ẢNH HƯỞNG của CHẾ độ nước lên sự BIẾN đổi của một số DẠNG đạm TRÊN đất PHÈN và PHÙ SA TRỒNG lúa

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứuBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ---oOo--- Lê Thị Thùy Dương ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NƯỚC LÊN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘ

Trang 1

Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

-oOo -

Lê Thị Thùy Dương

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NƯỚC LÊN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘT SỐ DẠNG ĐẠM TRÊN ĐẤT PHÈN

VÀ PHÙ SA TRỒNG LÚA

Chuyên ngành: Khoa Học Đất

Mã số sinh viên: 3053108

LUẬN ÁN KỸ SƯ KHOA HỌC ĐẤT

Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Ngô Ngọc Hưng ThS Nguyễn Minh Đông

Cần Thơ – 2009

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây

Tác giả luận văn

Lê Thị Thùy Dương

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & 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 CHẾ ĐỘ NƯỚC LÊN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘT

SỐ DẠNG ĐẠM TRÊN ĐẤT PHÈN VÀ PHÙ SA TRỒNG LÚA

Do sinh viên Lê Thị Thùy Dương thực hiện từ 01/2009– 05/2009

Cần thơ, ngày tháng năm 2009

Cán Bộ Hướng Dẫn

PGS TS Ngô Ngọc Hưng

Trang 4

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

BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận luận văn tốt nghiệp Kỹ Sư ngành Khoa Học Đất với đề tài:

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NƯỚC LÊN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MỘT

SỐ DẠNG ĐẠM TRÊN ĐẤT PHÈN VÀ PHÙ SA TRỒNG LÚA

Do sinh viên Lê Thị Thùy Dương thực hiện từ 01/2009 – 05/2009 và bảo vệ trước hội đồng

Ý kiến của Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp:

Luận văn tốt nghiệp được Hội đồng đánh giá ở mức:

Cần thơ, ngày tháng năm 2009

Chủ tịch Hội đồng

Trang 5

Lê Thị Thùy Dương, 2009 “Ảnh hưởng của chế độ nước lên sự biến đổi của một

số dạng đạm trên đất phèn và phù sa trồng lúa” Luận văn tốt nghiệp ngành

Khoa Học Đất, khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, trường Đại Học Cần Thơ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Ngô Ngọc Hưng

Trang 6

2 1.1 Hoạt động khoáng hóa đạm của vi sinh vật trên đất lúa 2

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình Nitrate hóa 4 1.2 Ảnh hưởng của chế độ nước lên sự mất đạm trên đất lúa 4 Chương 2 - PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP

12

2.2.2 Thí nghiệm đo sự bốc thoát hơi ammonia-NH3 14

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

20 3.1 Lượng bốc thoát khí NH3 từ thí nghiệm qua các thời điểm

Trang 7

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG VÀ ĐỊA CHỈ LIÊN HỆ CỦA TÁC

Trang 8

DANH SÁCH HÌNH

2 Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường ảnh hưởng lên khả năng

3 Ảnh hưởng pH đến sự cân bằng giữa NH4+

6 Diễn biến pH nước chậu ở hai thời kỳ bón phân 7 NSKS và 20

7 Diễn biến lượng NH3 bốc thoát ở hai thời kỳ bón phân 7 NSKS và

Trang 9

DANH SÁCH BẢNG

1 Ảnh hưởng của pH đến sự cân bằng của [NH3 + NH4

+] trong nước

7

3 Thời gian lấy mẫu của thí nghiệm đo tiềm năng Nitrate hóa giai

đoạn 0 NSKS và 30 NSKS

14

5 Hàm lượng NH4+-N trong mẫu đất ở hai giai đoạn: đầu thí

nghiệm và 40 NSKS

26

Trang 10

MỞ ĐẦU

An ninh lương thực Châu Á phụ thuộc rất lớn vào lúa nước, chiếm ba phần tư sản

lượng lúa gạo thu được (Maclean et al., 2002) Tuy nhiên, việc gia tăng sự khan hiếm nước sạch đã và đang đe dọa tính bền vững của hệ sinh thái lúa nước (Guerra et al.,

1998; Tuong and Bouman, 2003) Nhiều kỹ thuật để tiết kiệm nước tưới một cách hiệu quả và chủ động đã được ứng dụng baio gồm việc gieo hạt, giữ cho đất thấm nước và giữ đất ở tình trạng khô ngập luân phiên Tuy nhiên hiệu quả mang lại vẫn chưa cao (Bouman and Tuong, 2001) Việc bón phân cho cây trồng nhằm mục đích cung cấp dinh dưỡng để đạt năng suất cao và cải thiện hoặc duy trì điều kiện đất thích hợp cho sản xuất cũng đóng một vai trò rất quan trọng, trong đó, chủ yếu là phân N chiếm 56% (IFA, 2002) Tuy nhiên, cây trồng chỉ hấp thu khoảng 50% lượng phân N bón vào Ở đất canh tác lúa ngập nước liên tục, NH4+ là dạng đạm hữu dụng chủ yếu (Belder et

al., 2005) Sự mất đạm hầu hết xảy ra ngay sau khi phân đạm được bón vào ruộng lúa

thông qua tiến trình bốc thoát hơi ammonia (Vlek and Craswell, 1981) Sự bốc thoát

NH3 được ghi nhận là tiến trình gây ra sự mất đạm có ý nghĩa trên đất lúa ở Châu Á

nhiệt đới (Freney et al., 1990) Mặt khác, trong hệ canh tác lúa thoáng khí, dạng đạm

tồn tại chủ yếu là NO3- và chính vì vậy sự mất đạm do bốc thoát hơi ammonia là không đáng kể Điều kiện khô-ngập có thể đẩy mạnh tiến trình nitrate hóa và khử nitrate hóa dẫn đến kết quả là mất đạm ở dạng N2O và N2 Thêm vào đó, nitrate sẽ

thiên về chiều hướng thấm lậu (Bouman et al., 2002) Những con đường gây mất đạm

trong đất không chỉ dẫn đến việc hao phí lượng phân bón vào mà chúng còn đưa N vào môi trường thông qua sự vận chuyển và lắng động khí Việc đưa lượng N quá mức và liên tục như thế gây bất lợi cho môi trường nước và không khí Bốc thoát ammonia gây ra phú dưỡng hoá nước mặt và trực di làm nhiễm nitrate nước ngầm

Ngoài ra chúng còn gây hại cho hệ sinh thái như sự axít hoá (Vitousek et al., 1997) và làm thay đổi đa dạng sinh học (Stevens et al., 2004; Emmett, 2007, FAO, 2001,

Bouwman et al., 2001) Đề tài “Ảnh hưởng của chế độ nước lên sự biến đổi của

một số dạng đạm trên đất phèn và phù sa trồng lúa” được thực hiện nhằm mục

Trang 11

CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 HOẠT ĐỘNG KHOÁNG HÓA ĐẠM CỦA VI SINH VẬT TRÊN ĐẤT LÚA

Lúa nước chiếm gần 75% sự sản xuất lúa gạo trên thế giới Trong việc canh tác lúa, đạm thường là yếu tố giới hạn năng suất nhiều nhất (Buresh and De Datta, 1991), và việc bổ sung thêm phân đạm thì có tác động rất quan trọng đối với năng suất lúa Việc bón phân đạm vô cơ dạng NH4+ đã làm tăng năng suất trong suốt những thập niên qua, nhưng hiện tại hiệu quả sử dụng phân đạm của cây trồng đã cho thấy có khuynh

hướng giảm (Cassman et al., 1995) Những tiến trình sinh học trong đất chẳng hạn

như sự khoáng hóa, tiến trình nitrat và khử nitrat hóa, có ảnh hưởng rất lớn đến động thái của đạm trong đất và nó chi phối sự hấp thu đạm của cây trồng Các tiến trình biến đổi đạm chính xảy ra trên đất lúa

1.1.1 Quá trình amôn hóa

N-chất hữu cơ → NH3Quần thể vi sinh vật dị dưỡng trong đất bao gồm nhiều nhóm vi khuẩn nấm Mỗi nhóm đáp ứng một hoặc nhiều bước trong phản ứng phân huỷ 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 vậy cho đến khi chất hữu cơ hoàn toàn bị phân huỷ (Võ Thị

Gương et al., 2004)

Chất hữu cơ bị vi sinh vật dị dưỡng phân huỷ và giải phóng NH4+ (Đỗ Thị Thanh Ren, 1999)

Protein à R-NH2 + Năng lượng + Sản phẩm khác

R-NH2 + HOH à NH3 + R-OH + Năng lượng

2NH3 + H2CO3 à (NH4)2CO3 = 2NH4+ + 2CO3Tiến trình amonium hoá có thể thực hiện được trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí, môi trường oxy hoá hay môi trường khử (Vũ Hữu Yêm, 1995) Nhiệt độ tối hảo cho tiến trình ammonium hoá khoảng từ 40-60 0C (Phạm Văn Kim, 1999

-1.1.2 Quá trình nitrate hóa

Quá trình này được thực hiện qua 2 bước

• Bước 1: oxy hóa ammonium thành nitrite, thực hiện bởi vi khuẩn tự dưỡng

giống Nitriso- như Nitrosomonas, Nitrosococus, Nitrosopira, Nitrosolobus,

Nitrosovibrio Phản ứng xảy ra qua hai giai đoạn:

NH3 + O2 + 2H+ + 2e- NH2OH + H2O

NH2OH [HNO] + 2H+ + 2e

-NH2OH + O2 NO2- + H2O + H+

Trang 12

Điều kiện thiếu oxy trong quá trình này có khả năng hình thành khí N2O do NO2- được sử dụng như là chất oxy hóa Năng lượng tiêu hao trong quá trình này là khoảng 63,8 kcal

• Bước 2: quá trình nitrate hóa được thực hiện bởi vi khuẩn tự dưỡng Nitrobacter, Nitrospira

NO2- + 1/2 O2 NO3- + 17.5 Kcal

Quá trình khử đạm nitrate được hình thành trong điều kiện hiếm khí, thoát khí kém có

đầy đủ chất khử lại có mặt các khuẩn khử Pseudomonas denitrificans, Micrococcus

denitrificans, Micrococcus halodenitrificans; hoặc có vi sinh vật tự dưỡng hóa năng

như Thiobacilus denitrificans, Hydrogenomonas agilis sẽ khử thành đạm tự do bay đi

(Dương Minh Viễn, 2006)

Khi đạm NH4+ được khoáng hoá sẽ được nitrate hoá tạo thành đạm NO3- Đất ngập nước trong mùa mưa thì NO3- bị khử thành NO, N2O, và N2 làm 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)

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 hoá được thực hiện trong phạm vi pH khá rộng từ 5,5-10,0, tốt nhất

là 6,2-8,2; nhiệt từ 20-30 0C 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 khí 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, 2003b)

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

Trang 13

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)

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình nitrate hóa

Sự hiện diện của nhóm vi sinh vật tham gia quá trình nitrate hóa

Độ thoáng khí của đất: tốt nhất khi ẩm độ đạt thủy dung ngoài đồng hoặc nước chiếm 60% độ xốp của đất

Hàm lượng NH4+ và CO2 trong không khí đất

pH: phần lớn vi sinh vật nhóm nitrate hóa tự dưỡng phát triển tốt nhất ở phản ứng trung tính của đất Tuy nhiên vẫn gặp trường hợp nitrate hóa xảy ra tốt ở pH<4.5

Nhiệt độ, nguyên tố dinh dưỡng, hiện diện và nồng độ của các chất ức chế

Hình 1.1: Động thái chất đạm trên đất lúa nước

Đất ngập nước hoặc đất ướt có ảnh hưởng đến một số dinh dưỡng quan trọng cho sự phát triển và năng suất của cây lúa, mà đặc biệt là đạm.(Ponnamperuma, 1972)

Theo Fillery et al., (1984) thì sự hiện diện của lớp nước mặt trong ruộng lúa đã dẫn

đến sự khác nhau rất lớn giữa các trạng thái đạm trong hệ thống canh tác lúa nước so

Trang 14

với hệ thống cây trồng cạn Sự hiện diện của lớp nước mặt này đã ngăn cản sự di chuyển của oxy xuống các tầng sâu hơn Ở thời điểm ngập nước, lớp nước mặt đã tạo điều kiện cho hoạt động của các vi sinh vật nằm ở giao diện giữa lớp nước và lớp đất mặt Nhu cầu oxy cho hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí cùng với nhu cầu oxy cho các tiến trình trong đất dẫn đến các điều kiện khử xảy ra Dưới các điều kiện này,

NO bị khử nhanh chóng và quá trình nitrat hóa bị ngưng lại, phần lớn đạm vô cơ sẽ tồn tại dưới dạng NH3 và sẽ bị bốc hơi Nếu lượng NH3 và NH4+ cân bằng thì đạm trong lớp nước mặt sẽ chuyển đổi thành NH4+ với điều kiện pH trong môi trường cao

So với tốc độ phản ứng của sự chuyển hóa đạm trong đất thì tốc độ phản ứng xảy ra ở lớp nước mặt, ở giao diện giữa lớp nước và lớp đất mặt trong đất lúa thường nhanh hơn trong suốt thời điểm bón phân hoặc khi nồng độ đạm trong lớp nước mặt duy trì cao (Ngô Ngọc Hưng, 2008) Trong khi đó trong hệ canh tác lúa khô-ngập luân phiên, dạng đạm tồn tại chủ yếu là nitrate và chính vì vậy sự mất đạm do bốc thoát hơi ammonia là không đáng kể, sự bốc thoát hơi ammonia chỉ có thể xảy ra ngay sau khi bón phân đạm Điều kiện khô-ngập có thể đẩy mạnh tiến trình nitrate-khử nitrate hóa dẫn đến kết quả là mất đạm ở dạng N2 và N2O Thêm vào đó, nitrate sẽ thiên về chiều

hướng thấm lậu (Bouman et al., 2002)

NH3 luôn luôn được tạo thành trong đất do sự phân hủy sinh học của hợp chất hữu cơ, phân hữu cơ và vô cơ (NH4+), vì nó là một khí cho nên bất cứ NH3 hiện diện trong đất, nước hoặc trong phân bón đều có thể bốc thoát ra không khí Tuy nhiên, NH3 có thể phản ứng với proton, với kim loại, với hợp chất acid để tạo thành những ion, những hợp chất hoặc phức hợp không ổn định Ammonia có ái lực mạnh với nước và sự tương tác của chúng trong nước là những nguyên tắc chủ yếu để qui định tốc độ mất Sau khi bón phân vào đất, NH4+ có thể bị nitrate hoá thành NO3- hoặc phân hủy thành

NH3 hoặc giữ nguyên tình trạng phụ thuộc từng loại đất và điều kiện môi trường (FAO, 2001)

Trên những cánh đồng, đầu vào của NH4+ phụ thuộc vào loại phân bón, tỷ lệ và cách thức bón phân, độ ẩm của đất, tốc độ thấm, khả năng trao đổi cation Có sự khác nhau

về áp suất NH3 giữa không khí xung quanh và trạng thái cân bằng với đất ẩm, nước, những tế khổng trên lá khiến cho bốc thoát khí NH3 Áp suất của khí NH3 trong đất được điều chỉnh bởi tốc độ chuyển động của NH4+

hoặc NH3 trong dung dịch đất (FAO, 2001)

Tốc độ gió, nhiệt độ, pH của dung dịch đất hoặc chế độ tưới là những nhân tố quan trọng Tất cả ba biến số này ảnh hưởng đến áp suất của khí NH3

Trong hệ thống đồng ruộng, NH3 bốc thoát có thể từ 20% đến > 80% tổng N mất từ

lượng phân bón vào (Simpson et al., 1984; De Datta et al., 1989; Freney et al., 1990; Mosier et al, 1989; Zhu, 1992) Trong nhiều nghiên cứu trước đây, cho thấy sự bốc thoát cao điểm xảy ra từ hai đến bốn ngày sau khi bón phân đạm (Leuning et al.,

Trang 15

1984; Võ Tòng Xuân et al., 1993; Phongpan et al., 1997; Tian et al., 2001) Một nghiên cứu từ Trung Quốc bởi Cai et al., (1986) do bón phân với tỷ lệ cao (90

kgN/ha) làm cho NH4+ dư thừa không hoà tan được trong đất vì thế làm tăng nồng độ

NH4+ trong nước cho nên chúng dễ dàng bốc thoát NH3 dưới điều kiện pH kiềm Khi bón đạm vào trong ruộng không có sự hiện diện của nước thì kết quả cho thấy rằng ammonia mất đi thấp hơn khi có sự hiện diện của nước một cách có ý nghĩa Với cách bón này thì nồng độ ammoniacal-N trong nước thấp ở tất cả các điểm khảo sát Việc giảm nồng độ ammoniacal-N trong nước dẫn đến làm giảm sự quang hợp của tảo vì khi khảo sát thấy pH thấp ở tất cả các điểm Vì thế giá trị ammonia mất thấp ở những nghiệm thức áp dụng kỷ thuật tưới khô ngập luân phiên hơn so với những nghiệm thức ngập nước liên tục khác là do có liên quan đến giá trị pH và nồng độ ammoniacal-N thấp (Nguyễn Trọng Luân, 2008)

* Nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự mất đạm vì sự bốc thoát NH3 tăng cùng với sự tăng về nhiệt độ khi nhiệt độ tăng đến 46oC (Martin and Chapman., 1951) và theo Darrel (1982) khi nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy quá trình bốc thoát NH3 từ nước ra không khí và cũng cùng quan điểm đó theo nghiên cứu của Đỗ Thị Thanh Ren (1996) khi nhiệt độ cao thì quá trình bốc thoát NH3 xảy ra nhiều Vì nhiệt độ tăng làm tăng mối tương quan giữa NH3 với NH4+ hiện diện ở pH nhất định, làm giảm sự hoà tan của NH3 trong nước,

và làm tăng sự khuếch tán qua lại của NH3 từ không khí vào nước và ngược lại (Freney et al.,

1981; Denmead et al., 1982; Fillery et al., 1984).

Hình 1.2: Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến khả năng bốc thoát

NH 3

Nguồn Hayashi et.al, (2007)

Trang 16

* Mực nước

Theo De Datta (1987) khi bón phân N t ại mực nước 2,5 cm thì nồng độ NH4+–N là 0,3 (gN/m2) sau ngày đầu tiên đến ngày thứ 2 và tăng lên 0,4 (gN/m2) trong ngày thứ 3 và mất hết vào ngày thứ 15 Nghiệm thức giữa 5 cm nước ruộng khi bón phân cũng cho kết quả tương tự Ngoài ra, nghiên cứu về những ảnh hưởng của mực nước đến tốc độ khác nhau về bốc thoát ammonia và mất đạm tổng từ những cánh đồng lúa sau khi bón

N cho thấy ammonia bị mất với tốc độ nhanh ở mực nước cạn 0,05 m hơn là ở mực nước sâu 0,14 m Điều này là do ở mực nước cạn nồng độ ammonical – N và nhiệt độ cao hơn Kết quả cho thấy khoảng 26% lượng phân N bị mất ở dạng NH3 từ nơi nước cạn 0,05 m và chỉ có 18% là ở nước sâu 0,14 m

Mặc dù khi thay đổi mực nước thì có sự ảnh hưởng rõ ràng đến tốc độ bốc thoát và lượng ammonia mất, nhưng chúng không ảnh hưởng có ý nghĩa đến tổng N bị mất Kết quả cho thấy rằng thói quen canh tác chỉ dựa vào sự thay đổi mực nước không thể đem lại việc tăng hiệu quả phân N cho đồng ruộng (Freney, 1988)

10 lần khi tăng 1 đơn vị pH của dung dịch lên đến pH = 9 cụ thể là NH3 tăng lần lượt

từ 0,1% đến 1%, 10%, 50% khi pH tăng từ 6 đến 7, 8, 9 (Freney et al 1983) Do đó,

sự hình thành khí NH3 và bốc thoát NH3 sẽ gia tăng đáng kể cùng với sự gia tăng pH

Thậm chí, Wetselaar et al., (1977) đã ghi nhận phương trình tương quan như sau

Trang 17

Với sự gia tăng pH nước, NH4+ được ion hoá sẽ gia tăng và chuyển thành NH3 không ion hoá, và dạng này có thể bốc thoát vào trong không khí (De Datta, 1987) Do đó, khi nước ruộng lúa có giá trị pH cao (pH lớn hơn 7,5) một lượng lớn NH4+ sẽ bị mất

đi do bị chuyển thành NH3 Theo nghiên cứu của Ferguson et al (1984) cho rằng ở tại

thời điểm pH bằng 7,5 có ít hơn 7% ammonical chuyển sang NH3 Khi giữ pH và nhiệt độ ở mức thấp sẽ hạn chế được sự bốc thoát NH3

Ngoài ra, rủi ro mất N dưới dạng bốc thoát NH3 là cao ở những cánh đồng có nhiều chất cặn bã, những ngày trời nắng sau khi bón phân, môi trường nước nước ruộng có

pH lớn hơn 7 (Nielsen R.L, 2006)

Và đã có nghiên cứu cho rằng nhân tố ảnh hưởng mạnh nhất đến sự bốc thoát hơi NH3

là pH, trong khi đó nồng độ NH4+ và nhiệt độ có mối tương quan thấp (Hayashi et al.,

2006) Qua đây có thể thấy rằng đã có rất nhiều tác giả trên nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới đã cho ta thấy được yếu tố pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự mất đạm

Hình 1.3: Ảnh hưởng của pH đến sự cân bằng giữa NH 4 + và NH 3

Nguồn: (NUE, 2007)

* Sự phát triển của phiêu sinh thực vật sau các thời kỳ bón đạm

Tảo đóng vai trò rất quan trọng đến sự biến động của pH nước Bằng sự tiêu thụ CO2của nước thì sự phát triển của tảo có thể làm cho pH trong nước tăng lên đến 10 vào

buổi trưa và pH có thể giảm 2 đơn vị hoặc nhiều hơn vào ban đêm (Mikkelsen et al.,

1978; Mikkelsen and De Datta, 1979) Sau khi bón phân đạm làm thúc đẩy quá trình quang hợp của rong tảo trong nước theo phương trình sau:

Trang 18

Quang hợp nCO2 + n H2O (CHO)n + nO2

hô h ấp Rong tảo có vai trò gián tiếp trong việc tăng pH nước do tiêu thụ H+

CO2 (không khí) + H2O HCO3 CO2 + H+ Trong giai đoạn chưa bón phân N, pH của nước ruộng thông thường chỉ đạt ở giá trị khoảng 7 và khoảng 1 - 4 ngày sau bón phân pH đạt rất cao có khi > 9 Đặc biệt ở lúc

cây lúa còn nhỏ sự quang hợp xảy ra rất mạnh (Ngô Ngọc Hưng, 2003)

Khảo sát sự phát triển của phiêu sinh thực vật sau các thời kỳ bón phân đạm tại Châu Thành, Cần Thơ, vụ Hè Thu 2002 thì thấy rằng phiêu sinh thực vật chính được ghi

nhận bao gồm tảo khuê (diatom) có từ 2-8 loài, tảo lục (chlorophyta, geen algae) có từ 2-5 loài, tảo lam (cyanophyta,blue algea) có từ 2-5 loài và cuối cùng là tảo mắt (euglenophyta) có từ 1-3 loài (Nguyễn Trọng Luân, 2008) Theo Watanabe et al., (2002) cho rằng trong nước ruộng các loài phổ biến như: Navicula, nitzschia (diatom),

closterium (chlorophyta), anabaena oscilltoria (cyanophyta)

Sau khi bón đạm đã góp phần phát triển sinh khối của các quần thể phiêu sinh thực vật trong số 4 ngành tảo thì tảo khuê và tảo lam chiếm ưu thế Sau khi bón 2 ngày mật số của tảo khuê đạt tối đa ở đợt 10 ngày sau khi bón nhưng vào giai đoạn đợt 20 ngày sau khi bón thì mật số tảo lam đạt tối đa (Nguyễn Trọng Luân, 2008)

Bón phân N đưa đến sự phát triển của rong tảo, điều này được thấy rõ ràng vào thời

kỳ đầu của ruộng lúa khi mà tán lá của cây lúa chưa che phủ mặt nước ruộng Khởi đầu của sự phát triển rong tảo là sự hình thành các váng bọt O2 trên mặt nước Tuỳ vào loài tảo chiếm ưu thế mà nó có thể hình thành các lớp váng tảo nổi trên mặt nước hoặc nước ruộng chuyển thành màu xanh lá cây Sự phát triển của tảo gây nên sự thay đổi đáng kể đến pH nước ruộng, đặc biệt là vào thời kỳ đầu phát triển của lúa Hoạt động quang hợp của tảo làm nâng cao pH nước ruộng và có thể đưa đến giá trị pH >9 (Ngô Ngọc Hưng, 2002)

Với việc bón phân trên mặt ruộng đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài tảo không cố định đạm và khi các loài này phát triển cao có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn cố định N nhưng trong trường hợp bón thiếu đạm, do thiếu sự cạnh tranh của các loài tảo nên vi khuẩn cố định N sẽ phát triển dồi dào

Theo Fillery et al., (1986) thì sự phát triển sinh khối của tảo quang hợp

(photosynthesis aquatic biomass) sau các thời kỳ bón N đóng vai trò quan trọng trong việc làm mất đạm của ruộng lúa, sự phát triển này của tảo được ghi nhận đạt cao nhất vào lúc 10 giờ sáng Sự mất đạm trong ruộng lúa sau khi bón urea lớn nhất vào thời

Trang 19

kỳ bón đầu (10 NSKS) vì lúc ấy tán lá lúa che phủ mặt ruộng ít, hoạt động quang hợp của tảo cao làm tăng pH nước Sự mất N vào thời kỳ bón đón đòng là thấp nhất (10-15%) bởi vì:

Tán lá của lúa dày đặc sẽ che phủ mặt nước ruộng làm giảm hoạt động quang hợp của tảo cũng như làm giảm tốc độ gió trên bề mặt ruộng, làm giới hạn sự khuếch tán NH3 Cây lúa hấp thu N nhanh hơn vào giai đoạn này

Thông thường pH của nước ruộng chỉ khoảng 7, sau khi bón đạm pH sẽ tăng nhanh Hầu hết các nghiệm thức bón đạm đều đạt pH cao nhất (pH>9) vào thời điểm 2 - 3 NSKB, sau đó pH giảm dần và ổn định ở giá trị khoảng 7 Các giá trị cực đại của pH trong 2 đợt bón đạm xảy ra đồng thời với sự phát triển của các tập đoàn tảo trong nước ruộng (Ngô Ngọc Hưng, 2002)

Khi giá trị pH trên 8, ammonia mất từ đất hoặc mặt nước vào trong khí quyển có thể

có ý nghĩa, việc tiêu thụ CO2 bởi tảo có thể dẫn đến sự mất ammonia thông qua việc tăng pH của nước (Broadbent F.E, 1978)

* Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự bốc thoát NH 3

- Tốc độ gió ảnh hưởng rõ đến sự bốc thoát của NH3 từ nước Ví dụ, những số liệu phân tích thực nghiệm từ Philippine cho thấy có mối quan hệ chặt chẽ giữa tốc độ gió

và sự bốc thoát NH3 Điều này cũng giải thích được tại sao trong một vài nghiên cứu

sử dụng kỷ thuật hàng rào vây quanh không có hoặc ít có sự trao đổi khí hoặc phương pháp thông gió bắt buộc thì tỷ lệ mất khí NH3 thấp thậm chí bón phân ở tỷ lệ rất cao (FAO, 2001)

- Ngoài ra mất đạm dạng bốc thoát còn tùy thuộc vào các yếu tố khác như thời điểm bón phân, dạng phân bón Về thời điểm bón phân cho lúa thường giai đoạn 10 NSKS tốc độ bốc thoát của NH3 cao nhất sau đó đến 20 ngày và thấp nhất là 45 ngày nếu

chia 3 lần bón là 10, 20, 45 (Michacel Bous et al., 1998), mất đạm dạng bốc thoát NH3

còn tuỳ thuộc nhiều vào phương pháp bón phân

- Quản lý phân bón, thông qua việc ảnh hưởng của nó lên nồng độ ammoniacal- N trong nước, và ảnh hưởng rõ đến sự bốc thoát NH3 Sự mất NH3 thường cao nhất là khi bón phân urea và ammonium sulphate 2 - 3 tu ần sau khi cấy lúa Tốc độ bốc thoát

sẽ thấp hơn nhiều đối với việc bón phân ammonium sulphate và urea một vài ngày trước khi lúa bắt đầu có chùy (tức khoảng 50 đến 60 ngày sau khi sạ) Lý do là cây lúa làm giảm tốc độ gió vì thế mà khả năng trao đổi khí NH3 giữa mặt nước và không khí cũng giảm, cây lúa che mặt nước do đó làm giảm sự phát triển của tảo Điều này dẫn đến mức pH thấp hơn và biên độ dao động cũng nhỏ hơn so với những cánh đồng không hoặc ít lúa (FAO, 2001)

Trang 20

- Những biến số khác ảnh hưởng đến sự bốc thoát NH3 bao gồm khả năng đệm của pH

và khả năng trao đổi cation (CEC) của đất CEC thì rất quan trọng vì CEC mang điện tích âm có thể hấp thu điện tích dương NH4+, một phần chủ yếu khả năng giữ NH3 của đất chính là vật chất hữu cơ của đất Ngoài ra, còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như

độ ẩm, sa cấu đất, tốc độ nitrate hoá, sự hiện diện của thực vật, xác bả thực vật

- Những điều kiện trong hệ thống lúa ngập nước yêu cầu có sự chăm sóc đặc biệt:

Thứ nhất, tốc độ bốc thoát trong hệ thống lúa ngập nước thường cao hơn trong hệ thống ở vùng đất cao

Thứ hai, những điều kiện trong những hệ thống tràn ngập về sự bốc thoát của NH3 thì khác với hệ thống ở vùng đất cao

Trang 21

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 PHƯƠNG TIỆN

* Vật liệu thí nghiệm:

+ Đất phèn: đất lúa ba vụ được thu tại Giồng Riềng, Kiên Giang

+ Đất phù sa: đất lúa ba vụ được thu tại Ô Môn, Cần Thơ

Bảng 2.1: Một số đặc tính vật lý - hóa học của đất thí nghiệm

N tổng số (%)

Hàm lượng

NH 4 + -N (mg NH 4 + - N.kg -1 ) Cát Thịt Sét

Giồng

* Lúa Giống lúa OM4498 có thời gian sinh trưởng 85-90 ngày và năng suất bình quân 6-8 tấn/ha

* Phân bón Phân bón gồm ba loại:

+ Đạm: NH4Cl (26.2%) + Lân: super lân Long Thành có hàm lượng P2O5 ≥12.5%, CaO ≥20%, MgO≥ 30%,

S≥ 8%

+ Kali: KCl (60%) Phân được bón theo công thức: 100-60-30 (N-P-K/ha)

* Chậu thí nghiệm có thể tích hai lít của Bộ môn Khoa Học Đất và QLĐĐ-Đại Học Cần Thơ

* Thí nghiệm được bố trí tại nhà lưới bộ môn Khoa học đất và Quản lý đất đai, Khoa Nông nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ

* Hệ thống Dynamic Chamber phục vụ cho quá trình đo sự bốc thoát ammonia (thí nghiệm đo sự bốc thoát hơi NH3

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Thí nghiệm đo tiềm năng Nitrate hóa

+ Thời gian: Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 2/2009 đến tháng 4/2009

+ Địa điểm: phòng thí nghiệm, nhà lưới bộ môn Khoa học đất và Quản lý đất đai, Khoa Nông nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ

+ Xử lý đất: Mẫu đất được trộn thật đều trước khi cân chia cho từng chậu, mỗi chậu chứa một kg đất khô Vô nước ngập tất cả các chậu, lượng nước thêm vào là 700 ml/chậu, để ổn định một ngày

Trang 22

+ Mật độ gieo: 3 - 4 hạt/chậu Hạt giống được ủ nảy mầm hai ngày trước khi sạ và chỉ những hạt giống khỏe mạnh mới được gieo

+ Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên, có hai nhân tố:

- Hai chế độ nước: khô ngập luân-phiên và ngập liên tục

- Hai loại đất: (đất phèn và đất phù sa)

Có bốn nghiệm thức, mỗi nghiệm thức có năm lặp lại, tổng cộng có 20 chậu Các chậu thí nghiệm được đặt tự nhiên trong nhà lưới

Các nghiệm thức có bón phân vô cơ như trong thực tế theo công thức 100N-60P2O5 30K2O kg/ha; với qui trình bón ba giai đoạn: 7-10 ngày sau khi sạ (NSKS): 30 kg N/ha, 18-22 NSKS: 30-40 kg N/ha, 30-35 NSKS: 30-40 kg N/ha

-Nghiệm thức chính gồm 80 chậu sẽ được quản lý theo trình tự thời gian như Bảng (2.2)

+ Quản lý nước:

Nghiệm thức ngập liên tục (CF): luôn giữ mực nước cao hơn 3 cm so với mặt đất

Nghiệm thức khô ngập luân phiên (AWD): Tưới nước ngập như nghiệm thức ngập liên tục sau đó để khô tự nhiên tới khi mặt đất nứt chân chim (hàm lượng nước trong đất là 0.31 ml/g đất đối với đất phù sa và 0.29 ml/g đất đối với đất phù sa) mới tiếp tục tưới ngập trở lại

+ Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu:

Tiềm năng nitrate hóa được đo theo phương pháp của Henriksen (1980) đã được sửa đổi cho phù hợp với điều kiện thí nghiệm Ở thời điểm 0 NSKS, 35 NSKS tiến hành giết 20 chậu Lượng đất trong chậu được trộn thật đều để đảm bảo tính đồng nhất Lấy 3ml đất này cho vào ống ly tâm 50ml, thêm vào 40ml nước đã bão hòa oxy, 1ml

KH2PO4 4mM, 1ml NH4Cl 20mM và 1ml NaClO3 75 mM Đem lắc trên máy lắc, tiến hành lấy mẫu 5 lần trong vòng 48h, thời gian lấy mẫu được mô tả ở (Bảng 2.2)

Bảng 2.2: Thời gian lấy mẫu của thí nghiệm đo tiềm năng Nitrate hóa giai đoạn 0 NSKS

và 30 NSKS

Mỗi lần lấy mẫu chỉ lấy 9ml hỗn hợp này cho vào ống nhựa 10ml và ly tâm ở tốc dộ

3500 vòng/phút trong vòng 8-10 phút Lấy phần nước sau khi đã ly tâm lọc qua màng

Trang 23

lọc GF/C hoặc GF/F cho vào một ống nhựa khác, đem trữ đông ở -30oC để phân tích

NO2- + Những chỉ tiêu cần ghi nhận:

- Thời gian lấy mẫu

- Thể tích đất

- Mật độ đất

- Hàm lượng nước trong đất được xác định bằng phương pháp cân lượng đất ướt sau

đó đem sấy ở 105o

C và cân lượng đất đã sấy khô

- Hàm lượng NO2- đo bằng phương pháp so màu ở bước sóng 540 nm (Henriksen, 1980)

2.2.2 Thí nghiệm đo sự bốc thoát hơi ammonia-NH 3

+ Thời gian: Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 2/2009 đến tháng 3/2009

+ Địa điểm: phòng thí nghiệm, nhà lưới bộ môn Khoa học đất và Quản lý đất đai, Khoa Nông nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ Các nghiệm thức được bố trí như trong thí nghiệm đo tiềm năng Nitrate hóa Sau mỗi đợt bón phân tiến hành thu mẫu, thời gian thu mẫu được trình bày chi tiết tại Bảng 2.4

+ Mẫu NH3 được thu buổi sáng từ 9 giờ đến 11 giờ, buổi chiều từ 14 giờ đến 16 giờ Cách 1giờ thu một lần

+ Thông số pH lấy vào các thời điểm đo NH3 (buổi sáng từ 9 giờ - 11 giờ, buổi chiều

từ 16 giờ - 18 giờ)

Bảng 2.3: Thời gian thu mẫu của 2 đợt đo bốc thoát hơi NH 3

Ghi chú: NSKS: Ngày sau khi sạ, NSKB: Ngày sau khi bón NSKB của đợt1, NSKB của đợt 2,

+ Phương pháp đo lượng bốc thoát NH3 và xử lý mẫu

Sử dụng “Dynamic Chamber method” (Hayashi et al., 2006) đo lượng bốc thoát NH3

từ ruộng lúa Chamber có hai bộ phận chính: bộ phận thu NH3 bốc thoát từ Chamber,

bộ phận thứ hai thu NH3 thu từ không khí xung quanh Mỗi bộ phận lắp 3 tấm giấy lọc (tấm thứ nhất để lọc bụi, hai tấm còn lại để giữ NH3 ), mỗi tấm giấy lọc có tẩm sẵn

Ngày thu mẫu

Trang 24

H3PO4 Mẫu giấy lọc sau khi thu NH3 xong đem về phòng thí nghiệm của Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp & SHƯD để phân tích

Giới thiệu về hệ thống “Dynamic Chamber”

Những thành phần của hệ thống “Dynamic Chamber”

Thành phần bao gồm: (a) là hệ thống lấy mẫu NH3 bốc thoát từ Chamber và (b) ambient là hệ thống thu mẫu NH3 trong không khí xung quanh (Hình 2.3)

Hình 2.2: Các thành phần hệ thống Chamber dùng để thu NH 3

A: ống nhựa cứng PVC, đường kính 30 mm B: ống nhựa mềm PVC, đường kính 30 mm C: Chamber có đường kính 240 mm, chiều cao 70 mm D: đáy Chamber

E: ống nối PTFE có đường kính 7 mm F: bộ nối

G: bộ lọc khí NH3 có 3 lớp (lớp thứ 1 dùng để lọc bụi, còn lớp thứ 2 và thứ 3 là để giữ khí ammonia) và H: bộ phận đo dòng khí đi qua

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	513,11 KB