguyên liệu để phát triển sinh khối của chúng (Janson and Presson, 1982) Sự phân hủy các protein, amino acid thành N-NH4+ của vi sinh vật gọi là tiến trình amonium hóa

Tiến trình này xảy ra trong cả 2 điều kiện yếm khí và háo khí (Jonis và ctv.,

1996) Quần thể vi sinh vật dị dưỡng trong đất bao gồm nhiều nhóm vi khuẩn và nấm, mỗi nhóm đáp ứng một hoặc nhiều bước trong phản ứng phân hủy chất hữu cơ Sản phẩm cuối cùng cho sự hoạt động của một nhóm là nguồn nguyên liệu cung cấp cho phản ứng tiếp theo, cứ như thế cho đến khi chất hữu cơ hoàn toàn bị phân hủy Theo Brady (1984), tiến trình amonium hóa được diễn ra như sau:

Trang 22

Protein  R – NH2 + Năng lượng + sản phẩm khác

R – NH2 + HOH  NH3 + R – OH + năng lượng

2NH3 + H2CO3  ( NH4)2CO3 = 2NH4+ + 2CO3

-Tiến trình amonium hóa có thể thực hiện được trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí, môi trường oxy hóa hay môi trường khử (Vũ Hữu Yêm, 1995) Nhiệt độ tối hảo cho tiến trình amonium hóa khoảng 40 – 600C (Phạm Văn Kim, 1999)

Sự amonium hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường, đặc biệt là các yếu tố có liên quan trực tiếp đến các tiến trình xảy ra trong đất

- Chất hữu cơ: tốc độ phân hủy và khoáng hóa của các thành phần hữu cơ ở đất có cấu trúc thô nhanh hơn ở đất có cấu trúc mịn (Van Veen and Kui Kman, 1990) vì chất hữu cơ và sinh khối của vi sinh vật trong đất có cấu trúc mịn được bảo

vệ về mặt vật lý hơn Chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt với N tổng số (Casman, 1996) Nguyễn Bảo Vệ (1997) cho rằng hàm lượng N khoáng hóa trong đất phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ Tỉ số C/N ảnh hưởng đến sự khoáng hóa

N trong đất, tỉ số C/N càng cao thì khả năng khoáng hóa đạm càng giảm (Phạm Văn

Kim, 1996) Tỉ số C/N = 20:1 được coi là cân đối (Tisdale et al., 1985)

- Ẩm độ và nhiệt độ: ẩm độ trong đất ảnh hưởng đến khả năng khoáng hóa đạm N trong đất Đất có ẩm độ 70% hàm lượng N khoáng hóa khoảng 180 ppm sau

28 ngày ủ và hàm lượng chỉ đạt 40 ppm ở ẩm độ 27% khả năng giữ nước của đất trên cùng một điều kiện thí nghiệm Ẩm độ thích hợp cho sự khoáng hóa amonium thường là 50-60% khả năng giữ nước của đất

- Nhiệt độ tối hảo cho quá trình amonium hóa khoảng 50-600C Nhiệt độ lạnh lâu dài cũng làm cho khả năng khoáng hóa đạm xảy ra chậm Do đó, vùng ôn đới nhiệt độ lạnh làm chậm khả năng khoáng hóa đạm và đất có nhiều mùn hơn vùng nhiệt đới

- Tình trạng thoáng khí của đất: khả năng khoáng hóa đạm cũng phụ thuộc vào điều kiện thoáng khí Sự khoáng hóa cần có nước nhưng nếu ẩm độ quá cao gây

Trang 23

ra yếm khí thì sẽ dẫn đến tình trạng phân hủy chất hữu cơ giảm Đối với ruộng ngập nước việc cày ải, phơi đất giúp đất thoáng khí trước khi trở lại trạng thái ẩm sẽ cho lượng amonium khoáng hóa cao hơn đất bị ngập liên tục Ngoài ra, việc bón vôi cho ruộng cũng làm tăng lượng NH3 khoáng hóa

- Ảnh hưởng của pH: Theo Lê Văn Căn (1978), pH của đất không ảnh hưởng mạnh đến tiến trình amonium hóa trừ trường hợp pH thấp như đất phèn, quá trình amonium hóa xảy ra mạnh ở pH trung tính

Ngoài ra, tất cả những yếu tố nào liên quan đến hoạt động của vi sinh vật đều

có ảnh hưởng đến sự khoáng hóa như nông dược sử dụng trong quá trình canh tác Nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của nông dược, cho thấy khi sử dụng dydrene và Maneb ở liều lượng 960 g/kg đất làm ảnh hưởng đến tiến trình amonium hóa nhưng không ảnh hưởng ở liều lượng 60 g/kg đất mặc dù nitrate hóa bị chậm trễ

1.3.1.2 Tiến trình Nitrate hóa

Đạm amonium sau khi được phóng thích từ sự phân hủy chất hữu cơ sẽ biến thành đạm nitrat Sự oxid hóa amonium chuyển sang nitrat gọi là nitrat hóa Theo

Võ Thị Gương et al, 2004 và Đỗ Thị Thanh Ren (1999) quá trình nitrate hóa trải qua

hai bước:

Bước 1: NH4

+

biến đổi thành NO2- 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ + Năng lượng

Phản ứng được xúc tiến bởi các vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas; một số vi

sinh vật dị dưỡng gồm các vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm cũng có thể tham gia vào

phản ứng này nhưng hoạt động của Nitrosomonas là quan trọng nhất, ngoài NH4+

các amine, amid, hydroxylamin và một số hợp chất đạm khác cũng bị oxid hóa thành NO2-

Bước 2: Sự biến đổi NO2

2NO2- + O2 2NO3- + Năng lượng

Nitrobacter là vi sinh vật tự dưỡng quan trọng nhất thúc đẩy sự biến đổi này,

một vài vi sinh vật dị dưỡng mà phần lớn là nấm cũng tham gia phản ứng trên (Võ

Thị Gương et al, 2004) Khi đạm NH4+ được khoáng hóa sẽ được nitrate hóa tạo thành đạm NO3

-, đất ngập nước trong mùa mưa thì NO3

bị khử thành NO, N2O, N2làm mất đạm trong đất và sự khử đạm ở tầng đất bên dưới sẽ làm cho đạm bị mất đi

ở dạng hơi (Lê Văn Khoa, 1998)

Trang 24

Theo Đỗ Thị Thanh Ren (1999) ở đất lúa nước sự mất đạm do khử nitrate có thể rất cao thông thường có 60 – 70% lượng đạm bón vào bị bay hơi dưới dạng NO2

và N2 Quá trình nitrate hóa được thực hiện trong phạm vi pH khá rộng từ 5,5 – 10,0, tốt nhất là 6,2 – 8,2; nhiệt độ từ 20 – 300C và ẩm độ đất từ 60 – 70% (Vũ Hữu Yêm, 1995)

Chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt chẽ với đạm tổng số của đất (Stevenson, 1982) nhưng đạm hữu dụng lại tương quan không cao với chất hữu cơ hoặc với đạm tổng số Thành phần di động của hợp chất hữu cơ như calcium humates (CaHA) có liên quan đến khả năng phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh vật nên có vai trò quan

trọng trong sự khoáng hoá đạm của đất (Nguyễn Bảo Vệ et al., 1997) Hàm lượng

đạm khoáng hoá được ở đất lúa không những tuỳ thuộc vào số lượng mà còn tuỳ

thuộc vào mức độ mùn hoá của chất hữu cơ (Nguyễn Bảo Vệ et al., 2004)

Đạm cung cấp cho cây lúa chủ yếu phụ thuộc vào đạm tổng số chứa trong đất, sự chuyển hoá đạm ở trong đất được hấp thu chủ yếu bởi rễ lúa Đạm tổng số tập trung

ở tầng đế cày của 410 loại đất ở Châu Á biến động từ 0,02-0,92% trọng lượng đất phơi khô trong không k1hí Trung bình 0,13% và trong đó khoảng 78% của những loại đất này chứa ít hơn 0,15% đạm (Kundu và Ladha, 1999)

Ở đất phù sa ĐBSCL sau 84 ngày khoáng hoá trong điều kiện yếm khí thì đất có hàm lượng khoáng hoá cao nhất là 221 mg/Kg với tốc độ khoáng hoá ở điểm này là 0,72 mgN/Kg đất/ngày (Nguyễn Bảo Vệ, 2003)

Trên cùng một loại đất khi điều khiển pH khác nhau thì hàm lượng đạm khoáng hoá cũng thay đổi Sau 28 ngày ủ, hàm lượng N-NH4

+

đo được 9,7 mg/100 g đất ở mẫu

có pH = 10,9 trong khi đó hàm lượng này chỉ đạt 3,2 mg/100 g đất ở pH = 7,8 (Phạm Văn Kim, 1999)

Tóm lại, N trong đất là một thành phần quan trọng, nó cung cấp dưỡng chất chính cho cây trồng sinh trưởng và phát triển Khả năng cung cấp N của đất nói lên rằng đất có phì nhiêu hay không, có đáp ứng được cho cây trồng hay không thông qua tiến trình khoáng hóa N trong đất

Trang 25

1.3.2 Vai trò của khoáng hóa đạm

Hàm lượng N khoáng hóa trong đất có sự tương quan với hàm lượng N hấp thu trong cây, điều này cho thấy có thể sử dụng lượng đạm N-NH4

+

trong đất như một chỉ tiêu để đánh giá khả năng cung cấp N từ đất cho cây trồng (Nguyễn Mỹ Hoa, Nguyễn Thị Thu Trang, 2007)

Khoáng hóa là một tiến trình quan trọng trong đất bởi vì nó điều chỉnh sự đáp ứng và tầm quan trọng của khoáng hóa N đối với cây trồng Việc dự đoán chính xác lượng N khoáng hóa là một yêu cầu quan trọng cho việc đánh giá hiệu quả sử dụng

N trong nhiều hệ thống mùa vụ (Honeycutt,1999)

Khoáng hóa N là một công cụ đo lường đặc tính đất: đất có tiềm năng khoáng hóa N cao vốn có khuynh hướng phì nhiêu, trong khi đất có tiềm năng khoáng hóa N thấp có khuynh hướng ít phì nhiêu

Canh tác thâm canh với việc cung cấp chất hữu cơ thấp nhất làm cạn kiệt chất hữu cơ trong đất, gây ra sự suy giảm nghiêm trọng tiềm năng của tiến trình khoáng hóa N để cung cấp đạm hữu dụng cho cây trồng

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa đạm

Sự khoáng hóa đạm trong đất là một tiến trình chịu ảnh hưởng của nhiều yếu

tố như hoạt động của vi sinh vật, hàm lượng vật chất hữu cơ, ẩm độ, nhiệt độ, cấu trúc đất, độ thoáng khí trong đất, pH đất

1.3.3.1 Chất hữu cơ

Tốc độ phân hủy và khoáng hóa của các thành phần hữu cơ trong đất có cấu trúc thô nhanh hơn trong đất có cấu trúc mịn (Van Veen và KuiKman, 1990), vì chất hữu cơ và sinh khối của vi sinh vật trong đất có cấu trúc mịn được bảo vệ về mặt vật lý tốt hơn Chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt với N tổng số trong đất (Stevenson,1986) nhưng hàm lượng n hữu dụng lại tương quan không cao với n tổng

số (Casman et al., 1996) Hàm lượng N khoáng hóa phụ thuộc vào hàm lượng và

chất lượng CHC, tỷ số C/N càng cao thì khả năng khoáng hóa đạm N càng giảm, tỷ

số C/N là 20 được xem là cân đối (Walley F và Yates T., 2002; Haney, R L et al.,

2008)

1.3.3.2 Ẩm độ và nhiệt độ

Ẩm độ trong đất ảnh hưởng đến khả năng khoáng hóa đạm N trong đất Theo Alexxander (1961) cho biết, đất có ẩm độ khoảng 70% thì hàm lượng N khoáng hóa sau 28 ngày ủ là khoảng 180ppm và hàm lượng N chỉ đạt khoảng 40ppm khi ẩm độ

là 27% khả năng giữ nước của đất trong cùng một điều kiện thí nghiệm Ẩm độ thích hợp cho sự khoáng hóa ammonium thường khoảng 50 – 60 % khả năng giữ nước của đất

Trang 26

Nhiệt độ tối hảo cho quá trình ammonium hóa là 50 – 60% Nhiệt độ lạnh lâu dài cũng làm cho khả năng khoáng hóa đạm xảy ra chậm, do đó ở vùng ôn đới nhiệt

độ lâu dài làm cho khả năng khoáng hóa đạm chậm, nên đất có nhiều mùn hơn ở vùng nhiệt đới (Alexander, 1961)

1.3.3.3 Cấu trúc đất

Cấu trúc đất ảnh hưởng đến sự khoáng hóa N chủ yếu là do ảnh hưởng bởi hàm lượng sét trong đất Cấu trúc đất ảnh hưởng chủ yếu đến môi trường vi sinh vật

trong đất và các tiến trình trong đất như sự phân hủy vật chất hữu cơ (Scott et al.,

1996 trích trong Luo Y và Zhou X., 2006) Nhìn chung đất có cấu trúc thô thì hoạt động của cộng đồng vi sinh vật mạnh hơn và sự khoáng hóa vật chất hữu cơ dễ hơn trên đất có cấu trúc mịn Chất hữu cơ trong đất có cấu trúc thô dễ phân hủy hơn trong đất có cấu trúc mịn Khi hàm lượng sét gia tăng thì sự liên kết giữa bề mặt đất

và vật chất hữu cơ sẽ bền hơn, vì các liên kết vật lý và hóa học của bề mặt đất và vật

chất hữu cơ sẽ gia tăng (van Veen et al., 1985; Tisdale và Oades, 1982 trích trong Walley F và Yates T., 2002)

1.3.3.4 Tình trạng thoáng khí của đất

Khả năng khoáng hóa đạm cũng phụ thuộc vào điều kiện thoáng khí của đất

Sự khoáng hóa cần có nước nhưng nếu ẩm độ quá cao sẽ gây ra tình trạng yếm khí, dẫn đến sự phân hủy chất hữu cơ giảm Đối với đất trồng lúa thì việc cày ải phơi đất giúp đất thoáng khí sẽ làm cho hàm lượng ammonium khoáng hóa cao hơn khi đất bị ngập nước liên tục

1.3.3.5 Ảnh hưởng của pH

pH đấy không ảnh hưởng mạnh đến tiến trình ammonium hóa, ngoại trừ pH đất thấp như đất phèn, quá trình ammonium hóa xảy ra ở pH đất trung tính (Lê văn Căn., 1978)

Ngoài ra, những yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật cũng ảnh hưởng đến sự khoáng hóa như nông dược được sử dụng trong quá trình canh tác Khi sử dụng Dydrene và Maneb ở liều lượng 960g/kg đấtlàm ảnh hưởng đến tiến trình ammonium hóa, nhưng ở liều lượng 60g/kg thì không ảnh hưởng mặc dù quá trình nitrate hóa bị chậm lại (Dubey và Rodrquez trích trong Tất Anh Thư, 2008)

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	764,4 KB