ẢNH HƯỞNG của sự THAY đổi mực THUỶ cấp và độ CHUA đất đến tốc độ KHOÁNG hóa CACBON của lớp THAN bùn tại u MINH hạ cà MAU

Khu vực đầm lầy là nơi tạo điều kiện dẫn tới sự tích lũy các vật liệu hữu cơ kết quả là làm giảm tốc độ phân hủy xác bã động thực vật ở bên trên của vi sinh vật.. Sự phân hủy dưới những

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

TRƯƠNG THỊ HUYỀN TRANG

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI MỰC THUỶ CẤP

VÀ ĐỘ CHUA ĐẤT ĐẾN TỐC ĐỘ KHOÁNG HÓA

CACBON CỦA LỚP THAN BÙN TẠI

U MINH HẠ_CÀ MAU

Luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ – 2009

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

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 SỰ THAY ĐỔI MỰC THUỶ CẤP

VÀ ĐỘ CHUA ĐẤT ĐẾN TỐC ĐỘ KHOÁNG HÓA

CACBON CỦA LỚP THAN BÙN TẠI

U MINH HẠ_CÀ MAU

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Ts Châu Minh Khôi Trương Thị Huyền Trang MSSV: 3053207

Lớp: KHĐ K31

Cần Thơ – 2009

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

Luận văn tốt nghiệp kèm theo đây, với đề tựa là “ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ

THAY ĐỔI MỰC THUỶ CẤP VÀ ĐỘ CHUA ĐẤT ĐẾN TỐC ĐỘ KHOÁNG HÓA CACBON CỦA LỚP THAN BÙN TẠI U MINH HẠ_CÀ MAU”, do

Trương Thị Huyền Trang thực hiện và báo cáo, đã được Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thông qua

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

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 tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác gi ả luận văn

Trương Thị Huyền Trang

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

LỜI CẢM ƠN

˜ { ™

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Quý thầy cô Khoa Nông nghiệp và sinh học ứng dụng nói chung cùng quý thầy cô trong Bộ môn Khoa học Đất và Quản lý Đất đai đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

- PGS.Ts Võ Thị Gương và Ts.Châu Minh Khôi, người đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và cho những nhận xét hết sức bổ ích trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cám ơn

- Các anh chị và các bạn sinh viên lớp Khoa học Đất trong quá trình cùng thực hiện luận văn trong phòng thí nghiệm đã giúp đỡ thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

- Ks Phạm Nguyễn Minh Trung đã giúp phân tích số liệu

- Ks Mai Nguyệt Lan là người trực tiếp hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài trong phòng thí nghiệm

Xin trân trọng ghi nhận những chân tình sự giúp đỡ của bạn bè, của các cán bộ phòng phân tích đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài mà tôi không liệt kê trong trang cảm tạ này

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

QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

1.LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ và tên: TRƯƠNG THỊ HUYỀN TRANG Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 28/04/1987 Dân t ộc: Kinh Nơi sinh: Cần Thơ

Chỗ ở hoặc địa chỉ liên lạc: 286/67B CMT8 Q.Bình Thủy TPCT Điện thoại: 07103 885565

3.Trung học phổ thông:

Thời gian đào tạo từ năm: 2002-2005 Trường: THPT Bùi Hữu Nghĩa Địa chỉ:

Ngày… tháng… n ăm 2009

Ng ười khai ký tên

Trương Thị Huyền Trang

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

MỤC LỤC

Chương Nội dung Trang

Danh sách hình

Danh sách bảng

Tóm lược 3

MỞ ĐẦU 4

1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu chung về đất than bùn nhiệt đới 5

1.1.2 Vị trí, quy mô của đất than bùn nhiệt đới và khu vực Đông Nam Á 6 1.1.3 Đặc điểm các vùng đất than bùn ở Việt Nam

1.1.3.1 Đặc điểm hình thành

6

6

1.1.3.3 Giới thiệu chung về vùng than bùn Đặc dụng tại U Minh_Cà Mau

8

1.2 Môi trường sinh thái và vai trò các vùng đất than bùn 9

1.2.2 Mối liên hệ với hiện tượng “Hiệu ứng nhà kính” 10 1.3 Mối liên hệ giữa sự thay đổi mực thủy cấp, độ chua đất và hàm lượng

chất hữu đến tốc độ khoáng hóa Cacbon

11

1.3.1 Quá trình khoáng hóa Cacbon t ại đất than bùn 11 1.3.2 Ảnh hưởng của mực thủy cấp, hàm lượng chất hữu cơ tới tốc độ

khoáng hóa Cacbon

11

1.3.2.1 Mối liên hệ giữa mực thủy cấp đến pH, độ chua đất và độ dẫn điện (EC)

11

1.3.2.2 Ảnh hưởng giữa mực thủy cấp lên sự phóng thích Cacbonic 12 1.3.2.3 Mối liên hệ giữa hàm lượng chất hữu cơ và sự giải phóng khí

Cacbonic (CO2)

13

2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Phương tiện nghiên cứu

16

2.2 Phương pháp thực hiện 2.2.1 Bố trí thí nghiệm

16

2.2.3 Phương pháp thực hiện 2.2.3.1 Đo sự hô hấp của vi sinh vật

19

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

3.2 Nhận xét các chỉ tiêu phân tích 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi thủy văn (mực thủy cấp) đến

độ chua của đất

22

3.2.2 Khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ

và khoáng hóa Cacbon của Vi sinh vật trong tầng than bùn

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

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT THAN BÙN NHIỆT ĐỚI 1.1.1 Nguồn gốc và sự hình thành

Theo điều tra của các nhà khoa học trên thế giới trữ lượng than bùn vào khoảng 300 tỷ tấn chiếm 1/5 diện tích bề mặt Trái Đất trong đó vùng nhiệt đới chiếm khoảng hơn 30 triệu ha Khu vực đầm lầy là nơi tạo điều kiện dẫn tới sự tích lũy các vật liệu hữu cơ kết quả là làm giảm tốc độ phân hủy xác bã động thực vật ở bên trên của vi sinh vật Sự phân hủy dưới những điều kiện ngập nước nhiều được thực hiện nhờ những nhóm như: nấm, vi khuẩn kị khí, tảo hay một số dạng điển hình của các động vật vi sinh dưới nước (Brady, 1990) Những vi sinh vật này sẽ phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí và giải phóng các khí trung gian như:

Hydrosulfur (H2S), Metan (CH4), Amoniac (NH3), Cacbonic (CO2) và hình thành nên mùn Quá trình tích lũy chất hữu cơ bị phân hủy không hoàn toàn trong điều kiện yếm khí dẫn tới hình thành than bùn

Các điều kiện tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành than bùn

là địa hình (than bùn thường hình thành những nơi trũng thấp), khí hậu (nơi có lượng mưa và ẩm độ cao), chế độ thủy văn (thường hình thành trong điều kiện ngập úng kéo dài), tính chất hóa học của đất (độ chua cao, tình trạng dinh dưỡng thấp, sự thiếu hụt oxy), vi sinh vật (hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bị giảm) và thời gian

Trong điều kiện nhiệt đới ẩm, nơi có lượng mưa cao hơn lượng bốc thoát dẫn đến sự hình thành than bùn trên những vùng rộng lớn nơi địa hình thấp thường nằm giữa những con sông gần biển hoặc một số trường hợp có thể ở những nơi nằm sâu trong nội địa

1.1.2 Vị trí, quy mô của đất than bùn nhiệt đới và khu vực Đông Nam Á

Trong hai nhóm đất than bùn thì chia ra thành: nhóm than bùn nhiệt đới và nhóm than bùn ôn đới Trong thời điểm hiện tại thì các báo cáo về đặc tính của

nhóm than bùn nhiệt đới ít hơn so với các loại khác (Radjagukuk, 1985) Hiện nay

ước tính của tổng số khu vực đất than bùn nhiệt đới là trong khoảng 30-45 triệu ha, chiếm khoảng 10-12% toàn cầu (Immirzi & Maltby, 1992).

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

Bảng 1.1 Bảng số liệu thống kê về nguồn đất than bùn nhiệt đới

(Nguồn Immirzi và Maltby, 1992; Rieley et al.,1996)

Đất than bùn ở khu vực Đông Nam Á được hình thành hầu hết ở những vị trí

có độ cao cao hơn so với mực nước biển, gần biển hay nằm sâu trong đất liền có độ dài lớn hơn hàng trăm km dọc theo các con sông hay xuyên qua các lưu vực sông Đất than bùn ở Đông Nam Á chiếm 26 triệu ha (khoảng 69% của tổng diện tích đất than bùn nhiệt đới) Diện tích này phát triển nhiều nhất là ở những vùng biển phía Đông Kalimanta, West Papua, Papua New Guinea, Brunei, Malaysia, Sabah, Sarawak, Đông Nam Thái Lan, Philippin, Indonesia

Bảng 1.2 Bảng số liệu thống kê về đất than bùn ở Đông Nam Á

(Nguồn Immirzi và Maltby, 1992; Rieley et al.,1996)

1.1.3 Đặc điểm các vùng đất than bùn ở Việt Nam

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

không phản ánh thảm thực vật bên dưới, mà than bùn chỉ hình thành do sự hội tụ một số điều kiện đặc biệt trong đó chế độ thủy văn là tác nhân chính dẫn đến sự hình thành đất than bùn Độ sâu của mực nước phải vừa để thực vật phát triển và dòng chảy phải chậm để các vi sinh vật không bị cuốn đi Thông thường tốc độ phát triển thực vật đi kèm với sự nâng cao của mực nước Điều quan trọng là giới hạn tối

đa của mực nước sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của mỏ than bùn Nếu mực nước dâng nhanh hơn sự phát triển của thực vật thì than than bùn sẽ chìm ngập, thực vật

sẽ chết và phát triển của mỏ than bùn sẽ kết thúc Nước càng trong nghĩa là trầm tích trong nước càng ít càng tốt, nước giàu bùn và cát sẽ ngăn cảm sự phát triển của

mỏ than bùn Bên cạnh đó còn các tác nhân như lượng mưa, hàm lượng chất hữu cơ,

độ ẩm, thời gian tích lũy xác bã động thực vật góp phần vào việc hình thành nên các

mỏ than bùn

Ở U_Minh đất than bùn được hình thành do xác thực vật tích lũy trong điều kiện tầng đất rất dày, có nơi dày từ 1-2m từ trên mặt Diện tích đất than bùn Việt Nam không lớn chỉ khoảng 35.000 ha, phân bố rải rác từ Bắc vào Nam nhưng tập trung chủ là hai mỏ than bùn lớn ở U Minh Thượng_Kiên Giang và U Minh Hạ_Cà Mau (Đất Việt Nam, 2000)

§ Ở dạng đầm lầy ngọt (dạng còn sông cổ) gồm: bào tử dương xỉ chiếm 76%, phấn hoa hạt trần chiếm 2.5%, và một số phấn hoa hạt kín như: đước, tràm…

Bên cạnh đó, các ông cũng đưa ra một số chỉ tiêu về hàm lượng một số chất dinh dưỡng ở các vùng than bùn tại U_Minh như sau:

Bảng 1.3 Chất lượng chung của than bùn vùng đầm lầy mặn

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

Bảng 1.4 Chất lượng chung của than bùn vùng đầm lầy ngọt

(Nguồn Võ Đình Độ, Nguyễn Siêu Nhân và Đoàn Sinh Huy,1991)

1.1.3.3 Giới thiệu chung về vùng than bùn Đặc dụng tại U Minh_Cà Mau

Vườn Quốc gia U Minh Hạ nằm trong hệ thống các khu rừng đặc dụng của Việt Nam với diện tích 8.286 ha và có tọa độ đại lý từ 09012’30” đến 09017’41” vĩ

độ Bắc; 1040

54’11” đến 104059’16” kinh độ Đông Với diện tích khoảng 300 km2, khu vực U Minh Hạ (Cà Mau) được xác định là một trong những vùng có trữ lượng than bùn lớn nhất nước Trên địa bàn các xã Khánh Tiến, Khánh Lâm, Khánh An, Nguyễn Phích (huyện U Minh) và xã Khánh Bình Tây, Trần Hợi (huyện Trần Văn Thời), khu vực có than bùn rộng trên 6.000 ha với độ dày trung bình 0,3-1,2m

Nhóm đầm lầy than bùn tại rừng U Minh có một đơn vị chú dẫn bản đồ là đất than bùn_phèn được hình thành trên trầm tích đầm lầy nội địa hay các dòng sông

cổ, quá trình tích lũy hữu cơ thực vật đã phát triển lâu đời từ những địa hình trũng thấp Quá trình tích lũy phèn nguyên sinh và thứ sinh đã tạo nên tầng sinh phèn hữu

cơ Vì vậy, than bùn ở Đồng bằng Sông Cửu Long là than bùn phèn Tùy theo vị trí phân bố và lớp thảm thực vật hiện tại mà hình thái phẫu diện đất than bùn phèn có khác nhau

1.2 MÔI TRƯỜNG SINH THÁI VÀ VAI TRÒ CỦA CÁC VÙNG ĐẤT THAN BÙN

1.2.1 Tầm quan trọng của đất than bùn

Theo đánh giá của các nhà khoa học các vùng than bùn có tầm quan trọng rất lớn trong tự nhiên, nó giúp rừng phát triển, điều hòa khí hậu, trữ carbon, trữ nước và hạn chế sự nhiễm mặn, bảo tồn tính đa dạng sinh học thực vật, động vật Trong đó,

ở Việt Nam theo Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam (Bộ Tài nguyên&Môi Trường), tổng trữ lượng than ở vùng U Minh Thượng và U Minh Hạ khoảng 14 triệu tấn, có chất lượng thuộc loại tốt nhất do được tạo thành chủ yếu từ mùn thực vật bị phân hủy cao, không lẫn sét, ít lưu huỳnh

Rừng U Minh là kiểu rừng ngập ngọt rất đặc thù, được xếp vào hạng độc đáo

và quý hiếm trên thế giới Được coi là nơi có giá trị sinh khối cao nhất so với các kiểu rừng khoảng với 250 loài thực vật, hơn 180 loài chim, hơn 20 loài bò sát…Tại

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

khu bảo tồn Vồ Dơi có ba kiểu thảm thực vật chính, đó là rừng tràm bán tự nhiên, rừng tràm trồng và đồng cỏ ngập nước theo mùa Rừng tràm bán tự nhiên chiếm

phần lớn diện tích ở phía Tây khu bảo tồn Loài cây ưu thế là Tràm Melaleuca

cajuputi, ngoài ra vẫn thấy sự hiện diện của một số loài cây gỗ khác như Bùi Ilex cymosa và Mớp Alstonia spathulata Trảng cỏ phổ biến nhất gặp ưu thế bởi các loài Eleocharis dulcis cùng với Cyperus halpan, C polystachyos, và Sậy Pharagmites vallatoria Trên các vùng đất cao ưu thế bởi loài sậy P.vallatoria (Buckton et al,

1999) Về hệ động vật rừng, do có thảm thực vật ngập nước đã tạo nơi cư trú thuận lợi cho nhiều loài động vật hoang dã, gồm 32 loài thú thuộc 13 họ trong 8 bộ và 74 loài chim; đặc biệt có một số loài được ghi trong sách đỏ Việt Nam như: tê tê, rái cá lông mũi, cầy giông, cầy hương, mèo rừng, dơi chó tai ngắn, dơi ngựa lớn,…Về thủy hải sản, rừng tràm U Minh Hạ là nơi sinh sống của nhiều loài cá nước ngọt như

cá lóc, cá rô, cá trê, cá thác lác, cá s ặc rằn,…Sinh cảnh của rừng U Minh còn là hiện trường và hệ quả của tiến trình diễn biến động thái của những hoạt động kiến tạo địa chất

Về các giá trị sinh thái và nhân văn thì rừng U Minh là một vùng địa lý đã được khắc sâu trong tiềm thức và tình cảm của đồng bào Nam Bộ nói riêng và người Việt Nam nói chung Với những hình ảnh rất thân quen của rừng tràm, có thảm cây dương xỉ dày đặc, bạt ngàn, có đất than bùn, nước đỏ và rất nhiều sản vật trù phú, quý hiếm Rừng U Minh Hạ là vùng căn cứ địa cách mạng của Nam Bộ trong suốt hai thời kỳ kháng chiến chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ, có ý nghĩa rất lớn trong lịch sử đấu tranh hào hùng của dân tộc, gắn liền với các di tích lịch sử cách mạng, là những giá trị tinh thần vô cùng quý giá của vùng đất U Minh kiên cường, bất khuất

1.2.2 Mối liên hệ với hiện tượng “Hiệu ứng nhà kính”

Hiệu ứng nhà kính, xuất phát từ effet de serre trong tiếng dùng để chỉ hiệu

ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính, được hấp thụ và phân tán trở lại thành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việc sưởi ấm toàn bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ở những chỗ được chiếu sáng Các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài Một số phân tử trong bầu khí quyển, trong đó trước hết là Cacbonic (CO2)

và hơi nước, có thể hấp thụ những bức xạ nhiệt này và thông qua đó giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển Hàm lượng ngày nay của khí vào khoảng 0,036% đã đủ để tăng nhiệt độ thêm khoảng 30 độ C Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này nhiệt độ trái đất của chúng ta chỉ vào khoảng –15°C

Khu vực ngập nước là nơi tích lũy một lượng Cacbon khổng lồ của toàn cầu, trong đó chỉ kể đến một phần các khu vực đất hữu cơ Các vùng ngập nước hoang

sơ là nguồn phát thải ra khí nhà kính Metan, và ngày nay dưới sự quản lý không tốt

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

những khu vực này đang trở thành nguồn phát thải khí Cacbon đioxid rất lớn (Sudip

et al, 2003) Những vùng rừng nhiệt đới giàu than bùn như ở Đông Nam Á chứa ít

nhất 42.000 triệu tấn Cacbon ở thể rắn (gấp đôi tổng lượng khí Cacbonic phát thải hàng năm) Loại Cacbon này ngày càng tỏa vào bầu khí quyển nhiều hơn do sự khô cạn và các hiện tượng cháy mà nguyên nhân là sự phát triển của các đồn điền và tình trạng đốn gỗ bừa bãi Lượng khí Cacbonic thoát ra từ những vùng đất than bùn

ở Đông Nam Á hiện nay chiếm gần 8% lượng khí Cacbonic thải ra của cả thế giới

Nguồn gốc sản sinh khí Cacbonic tại những vùng than bùn là do quá trình phân hủy, lượng khí Cacbonic được tạo ra trung bình khoảng 632 triệu tấn/năm (dao dộng từ 355 đến 874 triệu tấn) Tình trạng này sẽ vẫn tăng trong những thập kỷ tới trừ khi con người tiến hành thay đổi các biện pháp quản lý đất và các kế hoạch phát triển đất than bùn từ nay cho tới sau thế kỷ 21 Bên cạnh đó, ước tính trong giai đoạn 1997-2006 trung bình hàng năm có tới 1.400 triệu tấn khí Cacbonic bốc lên do các vụ cháy ở những vùng đất than bùn Nguyên nhân của các vụ cháy này là do sự khô cạn và hoạt động phá huỷ của con người Tổng lượng khí Cacbonic bốc lên từ những vùng đất này hiện tại là 2.000 triệu tấn/năm, tương đương với gần 8% lượng Cacbonic sản sinh do việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Các kiểu sản sinh khí Cacbonic như thế này đang tăng lên một cách nhanh chóng từ năm 1985 trở lại đây

và chừng nào mà con người chưa xúc tiến những động thái mới thì tình trạng này sẽ còn tiếp tục gia tăng hơn nữa Đáng chú ý là hơn 90% lượng khí Cacbonic than bùn

là từ Indonesia, quốc gia có lượng khí thải Carbonnic đứng thứ ba thế giới sau Mĩ

và Trung Quốc

Các vùng rừng trên đất than bùn bị khô cạn và tàn phá ở Đông Nam Á đang

là nguồn sản sinh ra lượng khí Cacbonic khổng lồ trên thế giới và cũng là một trở ngại chính trong những nỗ lực của cộng đồng quốc tế nhằm đạt được mục tiêu ổn định lượng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu Vì vậy, các nhà khoa học đã đưa ra khuyến nghị rằng: Cộng đồng quốc tế cần hành động để giúp đỡ các quốc gia Đông Nam Á, đặc biệt là Indonesia để bảo tồn hơn nữa các nguồn than bùn thông qua công tác bảo vệ rừng và cải thiện công tác quản lý nước với mục tiêu nhanh chóng phục hồi trữ lượng nước cao trước đây

1.3 MỐI LIÊN HỆ GIỮA SỰ THAY ĐỔI MỰC THỦY CẤP, ĐỘ CHUA ĐẤT

VÀ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ ĐẾN TỐC ĐỘ KHOÁNG HÓA CACBON

1.3.1 Quá trình khoáng hóa Cacbon tại đất than bùn

Quá trình phân giải chất hữu cơ nhanh đến sản phẩm cuối cùng là các chất

khoáng nên gọi là quá trình khoáng hóa (Lê Huy Bá, 1996)

Trong đó tốc độ khoáng hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần xác

bã hữu cơ, đặc điểm của đất và khí hậu (pH, thành phần cơ giới đất, độ ẩm, nhiệt

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

độ…) Thường thì điều kiện tối ưu cho quá trình khoáng hóa Ẩm độ: 70-80%, Nhiệt độ: 30 -350

C, pH: 6.5-7.5 (Hội Khoa học đất Việt Nam, 2000)

1.3.2 Ảnh hưởng của mực thủy cấp, hàm lượng chất hữu cơ tới tốc độ khoáng hóa Cacbon

1.3.2.1 Mối liên hệ giữa mực thủy cấp đến pH và độ dẫn điện (EC)

Theo Võ Thị Gương (2001) khi đất ngập nước lượng oxy giảm xuống nhanh chóng đạt đến trị số 0 trong vòng một ngày Kết quả là đất được chuyển từ tình trạng thoáng khí sang tình trạng khử Sự trao đổi khí giữa đất và không khí bị đình

trệ rõ rệt (Yoshida, 1981) Vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ một cách nhanh chóng lượng

oxy còn lại trong đất và chết đi, lúc này các nhóm vi sinh vật yếm khí phát triển một cách nhanh chóng và tiến trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra Sự khử Oxyt Sắt (III)

là một trong những tiến trình khử đặc trưng trên đất ngập nước

Fe2O3 + ½ CH2O + 4 H+ 2Fe2+ + ½ CO2 + 5/2 H2O

Khi mực thủy cấp hạ xuống thấp hơn tầng Pyrite, tiến trình oxy hóa và chua hóa sẽ diễn ra (Đỗ Thị Thanh Ren, 1998) Điển hình của tiến trình oxy hóa là sự oxy hóa Pyrite và oxy hóa Fe(II)

Sự oxy hóa Pyrite diễn ra theo phản ứng sau:

FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+ + 2 SO42- + 2H+

Sự oxy hóa Pyrite xảy ra chậm nhưng tốc độ oxy hóa sẽ làm gia tăng với sự

hiện diện của vi khuẩn khử sắt Đặc biệt là vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans (Wakao et al, 1984) Tiến trình oxy hóa này sản sinh ra H+, hàm lượng H+ tăng cao làm cho môi trường đất trở nên chua pH giảm đi nhanh chóng Sự luân phiên giữa điều kiện đất khô và đất ngập nước làm cho trị số pH thay đổi do quá trình thoáng khí và yếm khí (Nguyễn Ngọc Bình, 1996) Hầu hết các biểu loại đất đều có khuynh hướng đạt pH gần trung tính 6.5-7.2 trong một tháng sau khi ngập nước và giữ trị số

pH này không đổi cho đến khi đất chuyển sang trạng thái oxy hóa (Võ Thị Gương, 2001) Khi đất ngập nước, pH có xu hướng gia tăng và đạt cao nhất trong khoảng ba tuần sau ngập nước (Ponnomperuma, 1965)

Bên cạnh đó, sự thay đổi pH còn bị chi phối bởi nhều nhân tố khác Trong

đó, thì sự hiện diện của chất hữu cơ dễ phân hủy đóng vai trò quan trọng trong tiến trình khử, nó là nguyên nhân gia tăng tiến trình khử của các phức chất vô cơ và dẫn đến sự tiêu thụ H+

Mặt khác, acid hữu cơ và Cacbonic được sản sinh ra trong quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong môi trường yếm khí làm cho pH dung dịch đất giảm (Lê Huy Bá, 1996) Tuy nhiên, trên đất phèn tác dụng làm giảm pH do CO2không quan trọng so với tiến trình khử do pH tăng sau khi ngập nước (Nguyễn Mỹ Hoa, 1997)

EC là chữ viết tắt của Electrical conductivity, hoặc là độ dẫn điện của dung dịch hay chất lỏng Ở đất phèn, EC nhỏ lúc đầu rồi tăng lên nhanh chóng trong tháng đầu ngập nước và sau đó giảm xuống nhanh chóng Sự biến thiên này trùng

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

với sự biến thiên nồng độ Fe2+ và Mn2+.Và thông thường ở đất ngập nước EC vào khoảng 2 - 4mohn/s (Ponnamperuma, 1966) Khi pH đất giảm thì sự hòa tan các vật liệu sinh phèn cũng làm EC tăng cao

1.3.2.3 Ảnh hưởng giữa mực thủy cấp lên sự phóng thích khí Cacbonic

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của mực thủy cấp đến tốc

độ phân hủy của lớp than bùn Khi mực thủy cấp lên quá cao hoặc quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng đến sự phân hủy đất than bùn Than bùn là nơi dự trữ một nguồn Cacbon khổng lồ, nên có một lượng lớn khí Cacbonic thoát ra từ đất than bùn Chính vì thế việc quản lý mực nước một cách hợp lý sẽ hạn chế được sự phát thải các khí nhà kính này Trung bình lượng khí Cacbonic được phóng thích từ vùng đầm lầy (94 mgC m-2h-1) được ước tính là 1/3 của vùng khô Mực thủy cấp xuống thấp tính từ bề mặt đất khoảng 10cm dẫn đến kết quả Cacbonic phóng thích từ 0.3-0.5g CO2 m-2ngày-1 và tăng lên 6.6-9.4g CO2 m-2 ngày-1 (Moore và Knowles, 1990)

1.3.2.4 Mối liên hệ giữa hàm lượng chất hữu cơ và sự giải phóng khí Cacbonic (CO 2 )

Theo Nguyễn Thế Đặng và Nguyễn Thế Hùng (1999) thì chất hữu cơ là một thành phần cơ bản kết hợp với các sản phẩm phong hóa từ đá mẹ để tạo thành đất

Số lượng và đặc tính của chất hữu cơ quyết định nhiều đến tính chất hóa, lý và sinh học đất Trong đó khái niệm chất hữu cơ của đất dùng để chỉ hàm lượng xác bã động thực vật chưa phân hủy, sản phẩm chưa phân hủy của chúng và cả sinh khối trong đất Đôi khi có sử dụng đồng nghĩa giữa chất hữu cơ và chất mùn của đất Tuy nhiên, cần phải xác định rõ là chất hữu cơ của đất bao gồm toàn bộ vật liệu hữu cơ

có trong đất bao gồm cả chất mùn (Dương Minh Viễn, 2003)

Nguồn gốc nguyên thủy của chất hữu cơ trong đất là mô thực vật: thân, rễ, lá cây sau khi chết đi sẽ bị mục nát, hoa màu sau khi thu hoạch thì phần còn lại như:

Lá hay rễ cũng bị phân hủy để cung cấp chất hữu cơ cho đất Ngoài ra động vật cũng là nguồn cung cấp chất hữu cơ cho đất (Thái Công Tụng, 1969) Cụ thể chất

chữu cơ được bổ sung vào đất từ các nguồn sau đây:

§ Xác thực vật (hay tàn tích vi sinh vật): đây là nguồn chủ yếu Sinh vật đã hút thức ăn từ đất để tạo nên cơ thể chúng và khi chết đi để lại những tàn tích hữu cơ cho đất Trong xác sinh vật có tới 4/5 là thực vật Tính trung bình hàng năm đất được bổ sung từ thực vật 5-15 tấn thân, lá, rễ/ha Tùy theo thảm thực vật khác nhau mà số lượng và chất lượng chất hữu cơ được bổ sung cũng khác nhau Nếu là cây gỗ thì cành lá rụng sẽ tạo một lớp thảm mục và khi bị phân giải sẽ làm đất dễ bị chua Cón cây hòa thảo thì lượng thân, lá, rễ để lại khá hơn và cho chất lượng chất hữu cơ tốt hơn (Nguyễn Thế Đặng và Nguyễn Thế Hùng, 1999)

§ Chuyển hóa chất hữu cơ thành các dạng khác: Hầu như tất cả chất hữu cơ vào đất đều bị xử lý bởi vi sinh vật và động vật sống trong đất, sản phẩm

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

cuối cùng là các hợp chất vô cơ Tuy nhiên trong quá trình chuyển hóa hình thành nên rất nhều các sản phẩm hữu cơ bền và phức tạp khác (Dương Minh Viễn, 2003)

Trong đất than bùn quần thể vi sinh vật thường tập trung nhiều nhất ở tầng mặt than bùn vì đó là nơi tập trung rễ cây, chất dinh dưỡng, có cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp nhất Số lượng vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống sâu càng ít vi sinh vật (Đỗ Cảnh Dương, 2004)

Theo Thái Công Tụng (1969), sự phân hủy chất hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hóa nên mọi yếu tố ảnh hưởng đến các hoạt động của các vi sinh vật trong đất đều ảnh hưởng đến sự phân hủy chất hữu cơ Có thể chia các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy chất hữu cơ như sau:

§ Ẩm độ đất: khi ẩm độ đất giảm thì sự hoạt động của vi sinh vật đất cũng giảm Ở điểm héo của cây, vi sinh vật tuy còn phát triển nhưng sự hoạt động chỉ cón một nửa so với đất ở ẩm độ thủy dung (Tôn Thất Trình, 1971) Kết quả cho thấy ở điều kiện ẩm độ 70% là thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật, do đó sự khoáng hóa xảy ra mạnh mẽ

§ Nhiệt độ: Nhiệt độ tối hảo cho các vi sinh vật hoạt động trong đất vào khoảng 250C-300C (Tôn Thất Trình, 1971) Tốc độ phân giải sẽ chậm lại khi nhiệt độ vượt quá 400C

§ Tình trạng thoáng khí: Sự phân hủy chất hữu cơ là quá trình oxy hóa, nên đất càng thoáng khí thì mức độ phân hủy đạm càng lớn

§ pH của đất: tùy theo loài vi sinh vật, pH tối hảo có thể khác nhau Tuy nhiên, một cách tổng quát pH thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật đất vào khoảng 6,5-7,5

§ Điều kiện về chất dinh dưỡng: Nhiều chất hữu cơ thực vật có hàm lượng N rất ít, nếu thêm N vào thì tốc độ phân giải sẽ nhanh lên Do đó trong quá trình ủ phân chuồng nhân tạo cỏ, rơm khi thiếu phân gia súc, cần bón thêm N

vô cơ để thúc đẩy quá trình phân giải được nhanh hơn (Thái Công Tụng, 1969)

Sau khi thực vật chết đi xác của chúng có thể tích tụ theo hai cách: lắng động ngay tại nơi chúng đã sống (tại chỗ) hoặc được vận chuyển đi và lắng đọng ở một nơi khác (ngoại lai) Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật (chủ yếu là các nhóm

vi khuẩn và nấm) các vật liệu hữu cơ bị phân hủy Vì thế tùy theo đặc điểm của môi trường tích tụ như: lượng oxy, mức độ tham gia của nước hay khoáng chất mà các

di tích sinh vật bị phân hủy theo những cách khác nhau Những yếu tố này có liên quan với nhau rất chặt chẽ Chẳng hạn mức độ ngập nước của môi trường sẽ quyết định mức độ tham gia của không khí, quyết định hoạt động của vi sinh vật Về cơ bản có thể phân quá trình phân hủy vật liệu hữu cơ thành hai kiểu sau đây:

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

• Sự phân hủy vật liệu hữu cơ trong điều kiện có sự tham gia đầy đủ của không

khí: Sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thoáng khí là tiến trình oxy hóa tất

cả các hợp chất hữu cơ trong xác bã thực vật Sự phân hủy xảy ra bằng con đường oxy hóa hoàn toàn vật liệu thực vật để tạo nên các sản phẩm phân hủy là khí carbonic và nước Đây là một quá trình sinh nhiệt chậm chạp hay còn gọi là quá trình thối rữa và sự sinh nhiệt này lại tác động đẩy nhanh hoạt động của các

vi khuẩn Kết quả là thực vật bị thối rữa nhanh hơn

R – (C, 4H) + O2 + Vi Khuẩn hiếu khí → CO2 + H2O + năng lượng Hợp chất hữu cơ chứa C (478KJmol-1)

Khi chất hữu cơ thêm vào đất, vi sinh vật tấn công các thành phần dễ phân hủy trước Sau đó số lượng vi sinh vật gia tăng đáng kể Ngay khi hoạt động vi sinh vật đạt đỉnh cao đây cũng là thời điểm năng lượng được giải phóng nhanh nhất, CO2 được hình thành với số lượng lớn (Võ Thị Gương, 2007) Khi thành phần hữu cơ dễ phân hủy đã cạn, mật số vi sinh vật sẽ giảm xuống Cơ thể chết của vi sinh vật sẽ là nguồn năng lượng được phân hủy cho sinh vật sống, CO2 và H2O tiếp tục được hình thành Khi nguồn thực phẩm dễ phân hủy giảm xuống, hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm Chất hữu cơ còn lại trong đất có màu sậm và các hợp chất mới được tổng hợp mới được gọi là humus Nếu oxy được cung cấp tiếp tục thì quá trình thối rữa này sẽ còn xảy ra cho đến chừng nào mà toàn bộ lượng carbon tạo nên vật liệu hữu cơ bị biến hết thành CO2 (Đỗ Cảnh Dương, 2004) Cuối cùng là gần như toàn bộ vật liệu thực vật bị phân hủy hoàn toàn và biến mất dưới dạng CO2 và H2O, chỉ còn lại một lượng rất nhỏ các chất bền vững như nhựa, sáp, chất sừng…

• Sự phân hủy vật liệu hữu cơ trong điều kiện có sự tham gia hạn chế của oxy:

Sự phân hủy vật liệu hữu cơ với sự tham gia hạn chế của oxy có thể xảy ra ở các đầm lầy, các hồ nước nông, các vũng khi không có các dòng nước chảy tự do (các bồn nước tù), ở đây oxy chỉ đủ oxy hóa các thành phần ít bền vững nhất của vật chất hữu cơ biến thành CO2 và H2O, những phần còn lại sẽ biến thành một chất cứng giàu carbon gọi là mùn Quá trình này được mang tên là quá trình mục rữa Nếu di tích thực vật mục rữa được phủ một lớp nước dày hơn hoặc các vật liệu trầm tích đưa đến phủ lên trên đủ để ngăn cách hẳn chúng với không khí thì quá trình oxy hóa ở đây xảy ra vô cùng chậm chạp Nguồn oxy ở đây chính là nguồn oxy có trong bản thân vật liệu thực vật Hoạt động của các vi sinh vật ưa khí rất bị hạn chế mà vi sinh vật yếm khí đóng vai trò chủ chốt trong trong việc

phân hủy vật liệu thực vật

Kết quả của quá trình phân hủy này là khối lượng chủ yếu của di tích thực vật biến thành acid mùn cây và than bùn được thành tạo.Theo sự nhận định của Trần Kim Tính (2003) thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ sẽ giảm do điều kiện yếm khí và dẫn đến tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất, cuối cùng là việc hình thành những lớp tương đối chặt hoàn toàn là hữu cơ đó là than bùn Bên cạnh đó, các yếu