Nghiên cứu ảnh hưởng của tưới tiết kiệm nước đến lưu huỳnh và kẽm dễ tiêu trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng

Áp lực về năng suất và cung cầu thực phẩm dẫn tới lạm dụng phân bón hóa học trong canh tác lúa, thâm canh nông nghiệp, trồng gối 1-2 vụ hoa màu giữa các vụ lúa và ít quan tâm đến bổ sung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐINH THỊ LAN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC

ĐẾN LƯU HUỲNH VÀ KẼM DỄ TIÊU TRONG ĐẤT LÚA PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐINH THỊ LAN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC

ĐẾN LƯU HUỲNH VÀ KẼM DỄ TIÊU TRONG ĐẤT LÚA PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước

Mã số: 62 - 58 - 02 - 12

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS.TS Nguyễn Thị Hằng Nga

2 GS.TS Trần Viết Ổn

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Đinh Thị Lan Phương

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Hằng Nga và GS.TS Trần Viết Ổn đã tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành Luận án tiến sĩ này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Văn Huy Hải (trường Đại học Khoa học

Tự nhiên) đã góp ý và định hướng để tác giả hoàn thành luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học, Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, các đồng nghiệp trong và ngoài trường đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận

án

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Hóa cơ sở, Phòng Thí nghiệm Đất, Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả thực hiện luận án

Luận án không thể hoàn thành nếu thiếu điểm tựa gia đình Tác giả xin bày tỏ lòng cảm

ơn sâu sắc đến người thân đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận án

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 4

5.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 4

5.2 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu thí nghiệm 4

5.3 Bố trí thí nghiệm trong phòng 4

5.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 4

5.5 Phương pháp phân tích mẫu đất 4

5.6 Phương pháp xử lý thống kê để đánh giá kết quả thí nghiệm 5

5.7 Đánh giá năng suất lúa 5

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 6

6.1 Ý nghĩa khoa học 6

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

7 Đóng góp mới của luận án 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Khái quát về các nguyên tố dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh trong đất 7

1.1.1 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của kẽm trong đất 7

1.1.2 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của lưu huỳnh trong đất 8

1.2 Vai trò dinh dưỡng của kẽm và lưu huỳnh đối với lúa 10

1.2.1 Vai trò dinh dưỡng của kẽm đối với lúa 10

1.2.2 Vai trò dinh dưỡng của lưu huỳnh đối với lúa 11

1.3 Thực trạng kẽm và lưu huỳnh trong đất canh tác trên thế giới và ở Việt Nam 12

1.3.1 Thực trạng kẽm và lưu huỳnh trong đất canh tác trên thế giới 12

1.4.1 Các nguyên nhân làm giảm kẽm dễ tiêu trong đất 19

1.4.2 Nguyên nhân làm giảm S-SO 4 2- trong đất 21

1.5 Chuyển hóa Zndt và S-SO42- trong đất ngập nước 22

1.5.1 Diễn biến thế oxi hóa khử Eh, pH trong đất ngập nước 22

1.5.2 Quan hệ Eh, pH với sự chuyển hóa của kẽm và lưu huỳnh trong đất ngập nước 24 1.6 Tổng quan về các phương pháp tưới tiết kiệm nước 28

1.7 Các nghiên cứu về kẽm và lưu huỳnh trong đất dưới tác động của chế độ tưới 31

1.7.1 Các nghiên cứu về kẽm và lưu huỳnh trong đất ngập thường xuyên 31

1.7.2 Các nghiên cứu về thay đổi môi trường đất liên quan đến tưới tiết kiệm nước 34 1.8 Luận giải cho vấn đề nghiên cứu của luận án 41

CHƯƠNG 2 MÔ TẢ KHU VỰC NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.1 Mô tả khu vực nghiên cứu 43

2.1.1 Vị trí địa lí 43

2.1.2 Đặc điểm địa hình 43

2.1.3 Đặc điểm khí hậu 43

2.1.4 Chế độ thuỷ văn 46

2.1.5 Đặc điểm thổ nhưỡng 46

2.1.6 Hệ thống thủy lợi 48

2.1.7 Thời gian canh tác lúa tại khu vực nghiên cứu 49

2.2 Đối tượng nghiên cứu 49

2.2.1 Giống lúa thí nghiệm 49

2.2.2 Kỹ thuật bón phân 50

2.2.3 Mật độ gieo cấy 50

2.2.4 Nước tưới 51

2.2.5 Tính chất đất nền của khu thí nghiệm 52

2.2.6 Thời gian thí nghiệm 53

2.2.7 Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước được áp dụng trong luận án 53

2.3 Phương pháp bố trí và theo dõi thí nghiệm 54

2.3.1 Thí nghiệm trong phòng 54

2.3.2 Thí nghiệm đồng ruộng 56

2.4 Phương pháp xác định Eh, pH, Znts, Zndt, S-SO42- 61

2.4.1 Xác định Eh, pH, pH KCl 61

2.4.2 Phân tích kẽm tổng số và kẽm dễ tiêu 61

2.4.3 Phân tích sunphat 63

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 65

3.1 Các kết quả pH, kẽm tổng số, kẽm dễ tiêu, sunphat trong đất nền và một số kết quả phân tích khác 65

3.2 Đánh giá hàm lượng kẽm và sunphat trong đất nền khu vực nghiên cứu 66

3.3 Diễn biến hàm lượng Zndt và S-SO42- qua công thức thí nghiệm trong phòng 67

3.3.1 Thế oxi hóa khử, diễn biến hàm lượng Zn dt và S-SO 4 2- của công thức ngập nước thường xuyên 68

3.3.2 Thế oxi hóa khử, động thái Zn dt và S-SO 4 2- của công thức cạn nước tự nhiên74 3.3.3 So sánh diễn biến Zn dt và S-SO 4 2- giữa hai công thức thí nghiệm trong phòng 79 3.4 Diễn biến hàm lượng Zndt và SO42- qua công thức thí nghiệm đồng ruộng 81

3.4.1 Diễn biến Eh, pH, kẽm dễ tiêu và lưu huỳnh trong công thức tưới ngập thường xuyên 81

3.4.2 Diễn biến Eh, pH, Zn dt , S-SO 4 2- trong công thức tưới tiết kiệm nước 92

3.4.3 So sánh lớp nước mặt ruộng, Eh, Zn dt , S-SO 4 2- và năng suất lúa của hai CT thí nghiệm đồng ruộng 99

3.5 Nhận xét chung 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

1 Kết luận 106

2 Kiến nghị 107

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

PHỤ LỤC 117

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh trong đất 9

Hình 1.2 Triệu chứng thiếu dinh dưỡng kẽm của lúa 11

Hình 1.3 Các biểu hiện khác trên lá lúa thiếu kẽm 11

Hình 1.4 Vai trò của kẽm trong các công thức bón kẽm và không bón kẽm 11

Hình 1.5 Sự thiếu và thừa lưu huỳnh đối với lúa 12

Hình 1.6 Hiện tượng ngộ độc lưu huỳnh ở lúa 12

Hình 1.7 Các khu vực thiếu kẽm trên thế giới 13

Hình 1.8 Sơ đồ cân bằng hóa học giữa kẽm và các thành phần trong đất 19

Hình 1.9 Sơ đồ các nguyên nhân làm thiếu Zndt ở trong đất 21

Hình 1.10 Các quá trình biến đổi S-SO42- trong đất ngập nước 26

Hình 1.11 Các quá trình xảy ra ở vùng kị khí và háo khí trong đất ngập nước 28

Hình 2.1 Thực hiện thí nghiệm trong phòng 56

Hình 2.2 Ruộng tưới ngập vào một số giai đoạn sinh trưởng 57

Hình 2.3 Ruộng tưới TKN và để cạn nước cuối thời kỳ đẻ nhánh 57

Hình 2.4 Bờ bao ngăn ruộng ngập, ruộng cạn và ống đo mức nước mặt ruộng 58

Hình 2.5 Ảnh thực tế khu ruộng thí nghiệm 58

Hình 2.6 Mô tả khu ruộng thí nghiệm trên bản đồ 59

Hình 2.7 Sơ đồ hóa khu ruộng thí nghiệm 59

Hình 2.8 Phân tích Zndt bằng phương pháp điện hóa 63

Hình 3.1 Đồ thị diễn biến thế Eh TB của CT đất ngập nước liên tục 68

Hình 3.2 Đồ thị diễn biến hàm lượng Zndt trong CT ngập nước liên tục 69

Hình 3.3 Diễn biến [Zndt] TB trong CT ngập nước liên tục 71

Hình 3.4 Diễn biến pH, [Zndt] và Eh trong CT đất ngập nước liên tục 71

Hình 3.5 Diễn biến [S-SO42-] trong CT ngập nước liên tục 73

Hình 3.6 Mối quan hệ giữa Eh và [S-SO42-] trong CT ngập nước liên tục 73

Hình 3.7 Quan hệ giữa Eh và lớp nước mặt ruộng của CT đất cạn nước tự nhiên 75

Hình 3.8 Đồ thị diễn biến thế Eh TB của công thức đất cạn nước tự nhiên 75

Hình 3.9 Diễn biến hàm lượng Zndt CT cạn nước tự nhiên 76

Hình 3.10 Diễn biến Eh, pH và [SO42-] của CT cạn nước tự nhiên 78

Hình 3.11 Đồ thị so sánh hai CT thí nghiệm trong phòng 79

Hình 3.12 Đồ thị so sánh hàm lượng S-SO42- của hai CT thí nghiệm trong phòng 80

Hình 3.13 Diễn biến lớp nước mặt ruộng tưới ngập TB vào các thời điểm lấy mẫu 82

Hình 3.14 Đường quá trình lớp nước mặt ruộng của CT tưới ngập 82

Hình 3.15 Đo thế oxi hóa khử Eh, pH trực tiếp trên ruộng 83

Hình 3.16 Diễn biến Eh TB của CT tưới ngập trong 04 vụ canh tác 84

Hình 3.17 Quan hệ Eh và lớp nước mặt ruộng trong CT tưới ngập 85

Hình 3.18 Quan hệ giữa pH và lớp nước mặt ruộng của CT tưới ngập 85

Hình 3.19 Diễn biến hàm lượng Zndt của CT tưới ngập 87

Hình 3.20 Diễn biến hàm lượng S-SO42- trong đất lúa của CT tưới ngập 90

Hình 3.21 Diễn biến pH, Eh, [SO42-], [Zn2+] của CT tưới ngập 92

Hình 3.22 Quan hệ lớp nước mặt ruộng và thế oxi hóa khử của ruộng tưới TKN 94

Hình 3.23 Diễn biến hàm lượng kẽm dễ tiêu trong CT tưới TKN của 04 vụ thí nghiệm 96 Hình 3.24 Diễn biến hàm lượng S-SO42- trong CT tưới TKN 98

Hình 3.25 So sánh lớp nước mặt ruộng và thế Eh giữa CT tưới ngập và TKN 99

Hình 3.26 So sánh hàm lượng kẽm dễ tiêu TB của 2 công thức tưới 100

Hình 3.27 So sánh hàm lượng ion sunphat TB của 2 công thức tưới 102

Hình 3.28 Biểu đồ so sánh năng suất TB của 2 CT thí nghiệm 103

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Hàm lượng kẽm tổng số trong một số loại đất ở vùng nhiệt đới Châu Á 13

Bảng 1.2 Hàm lượng kẽm tổng số trong một số loại đá cấu tạo nên vỏ trái đất 14

Bảng 1.3 Tình trạng thiếu dinh dưỡng trung, vi lượng ở đất Việt Nam 17

Bảng 2.1 Bảng phân bố lượng mưa năm 2015, 2016 tại Trạm khí tượng Hưng Yên 44

Bảng 2.2 Tính chất lý, hóa học cơ bản của phẫu diện đất (độ sâu 0-27cm) phù sa trung tính ít chua vùng ĐBSH 47

Bảng 2.3 Diện tích các nhóm đất nông nghiệp thuộc xã An Viên 48

Bảng 2.4 Hệ thống kênh mương phục vụ sản xuất nông nghiệp xã An Viên 48

Bảng 2.5 Đặc điểm nông lịch vụ chiêm xuân và vụ mùa 49

Bảng 2.6 Công thức bón phân áp dụng cho ruộng thí nghiệm 50

Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu chất lượng nước tưới sông Cửu An 51

Bảng 2.8 Tính chất lí hóa của khu đất thí nghiệm 52

Bảng 2.9 Thời gian thí nghiệm cụ thể của từng vụ 53

Bảng 2.10 Quy trình tưới tiết kiệm nước áp dụng trong nghiên cứu 54

Bảng 2.11 Thời gian thực hiện TN trong phòng 56

Bảng 2.12 Thời gian lấy mẫu đất phân tích thí nghiệm các năm 2015, 2016 60

Bảng 2.13 Hàm lượng SO42- trong các phép thử test máy DR2700 64

Bảng 2.14 Hàm lượng Zn2+ trong các phép thử test máy điện hóa 64

Bảng 3.1 Các giá trị pH, pHKCl và một số kết quả phân tích khác của 05 mẫu đất nền 65

Bảng 3.2 Hàm lượng kẽm tổng số, kẽm dễ tiêu và sunphat trong đất nền 66

Bảng 3.3 Kết quả phân tích mẫu nước sử dụng cho thí nghiệm 68

Bảng 3.4 Kết quả nồng độ Zndt của CT đất ngập nước liên tục (TN trong phòng) 70

Bảng 3.5 Kết quả nồng độ S-SO42- TB của CT ngập nước liên tục 72

Bảng 3.6 Lớp nước mặt ruộng TB của CT cạn nước tự nhiên 74

Bảng 3.7 Kết quả phân tích hàm lượng Zndt trong CT cạn nước tự nhiên 77

Bảng 3.8 Kết quả phân tích [SO42-] trong CT cạn nước tự nhiên 78

Bảng 3.9 Kiểm định thống kê T-test độc lập hàm lượng Zndt giữa CT1 và CT2 79

Bảng 3.10 Kiểm định thống kê t-test độc lập [SO42-] giữa CT1 và CT2 80

Bảng 3.11 Lớp nước mặt ruộng tưới ngập TB tại các thời điểm lấy mẫu 81

Bảng 3.12 Các giá trị Eh và pH của ruộng tưới ngập vào các thời điểm lấy mẫu 83

Bảng 3.13 Diễn biến hàm lượng Zndt (mg/100gđ) trong CT tưới ngập 87

Bảng 3.14 Diễn biến hàm lượng S-SO42- (mg/100gđ) trong CT tưới ngập 90

Bảng 3.15 Diễn biến lớp nước mặt ruộng tưới TKN trung bình (cm) vào các thời kì lấy mẫu 93

Bảng 3.16 Diễn biến Eh và pH TB của CT tưới tiết kiệm nước 93

Bảng 3.17 Kết quả hàm lượng Zndt của CT TKN (đơn vị: mg/100g) 96

Bảng 3.18 Kết quả hàm lượng S-SO42- của CT TKN (đơn vị: mg/100gđ) 98

Bảng 3.19 Kiểm định thống kê T-test độc lập cho [Zndt] giữa hai CT tưới 101

Bảng 3.20 Kiểm định thống kê hàm lượng S-SO42- CT tưới ngập so với CT TKN 102

Bảng 3.21 Năng suất bình quân trong các vụ thí nghiệm 103

TK1 : Tiết kiệm nước 1

TK2 : Tiết kiệm nước 2

TK3 : Tiết kiệm nước 3

TKN : Tiết kiệm nước

Zn ts : Kẽm tổng số

Zn dt : Kẽm dễ tiêu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khí hậu biến đổi, môi trường ô nhiễm, tài nguyên cạn kiệt là những vấn đề báo động ở Việt Nam Bên cạnh đó, lãng phí nước tưới, lạm dụng phân bón hóa học làm đất canh tác trở nên thoái hóa, bạc màu, thiếu dinh dưỡng đã và đang xảy ra khá phổ biến Sản xuất lúa gạo chiếm vị trí hàng đầu cho đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu gạo của nước ta Áp lực về năng suất và cung cầu thực phẩm dẫn tới lạm dụng phân bón hóa học trong canh tác lúa, thâm canh nông nghiệp, trồng gối 1-2 vụ hoa màu giữa các vụ lúa và ít quan tâm đến bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng và trung lượng đã làm đất trở nên nghèo dinh dưỡng, trong đó có lưu huỳnh và kẽm

Lưu huỳnh (S) xét về nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng có vai trò quan trọng thứ tư sau các nguyên tố N, P, K Lưu huỳnh tham gia vào quá trình hình thành các axit amin, protein và xúc tiến nhiều quá trình sinh học trong cây như quang hợp, hô hấp, xúc tiến quá trình chín của hạt Lượng lưu huỳnh trung bình được cây trồng sử dụng cho quá trình phát triển và sinh trưởng bằng 2/3 so với khối lượng lân [1] [2] Lưu huỳnh được cây lúa hấp thu chủ yếu dưới dạng ion sunphat (S-SO42-) qua bộ rễ Tuy nhiên, hàm lượng sunphat trong đất lúa tưới ngập thường bị thiếu bởi những nguyên nhân chính là dinh dưỡng cho cây lúa, dễ bị rửa trôi khỏi bề mặt tích điện âm của hạt keo đất, chuyển hóa thành lưu huỳnh dạng khử (H2S, HS-, S2-) trong đất lúa ngập nước [1] [3] Đất canh tác lúa vùng đồng bằng sông Hồng (Việt Nam) có hàm lượng lưu huỳnh tổng số ở mức thấp đến trung bình thấp, nếu tính cả lượng lưu huỳnh bị rửa trôi thì thiếu khoảng 60÷110

kg lưu huỳnh/ha/năm [4]

Cũng như lưu huỳnh, kẽm là nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự tổng hợp các chất diệp lục, hydratcacbon, axit nucleic, protein cho hạt và tăng cường khả năng hấp thu đạm, lân cho cây lúa [5] Sự thiếu hụt kẽm dù chỉ với lượng rất nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng

kể đến năng suất lúa [6] Hầu hết đất canh tác lúa trên thế giới đều bị thiếu dinh dưỡng kẽm do tỉ lệ kẽm dễ tiêu rất thấp so với kẽm tổng số [1] Ở Việt Nam các loại đất bạc màu, đất cát biển, đất canh tác lúa cũng trong tình trạng thiếu kẽm [7] bởi các nguyên

có đặc tính chua hoặc rất chua, mức độ phân hóa mạnh, dung tích hấp thu thấp, mức độ bão hòa bazơ thấp Điều này dẫn đến quá trình tích lũy sắt, nhôm ở dạng di động xảy ra mạnh làm các dạng dinh dưỡng trở nên bị cố định trong đất [7] Việt Nam tuy chưa nằm trong danh sách các nước bị thiếu kẽm và lưu huỳnh trầm trọng, nhưng tập quán tưới ngập cho lúa, thiếu bổ sung phân bón vi lượng cũng góp phần làm giảm dinh dưỡng kẽm

dễ tiêu (Zndt) trong đất canh tác [7]

Kỹ thuật tưới ngập, cách tưới truyền thống cho lúa đã làm suy giảm khí oxi trong đất canh tác dẫn đến quá trình khử các ion S-SO42- thành dạng sunfua (H2S, HS-, S2-) do sự tham gia của các vi sinh vật đất hoạt động yếm khí; kết quả làm Zndt trong dịch đất tạo kết tủa khó tan ZnS - dạng khó hấp thu dinh dưỡng kẽm cho lúa [6] Tuy nhiên, cách tưới này vẫn đang được áp dụng phổ biến trong thâm canh lúa ở vùng đồng bằng sông Hồng của Việt Nam Nếu kỹ thuật tưới ngập vẫn được duy trì thì hàm lượng Zndt và S-

SO42- trong đất canh tác lúa Việt Nam có nguy cơ bị thiếu

Theo chủ trương của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, để ứng phó với tác động của biến đổi khí hậu và nguồn nước khan hiếm, cần áp dụng giống và các kỹ thuật canh tác mới trong sản xuất lúa, trong đó có kỹ thuật tưới tiết kiệm nước Cho đến nay, đã có khoảng 395.000 ha trên tổng số 6,6÷7,7 triệu ha (xấp xỉ 6 %) đất trồng lúa trên cả nước

đã được áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước theo hệ thống thâm canh lúa cải tiến SRI [8] Theo số liệu của Viện Quy hoạch Thủy lợi, vùng đồng bằng sông Hồng có tổng diện tích lúa 545.000 ha, tuy nhiên năm 2016 mới có khoảng 10.000 ha trồng lúa được áp dụng phương thức tưới cải tiến SRI [9] Nhiều kết quả nghiên cứu thử nghiệm đã cho kết luận kỹ thuật tưới TKN có nhiều ưu điểm như giảm phát thải khí CH4 [10], hạn chế một số loại dịch hại, tăng khả năng chống chịu hạn hán, chống đổ ngã mà không ảnh hưởng đến năng suất lúa [11]

Hơn nữa, nhóm đất phù sa tại vùng ĐBSH là nhóm đất có diện tích lớn nhất chiếm 50,9% so với toàn diện tích tự nhiên của vùng Các điều kiện địa hình bằng phẳng, tính chất đất màu mỡ, phản ứng trung tính ít chua thích hợp với canh tác lúa nước đã tạo nên ĐBSH là vựa lúa lớn thứ hai cả nước [12]

Bên cạnh đó, kẽm và lưu huỳnh là dinh dưỡng rất cần thiết cho sinh trưởng và phát triển của lúa, đồng thời sự chuyển hóa của chúng phụ thuộc rất nhiều vào chế độ nước mặt

hóa Zndt và S-SO42- trong đất lúa dưới điều kiện áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước Chuyển hóa kẽm và lưu huỳnh trong đất lúa là một nghiên cứu quan trọng và cần thiết cung cấp cơ sở khoa học cho việc bón phân cân đối trong sản xuất lúa, đặc biệt là khi

áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước Vì vậy, tác giả tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tưới tiết kiệm nước đến lưu huỳnh và kẽm dễ tiêu trong đất lúa phù sa trung tính ít chua – nhóm đất phổ biến của vùng đồng bằng sông Hồng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Làm rõ diễn biến hàm lượng Zndt và S-SO42- trong đất canh tác lúa thuộc nhóm đất phù

sa trung tính, ít chua vùng đồng bằng sông Hồng dưới ảnh hưởng của phương pháp tưới tưới tiết kiệm nước Kết quả nghiên cứu củng cố thêm cơ sở khoa học cho việc khuyến cáo tưới nước tiết kiệm cho lúa, giảm thiểu áp lực tưới trong ngành sản xuất lúa gạo

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan vai trò dinh dưỡng và các quá trình hóa học của kẽm, mối liên quan giữa thế oxi hóa khử Eh và pH đến hàm lượng Zndt trong đất ngập nước

- Tổng quan vai trò dinh dưỡng và các quá trình hóa học của lưu huỳnh, mối liên quan giữa thế oxi hóa khử Eh và pH đến hàm lượng S-SO42- trong đất ngập nước

- Nghiên cứu diễn biến thế oxi hóa khử Eh, pH, hàm lượng Zndt, S-SO42- thông qua các thí nghiệm trong phòng Từ đó làm rõ ảnh hưởng của chế độ đất ngập nước liên tục 4÷5

cm và quá trình rút nước đến chuyển hóa Zndt và S-SO42- trong đất lúa

- Nghiên cứu diễn biến thế oxi hóa khử Eh, pH và hàm lượng Zndt, S-SO42- thông qua các thí nghiệm đồng ruộng đối với hai kỹ thuật tưới: tưới ngập truyền thống và tưới tiết kiệm nước (TKN) Từ đó làm rõ ảnh hưởng của các chế độ tưới đến sự chuyển hóa Zndt

và S-SO42- trong đất lúa

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tưới TKN trong duy trì dinh dưỡng Zndt, S-SO42- trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Hàm lượng Zndt và S-SO42- trong đất phù sa sông Hồng trung

Phạm vi nghiên cứu: Chuyển hóa Zndt và S-SO42- trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Thu thập, tổng hợp các tài liệu về kỹ thuật tưới và tưới TKN Thu thập và tổng hợp các nghiên cứu liên quan đến chuyển hóa kẽm và lưu huỳnh trong đất ngập nước Tổng hợp tài liệu và các nghiên cứu liên quan đến mối quan hệ giữa thế oxi hóa khử với dạng tồn tại của kẽm và lưu huỳnh trong đất ngập nước

5.2 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu thí nghiệm

Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu đất áp dụng theo các tiêu chuẩn: TCVN 7538-2:2005 (ISO 10381-2:2002) về kỹ thuật lấy mẫu đất, TCVN 6647:2007 (ISO 11464:2006) về xử lý đất sơ bộ để phân tích lý hóa, QCVN 39:2011/BTNMT về chất lượng nước tưới, TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) về kỹ thuật lấy mẫu nước mặt

5.3 Bố trí thí nghiệm trong phòng

Thí nghiệm trong phòng được thực hiện trong hệ thống các chậu nhựa, gồm hai công thức: đất ngập nước liên tục và đất ngập nước không liên tục, mỗi công thức 03 lần nhắc lại Đất thí nghiệm được lấy tại vùng thực hiện thí nghiệm đồng ruộng, xã An Viên, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên

5.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng

Thí nghiệm đồng ruộng bao gồm hai công thức: tưới ngập và tưới tiết kiệm nước, mỗi công thức 03 lần nhắc lại Thí nghiệm được bố trí tại xã An Viên, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên

5.5 Phương pháp phân tích mẫu đất

Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm bao gồm:

- Chiết kẽm tổng số theo TCVN 6649 (ISO 11446)

- Chiết kẽm dễ tiêu từ đất được thực hiện theo giáo trình Methods of Soil Analysic Used

- Chiết ion sunphat từ đất được thực hiện theo TCVN 6656 : 2000 (ISO 1048 : 1995)

- Phân tích ion sunphat theo phương pháp 8051 của HACH

- Phân tích kẽm dễ tiêu và kẽm tổng số theo phương pháp cực phổ Von-ampe hòa tantrên máy cực phổ đa năng CPA–HH5

- Eh, pH: Đo bằng máy đo Eh, pH cầm tay ORP/pH (hãng Toledo)

- Phân tích các tính chất lý hóa đất tại khu vực thí nghiệm:

+ Dung trọng: xác định bằng phương pháp dao vòng tại hiện trường và cân sấy

+ Tỷ trọng: xác định bằng phương pháp picnomet với đất khô qua sàng 2mm

5.6 Phương pháp xử lý thống kê để đánh giá kết quả thí nghiệm

- Sử dụng phần mềm Microsolf-Excel 2013: vẽ biểu đồ, tính giá trị trung bình theo hàm

Average, độ lệch chuẩn theo hàm Stdev, hệ số tương quan Pearson, kiểm định sự khác biệt giữa hai nhóm kết quả bằng hàm T-test độc lập

- Loại bỏ số liệu nghi ngờ: khi các phép lặp của các quả phân tích có một số liệu quá

cao hay quá thấp so với các số liệu

- Kiểm định T-test độc lập trên phần mềm excel để xét sự khác biệt giữa giá trị trung

bình của hai nhóm có khác nhau do ngẫu nhiên hay hay do bị tác động [14]

5.7 Đánh giá năng suất lúa

Năng suất thu hoạch (tạ/ha/vụ) = ổ ả ượ ự ủ ô ứ í ệ ( ạ)

7 Đóng góp mới của luận án

- Định lượng biến đổi hàm lượng kẽm dễ tiêu và hàm lượng ion sunphat trong môi trường đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông dưới ảnh hưởng của chế

độ tưới

- Xác định mực nước mặt ruộng phù hợp của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước nhằm duy trì dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát về các nguyên tố dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh trong đất

1.1.1 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của kẽm trong đất

1.1.1.1 Nguồn gốc kẽm trong đất

Kẽm là nguyên tố dinh dưỡng trong đất được tạo thành chủ yếu từ các quá trình phong hóa các khoáng chất bao gồm sphalerite ZnS, khoáng Zn, smithsonite ZnCO3 và zincite ZnO [15] trong quá trình hình thành đất Sphalerite có thành phần chính là kẽm sunfua ZnS, đây là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng 60÷62 % Ngoài ra, kẽm còn được tạo ra từ quá trình phong hóa một số loại đá: ultramafic (chứa hàm lượng kẽm

50 mg.kg-1); bazan (chứa hàm lượng kẽm 105 mg.kg-1); granit (chứa hàm lượng kẽm 39-60 mg.kg-1); syenit (chứa hàm lượng kẽm 130 mg.kg-1) [16] Kẽm là nguyên tố kim loại lưỡng tính, có trạng thái oxi hóa duy nhất +2 ở điều kiện bình thường, có ái lực thấp với oxi và thường liên kết với lưu huỳnh để tạo ra các sunfua trong quặng sphalerit ZnS [6]

Hàm lượng kẽm trong đất phụ thuộc vào tính chất của đá, kết cấu đất, hàm lượng chất hữu cơ và pH Vì kẽm được hấp phụ bởi khoáng chất và các thành phần hữu cơ trong hầu hết các loại đất, nên thường tích lũy trong các tầng đất mặt và giảm xuống theo độ sâu [17] Trên thế giới, hàm lượng kẽm tổng số (Znts) dao động trong khoảng 10÷300 mg.kg-1 [18], trung bình là 64 mg.kg-1 [17] Hàm lượng Znts trung bình là 47 mg.kg-1

trong tầng đất dưới và 52 mg.kg-1 ở tầng đất mặt

1.1.1.2 Dạng tồn tại của kẽm trong đất

Trong đất kẽm tồn tại ở 5 dạng: 1- Hòa tan trong nước: có trong dung dịch đất; 2- Kẽm trao đổi: liên kết với các hạt đất nhờ điện tích mang điện; 3- Liên kết hữu cơ: phần ion

bị hấp phụ hoặc tạo phức chất với các hợp chất hữu cơ; 4- Kẽm liên kết chặt với các hạt khoáng sét của đất; 5- Kẽm trong thành phần của đá và khoáng nguyên sinh [6] [18] Cây trồng chỉ sử dụng được dinh dưỡng kẽm gồm kẽm ở dạng hòa tan, trao đổi (dạng 1,2) và một phần dễ bị phản hấp phụ (dạng 3) Do rễ cây có lực hút ion yếu nên chỉ có thể hấp thu kẽm dễ tiêu trong dịch đất và tầng khuếch tán của các hạt keo đất [6]

Nồng độ ion kẽm di động trong đất thấp do bị hấp phụ bởi các khoáng sét và đi vào các kết tủa cacbonat, hydroxit, phosphat và sunfua [18], do các khoáng sét phổ biến trong đất nên kẽm di động (dễ tiêu) thường ở mức thấp trong đất canh tác Hàm lượng kẽm di động lớn nhất trong đất chỉ đạt được trong điều kiện môi trường oxi hóa hoặc axit, ngược lại hàm lượng kẽm di động thấp hơn trong môi trường khử

Kẽm dễ tiêu: Kẽm dễ tiêu hay còn gọi là kẽm di động, là các dạng ion kẽm có thể khuếch

tán trong dịch đất (Zn2+, Zn(OH)+) [6] Cây trồng chỉ hấp thu được kẽm dễ tiêu (Zndt) trong dịch đất Zn2+, Zn(OH)+, kẽm trao đổi Zn2+ ở tầng khuếch tán hạt keo đất và một phần Zn2+ bị hấp phụ bởi các hợp chất hữu cơ Tuy nhiên, trong đất kẽm dễ tiêu chiếm

tỷ lệ rất thấp so với kẽm tổng số

1.1.2 Nguồn gốc và các dạng tồn tại của lưu huỳnh trong đất

1.1.2.1 Nguồn gốc lưu huỳnh trong đất

Lớp vỏ trái đất chứa 0,06 ÷ 0,10 % S [19], được tìm thấy ở dạng tự nhiên trong các trầm tích núi lửa, các lớp tro bay và đá muối Lưu huỳnh có mặt trong các khoáng chất sunfua như chalcopyrit, pyrrhotite, sphalerite, galena, arsenopyrit và pyrite; các khoáng sunphat như anhydrit, barit và thạch cao Ngoài ra, khí tự nhiên, dầu, than, cát bitum và đá phiến pyrobitumen cũng chứa lưu huỳnh Lưu huỳnh còn có thể được tìm thấy dưới dạng hydrogen sunfua (H2S) trong đất ngập nước [20] [21] Do quá trình phong hoá, lưu huỳnh bị oxi hoá thành sunphat hoặc bị khử thành sunfua trong điều kiện đất yếm khí Lưu huỳnh có nguồn gốc từ các quá trình phong hóa các khoáng (pirit FeS2, chacolpirit CuFeS2, các sunfua ZnS ) và phân hủy xác động thực vật, do đó lưu huỳnh thường tập trung nhiều ở lớp đất mặt Những khoáng chất này bị phong hóa một phần chuyển thành sunphat, chẳng hạn như quá trình phong hóa oxi hóa khử các quặng pirit và chacolpirit:

2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 2FeSO4 (1.1)

2CuFeS2 + 7O2 → 2FeSO4 + 2CuSO4 (1.2)

Khoảng 95 % tổng lượng lưu huỳnh của hầu hết các loại đất ở dạng hữu cơ [22] Nguyên

tố S và các dạng lưu huỳnh hữu cơ phải được chuyển hóa thành sunphat (S-SO42-) thì cây trồng mới hấp thu được qua bộ rễ [19] Sự chuyển hóa này chỉ được thực hiện khi

có sự tham gia của các vi khuẩn đất và chỉ xảy ra trong các điều kiện ấm, ẩm và thoát nước tốt

Ion sunphat mang điện tích âm nên ít bị giữ bởi các hạt keo đất, trừ đất sét axit, trong hầu hết các loại đất ion này dễ bị rửa trôi Đất ngập nước hình thành sunfua gây độc cho thực vật, khi nhiệt độ tăng hoặc trong điều kiện háo khí, sunfua được oxi hóa thành sunphat nhờ sự tham gia của các vi khuẩn trong đất

Đất canh tác thường xảy ra hiện tượng ion sunphat thấm xuống theo thời gian và đọng lại trên tầng đế cày, đây là nguồn có sẵn cho cây trồng khi rễ mọc dài đến độ sâu này Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh trong đất được minh họa trong hình 1.1:

Hình 1.1 Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh trong đất

1.1.2.2 Dạng tồn tại của lưu huỳnh trong đất

Trong tầng đất mặt nông nghiệp tiêu nước tốt, lưu huỳnh tồn tại ở hai dạng hữu cơ và

vô cơ, trong đó lưu huỳnh hữu cơ chiếm gần 90% Dạng lưu huỳnh hữu cơ tuy chiếm tỉ phần lớn nhưng cây trồng không hấp thụ được trực tiếp mà phải được khoáng hoá thành dạng vô cơ nhờ các vi sinh vật đất thì mới hấp thụ được

Các dạng lưu huỳnh vô cơ bao gồm: S-SO42- trong dung dịch đất, S-SO42- bị hấp phụ bề mặt keo sét, S-SO42- không hòa tan, các hợp chất lưu huỳnh vô cơ dạng khử H2S, S2-,

HS- Tuy nhiên, cây trồng chỉ hấp thụ được dạng S-SO42- trong dung dịch đất và ở tầng

Sunphat:

Trong đất, cây trồng chỉ hấp thu được sunphat ở dạng S-SO42- và S-S2O32-, tuy nhiên dạng S-S2O32- ít được tìm thấy trong đất canh tác [19] Ngoài ra, lá lúa có thể hấp thu một lượng nhỏ SO2 từ không khí, nhưng không đáng kể cho nhu cầu dinh dưỡng của lúa [19]

Lưu huỳnh hữu cơ phải qua các quá trình khoáng hóa chuyển thành dạng dinh dưỡng dễ tiêu thì cây mới hấp thu được Do đó, dinh dưỡng lưu huỳnh mà cây lấy được phụ thuộc vào quá trình chuyển hóa các khoáng lưu huỳnh thành dạng dễ tiêu trong đất

1.2 Vai trò dinh dưỡng của kẽm và lưu huỳnh đối với lúa

1.2.1 Vai trò dinh dưỡng của kẽm đối với lúa

Kẽm là một trong 8 nguyên tố quan trọng đối với sinh trưởng của các loại cây trồng, rất cần thiết với quá trình đồng hóa đạm, tham gia quá trình quang hợp, quá trình trao đổi chất của tế bào [5] [1] Hiệp hội kẽm quốc tế (IZA-International Zinc Association, ra đời năm 1991 bởi các nhà sản xuất kẽm hàng đầu) nêu: kẽm là yếu tố dinh dưỡng quan trọng thứ ba ảnh hưởng đến năng suất thu hoạch ngũ cốc, chỉ đứng sau đạm và lân [23] Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra: thiếu kẽm có thể giảm năng suất lúa tới 50 % mà cây không biểu hiện triệu chứng gì Khi thiếu kẽm nặng, triệu chứng trên cây lúa sau khi cấy 15÷20 ngày xuất hiện các đốm nhỏ rải rác màu vàng nhạt trên các lá già, sau đó phát triển rộng ra, hợp lại và trở thành màu sẫm đỏ và bị khô đi trong vòng một tháng [23]

Đối với lúa, kẽm cần cho sự tổng hợp axit indol acetic, là thành phần thiết yếu của một

số men như metallo-enzimes-carbonic, anhydrase, anxohol dehidroase Kẽm còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp axit nucleic và protein, tăng cường khả năng

sử dụng lân và đạm cho cây, cần thiết cho sản xuất các chất diệp lục và hydratcarbon [23]

Hình 1.2 Triệu chứng thiếu dinh dưỡng kẽm của lúa [23]

Hình 1.3 Các biểu hiện khác trên lá lúa thiếu kẽm [24]

Hình 1.4 Vai trò của kẽm trong các công thức bón kẽm và không bón kẽm [23]

Kẽm rất quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa, thiếu kẽm ảnh hưởng nhiều đến năng suất Ở các công thức không bón kẽm cây lúa có phiến lá nhỏ, nhánh ít,

tỉ lệ bông ít Tuy nhiên, thừa kẽm sẽ gây độc đối với lúa, khi nồng kẽm ở mức > 200 mg/100g (QCVN 03 : 2008/BTNMT về giới hạn kim loại nặng trong đất) thì đất được coi là ô nhiễm kẽm Cây trồng bị ngộ độc kẽm có các biểu hiện như lá héo rũ và cháy

lá

1.2.2 Vai trò dinh dưỡng của lưu huỳnh đối với lúa

Đối với lúa, lưu huỳnh là nguyên tố quan trọng cho quá trình quang hợp, hấp thu đạm

chỉ đứng thứ tư sau các nguyên tố N, P, K Lượng lưu huỳnh trung bình mà cây trồng

sử dụng để phát triển và sinh trưởng bằng 2/3 so với khối lượng lân [19] Cây lúa thiếu lưu huỳnh được biểu hiện bởi cây còi cọc, lá non ban đầu chuyển sang màu vàng sau đó lan xuống lá trưởng thành và lá già [16]

Hình 1.5 Sự thiếu và thừa lưu huỳnh đối với lúa [3]

Trong điều kiện thừa lưu huỳnh, môi trường yếm khí sẽ sinh ra H2S, HS-, S2- làm rễ lúa thối hoặc xoắn rễ và lá nhỏ lại, cây bị lùn, toàn bộ lá vàng và mép lá bị cuốn

Hình 1.6 Hiện tượng ngộ độc lưu huỳnh ở lúa [9]

1.3 Thực trạng kẽm và lưu huỳnh trong đất canh tác trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Thực trạng kẽm và lưu huỳnh trong đất canh tác trên thế giới

1.3.1.1 Thực trạng kẽm trong đất canh tác trên thế giới

Đất canh tác lúa thiếu kẽm là vấn đề khá phổ biến trên thế giới [25] và có những ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất [26] [27] Chế độ tưới, tiêu thoát nước, xói mòn trên triền

[28] Chẳng hạn như tưới ngập cho lúa làm tăng nồng độ P dễ tiêu (PO43-, HPO42-,

H2PO4-), ion bicacbonat (HCO3-) và các dạng của sunfua (HS-, S2-) dẫn đến sự thiếu kẽm trở nên trầm trọng [28] [29] [30] Do đó, dinh dưỡng kẽm mà cây trồng có thể hấp thu được chiếm tỉ lệ rất thấp

Viện Lúa quốc tế IRRI (The International Rice Research Institute) ước tính khoảng 50

% đất trồng lúa nước trên thế giới, trong đó có 35 triệu ha đất tại châu Á, đang bị ảnh hưởng bởi tình trạng thiếu kẽm [23]

Hình 1.7 Các khu vực thiếu kẽm trên thế giới [23]

Bảng 1.1 Hàm lượng kẽm tổng số trong một số loại đất ở vùng nhiệt đới Châu Á

TB (mg.kg-1)

Phạm vi (mg.kg-1)

Sri Lanka Đất ngập nước, hàm lượng

chất hữu cơ cao

Tình trạng đất thiếu kẽm nghiêm trọng tập trung ở các nước Apganixtan, Bănglađet, Braxin, Trung Quốc, Ấn Độ, Iran, Irắc, Pakixtan, Xuđăng, Xyri, Thổ Nhĩ Kỳ, Ôxtrâylia, Philipin, các bang vùng bờ biển Thái Bình Dương của Mỹ và một phần châu Âu Điển hình xảy ra tại những vùng đất ngập nước, chẳng hạn trong đất ngập nước Sri Lanka, hàm lượng kẽm tổng số TB là 75 mg/kg và dao dộng trong khoảng 35÷102 mg/kg [31] Bảng 1.2 Hàm lượng kẽm tổng số trong một số loại đá cấu tạo nên vỏ trái đất.

Nguồn: [32] [33] Trong đất, kẽm di động chỉ chiếm tỉ lệ rất nhỏ so với hàm lượng Znts, nồng độ Zndt trung bình 4÷270 µg.kg-1 trong khi Znts 50÷80 mg.kg-1 [34], trung bình 55 mgZn.kg-1 Hàm lượng Znts trung bình trên thế giới ở một số loại đất: đất cát 35 mgZn.kg-1, đất mùn 65 mgZn.kg-1, đất phù sa mịn 90 mgZn.kg-1, đất sét 106 mgZn.kg-1 [34]

Tại một số vùng, nồng độ kẽm trong đất dao động ở các giá trị khác nhau phụ thuộc vào loại đất và khí hậu, cụ thể như:

Đất canh tác Úc, nồng độ kẽm tổng số dao động từ 2÷180 mgZn.kg-1, trung bình 34 mgZn.kg-1 [34] Trên đất kiềm không vôi (đất canh tác có hàm lượng CaCO3 < 2%) tại vùng Nam Úc dao động từ 4÷41 mgZn.kg-1, từ 5÷36 mgZn.kg-1 trong các loại đất đá vôi (> 2% CaCO3) cũng ở khu vực này [35]

Đất nông nghiệp không bị ô nhiễm ở Mỹ hàm lượng kẽm tổng số là 56,5 mgZn.kg-1

[36], đất nông nghiệp ở châu Âu là 68 mgZn.kg-1 [37], đất canh tác không bị ô nhiễm tại Anh và xứ Wales [Znts] là 82 mgZn.kg-1 [38]

Tại Pháp, [Znts] trung bình trong các loại đất cát là 17 mgZn.kg-1, đất phù sa (< 20% đất

30÷50% thành phần sét) 98 mgZn.kg-1 và các loại đất rất giàu sét (> 50% sét) 132 mgZn.kg-1 [39]

Đất canh tác Ba Lan: đất cát 37 mgZn.kg-1 (3÷762 mgZn.kg-1), đất canh tác đã được cải tạo 60 mgZn.kg-1 (28÷116 mgZn.kg-1), đất sét pha mùn 75 mgZn.kg-1 (37÷725 mgZn.kg-

1.3.1.2 Thực trạng lưu huỳnh trong đất canh tác trên thế giới

Sử dụng các loại phân bón N-P-K và thuốc trừ sâu không chứa S, xói mòn, rửa trôi, canh tác là những nguyên nhân chính làm thiếu S trong đất [41] Tổng hàm lượng S trong đất trên thế giới biến động rất lớn, từ 20÷20.000 kg/1ha [4], được xác định cụ thể ở một số vùng như:

Hàm lượng S-SO42- trung bình trong đất nông nghiệp (độ sâu 0 ÷ 20 cm) ở Bồ Đào Nha

là 1,82 mg/100g, dao động từ 0,01÷50,00 mg/100g Trong đó 57,0 % đất canh tác có hàm lượng S-SO42- dưới 1,5 mg/100g, 3,9 % đất canh tác có hàm lượng S-SO42- > 5,0 mg/100g, 13,7 % đất canh tác có hàm lượng S-SO42- trong khoảng 2,6÷5,0 mg/100g [2] Vào thập niên 90, Ấn Độ mới chỉ có 130 khu vực đất nông nghiệp thiếu lưu huỳnh, nhưng đến năm 2007 con số này đã lên đến 250 khu vực Trong số các mẫu đất được thử nghiệm, 46 % được xác định là thiếu lưu huỳnh và 30 % có khả năng bị thiếu lưu huỳnh [2]

Tại Trung Quốc, ước tính khoảng 30 % đất nông nghiệp (40 triệu ha) bị thiếu lưu huỳnh [2]

giới Vấn đề này đã trở thành nổi cộm nhất tại châu Á, nơi mà trong một thời gian dài vai trò dinh dưỡng của lưu huỳnh đã bị xem nhẹ [2]

Ở Băng-la-đét, Inđônêxia, Thái Lan và Triều Tiên, tình trạng thiếu lưu huỳnh trong đất canh tác trở nên rõ rệt, trong đó nguồn lưu huỳnh cần bổ sung vào đất nông nghiệp Băng-la-đét có thể lên đến 280.000 tấn vào năm 2011 [2]

Tình trạng thiếu lưu huỳnh trong đất nông nghiệp tại Inđônêxia đã sớm xảy ra và nước này phải sử dụng 550.000 tấn amoni sunphat làm phân bón hàng năm cho đất nông nghiệp để cải thiện năng suất thu hoạch [2]

Hầu hết đất nông nghiệp Thái Lan phải bổ sung lưu huỳnh, nhờ đó tăng 13 ÷ 35 % năng suất đối với các cây trồng như sắn, ngô, vừng [2]

Tại Hàn Quốc, đất nông nghiệp phần lớn thiếu lưu huỳnh, chính phủ đã đưa ra giải pháp bón phân amoni sunphat và kali sunphat để bổ sung lưu huỳnh cho thấy năng suất thu hoạch của một số cây trồng như lúa mì đã tăng gấp đôi [2]

Với sản lượng lương thực ngày càng tăng kéo theo nhu cầu dinh dưỡng lưu huỳnh gia tăng Mức thiếu lưu huỳnh trong đất nông nghiệp ở châu Á hiện nay đã lên đến 5,2 triệu tấn/năm, như vậy vấn đề thiếu dinh dưỡng lưu huỳnh ngày càng trở nên trầm trọng Do

đó cần tăng cường bón phân chứa lưu huỳnh và có những giải pháp canh tác bền vững

để duy trì nguồn dinh dưỡng lưu huỳnh trong đất

1.3.2 Hiện trạng kẽm và lưu huỳnh trong đất canh tác ở Việt Nam

Hàm lượng kẽm và lưu huỳnh trong đất phụ thuộc chủ yếu vào đá mẹ và thành phần cơ giới của đất Hầu hết đất nông nghiệp Việt Nam có hàm lượng dinh dưỡng rất thấp do

có đặc tính chua hoặc rất chua, mức độ phân hóa mạnh, dung tích hấp thu thấp, mức độ bão hòa bazơ thấp Điều này dẫn đến quá trình tích lũy sắt, nhôm ở dạng di động xảy ra mạnh làm các dạng dinh dưỡng trở nên bị cố định trong đất, chẳng hạn như lân thường

bị giữ chặt ở nhóm đất phèn và đất đỏ [7]

1.3.2.1 Hiện trạng kẽm trong đất canh tác ở Việt Nam

Việt Nam tuy không nằm trong danh sách các nước bị thiếu kẽm trầm trọng, nhưng 3/4 diện tích là đất dốc nên các nguyên tố dinh dưỡng trong đó có kẽm dễ bị rửa trôi Bên

làm giảm dinh dưỡng Zndt trong đất canh tác [7]

Các nghiên cứu về hàm lượng và diễn biến kẽm trong đất Việt Nam chưa nhiều, tuy nhiên qua những số liệu thu thập được cho thấy hàm lượng Znts trong lớp đất mặt Việt Nam trung bình 78 mg/kg, dao động từ 120÷170 kg/ha [7] Trên đất ferralit, hàm lượng

Znts trung bình 102 mg/kg, dao dộng từ 40÷485 mg/kg

Quá trình hình thành đất, hàm lượng chất hữu cơ, mức độ xói mòn và quá trình sử dụng đất là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố kẽm trong đất canh tác [7]

Bảng 1.3 Tình trạng thiếu dinh dưỡng trung, vi lượng ở đất Việt Nam [7]

Bảng 1.3 chỉ ra 11 % đất canh tác ở Việt Nam thiếu kẽm, 77 % đất canh tác có hàm lượng Znts từ 20÷100 mg/kg đất Trong đó, đá cát kết nghèo kẽm nhất với hàm lượng 9 mg/kg đất

Ở nhóm đất phù sa vùng đồng bằng Sông Hồng độ sâu từ 0÷20 cm, hàm lượng Znts ở mức trung bình thấp 76,64÷86,70 mg/kg đất khô [42], trong đó Zndt trong khoảng 6,0÷20,5 mg/kg đất khô [7]

Một số vùng gần địa điểm bố trí thí nghiệm như đất nông nghiệp huyện Mỹ Hào (Hưng Yên), [Znts] dao động từ 49,89÷126,17 mg/kg; [Zndt] 4,56÷15,66 mg/kg [43] Hàm lượng Znts trong đất nông nghiệp huyện Văn Lâm (Hưng Yên) dao động từ

Nhìn chung, các nghiên cứu về hàm lượng Znts và Zndt trong đất nông nghiệp Việt Nam còn rất ít Qua những số liệu thu thập được cho thấy đất canh tác ở Việt Nam có [Znts] trung bình từ 60÷90 mg/kg đất khô, hàm lượng Zndt chỉ chiếm 10÷15 % so với hàm lượng Znts

1.3.2.2 Hiện trạng lưu huỳnh trong đất canh tác ở Việt Nam

Do canh tác liên tiếp 3-4 vụ/năm, đất không có điều kiện phục hồi nên tình trạng thiếu lưu huỳnh trên đất nông nghiệp Việt Nam xảy ra khá phổ biến

Từ năm 1973, loại phân bón vô cơ DAP và các dạng loại lân thay thế cho super lân (loại lân chứa S) được đưa vào sử dụng đã làm cho một số nhóm đất trở nên thiếu lưu huỳnh trầm trọng Hiện tượng thiếu S không chỉ xảy ra trên những loại đất trồng cà phê, cây lấy dầu mà còn xảy ra ngay cả trên các cây màu khác và xảy ra ngay cả trên đất giàu S như đất phèn mặn Hàm lượng S-SO42- trong phẫu diện đất đỏ bazan tại: độ sâu 0÷30

cm là 56 ppm, độ sâu 30÷70 cm là 35 ppm S-SO42- ở các tầng đất canh tác Đắk Lắk biến động từ 35÷56 ppm [45].Đất canh tác Tây Nguyên có hàm lượng S-SO42- từ 32÷255 ppm, trung bình là 121 ppm

Nhu cầu dinh dưỡng khác nhau của cây trồng cũng dẫn đến thiếu lưu huỳnh trong đất canh tác, một số loại cây trồng dài ngày lấy đi rất nhiều dinh dưỡng của đất Đất trồng

cà phê ở Tây Nguyên có hàm lượng S-SO42- ở mức thấp từ 15-30 ppm, trong khi ở

ngưỡng lớn hơn 20 ppm mới đáp ứng nhu cầu lưu huỳnh cho cây [45]

Trong đất Việt Nam, hàm lượng lưu huỳnh hữu cơ phân bố không đều, độ chênh lệch giữa các loại đất từ 2,5÷13,6 lần [46] Hàm lượng S hữu cơ trong đất phù sa sông Hồng dao động từ 16÷327 ppm nhưng dạng lưu huỳnh này cây trồng không hấp thụ được trực tiếp Hầu hết các loại đất canh tác Việt Nam đều thiếu S-SO42- vì hàm lượng S tổng số trong đất dưới 0,01 % và có độ dao động lớn Đất cát biển và đất nâu đỏ phát triển trên

đá bazan rất nghèo lưu huỳnh, S tổng số từ 0,0054÷0,0096 % Riêng hai loại đất dốc tụ trên đá vôi và đất phèn giàu lưu huỳnh nhất, S tổng số từ 0,1476÷0,1667 % [46] Đất phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm, đất đỏ vàng phát triển trên phiến sét, đất nâu đỏ trên đá vôi, S tổng số 0,0151÷0,0185 % thuộc loại hàm lượng S trung bình thấp, S-SO42- 28 ppm Đất cát ven biển S tổng số 0,003 %, S-SO42- 4 ppm là loại đất rất

Trong hầu hết các loại đất hàm lượng S-SO42- đều thấp hơn nhiều so với dạng sunfua (S2-, HS-, H2S) và S hữu cơ, bên cạnh đó S-SO42- còn bị lấy đi bởi yếu tố cây trồng và

dễ bị rửa trôi khỏi đất Vì vậy, cần phải có chế độ canh tác hợp lí nhằm xúc tiến sự phân giải các chất hữu cơ, tăng cường quá trình oxi hóa sunfua thành S-SO42- [46]

Nhìn chung, những nghiên cứu về hàm lượng S tổng số và S-SO42- trong đất nông nghiệp Việt Nam chưa nhiều Tuy nhiên qua những số liệu thu thập được cho thấy tình trạng thiếu S-SO42- trong đất nông nghiệp Việt Nam diễn ra khá phổ biến

1.4 Các nguyên nhân làm giảm kẽm dễ tiêu và sunphat trong đất

1.4.1 Các nguyên nhân làm giảm kẽm dễ tiêu trong đất

Có nhiều nguyên nhân làm giảm Zndt trong đất, trong đó các yếu tố như tương tác giữa ion Zn2+ và các ion khác trong dịchđất, ion Zn2+ nằm trong tầng hấp phụ của keo đất, sự hình thành phức bền của ion Zn2+ với các phối tử, độ pH và thế Eh của đất [6] Nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng sử dụng hoặc bị rửa trôi là những nguyên nhân chính làm giảm hàm lượng Zndt trong đất [6] Cân bằng hóa học giữa kẽm và các thành phần khác trong đất được mô tả trong sơ đồ dưới đây:

Hình 1.8 Sơ đồ cân bằng hóa học giữa kẽm và các thành phần trong đất [6] Như vậy, sự giảm Zndt trong đất canh tác do những nguyên nhân sau:

- Trong đất lúa, chế độ nước, pH và Eh là một trong những lí do làm thay đổi hàm lượng

Zndt Ngập nước làm thay đổi nhiều tính chất của đất: các vi khuẩn đất chuyển hóa oxit

và hidroxit Fe (III) về dạng khử Fe2+ làm giảm pH Bên cạnh đó, sự phân hủy các chất

Trao đổi

Pha rắn Cân bằng hóa học giữa kẽm và các thành phần trong đất

Tuy nhiên, ở đất ngập nước Eh giảm tạo điều kiện cho các vi khuẩn khử S-SO42- hoạt động mạnh sinh ra các độc tố H2S, HS-, S2- Trong điều kiện này, Zndt trong dung dịch đất và ở tầng khuếch tán của keo đất đi vào kết tủa ZnS khó tan [48] Cơ chế này là một trong những nguyên nhân làm giảm lượng ion kẽm trong đất canh tác

+ Đất đá vôi thường có pH ≥ 8, các kết tủa oxit sắt tạo lớp bao phủ trên các khoáng cacbonat Lớp phủ này hấp phụ ion kẽm rất mạnh làm kẽm bị cố định trong oxit ZnFe2O4

dẫn đến nguy cơ thiếu kẽm ở cây trồng [6]

+ Đất cát và đất axit có khả năng bị rửa trôi cao nên dễ bị thiếu kẽm [6]

+ Đất trung tính hoặc kiềm yếu hàm lượng Zndt giảm do tạo kết tủa Zn(OH)2 [6]

+ Đất có nhiều chất hữu cơ, ngập nước làm các chất hữu cơ phân hủy nhanh tạo môi trường yếm khí và sản sinh các độc tố sunfua, ion kẽm bị cố định trong các phức hữu

cơ hoặc ZnS làm rễ cây khó hấp thụ [6]

+ Đất có hàm lượng bicacbonat cao có môi trường kiềm xảy ra cơ chế HCO3- + H2O ⇌

H2CO3 + OH- làm ion kẽm đi vào kết tủa hidroxit hoặc cacbonat:

Zn2+ + HCO3- → ZnCO3↓ + H+ (1.8)

+ Đất có hàm lượng photphat cao do bón nhiều lân làm giảm lượng ion kẽm [6]:

Vậy, những yếu tố ảnh hưởng đến Zndt trong đất có thể tóm tắt trong sơ đồ dưới đây:

Hình 1.9 Sơ đồ các nguyên nhân làm thiếu Zndt ở trong đất [6]

1.4.2 Nguyên nhân làm giảm S-SO 4 2- trong đất

Nguyên nhân chính làm giảm hàm lượng S-SO42- trong đất canh tác là tập quán tưới ngập truyền thống, cách tưới này làm đất lúa luôn trong điều kiện khử, S-SO42- bị khử

về H2S, HS-, S2- [1] [2]

Bên cạnh đó, phải kể đến các yếu tố như tiêu thụ dinh dưỡng của cây trồng, luân canh 3-4 vụ/năm, sử dụng giống cây ngoại lai đã lấy đi từ đất một lượng lớn lưu huỳnh Việc

Nguyên nhân gây thiếu Zndttrong đất canh tác

Hàm lượng

Zntstrong đất thấp

pH cao (đất

đá vôi, đất chứa nhiều vôi)

Bón nhiều photphat

Đất ngập nước (đất lúa tưới ngập)

Hàm lượng chất hữu cơ cao

Hấp thu bởi cây trồng

Không bổ sung phân bón kẽm

cũng là nguyên nhân dẫn đến giảm hàm lượng S trong đất

Lượng lưu huỳnh bị lấy đi từ đất thay đổi theo từng loại cây trồng và năng suất, trung bình lưu huỳnh bị lấy đi từ 20÷80 kg S/ha/vụ Với năng suất 3 tấn thóc/ha lượng lưu huỳnh đi vào sản phẩm hạt là 2,46 kgS/ha/vụ, năng suất đạt 8 tấn/ha/vụ lượng đi vào sản phẩm hạt là 5,56 kgS/ha/vụ Nếu tính cả rơm rạ lượng lưu huỳnh tương ứng bị hao hụt từ đất là: với năng suất 3 tấn/ha làm mất đi 5,07 kgS/ha/vụ, với năng suất 8 tấn/ha làm mất đi 13,52 kgS/ha/vụ [4] Như vậy, nếu vùi trở lại toàn bộ rơm rạ để bù lại thì lượng lưu huỳnh vẫn bị hụt đi một lượng lớn do đi vào sản phẩm hạt

Ngoài ra, sự hấp phụ S-SO42- lên sắt oxit, nhôm oxit trong đất sét, sự rửa trôi, xói mòn,

và ở mức độ thấp hơn bị thất thoát do bay hơi dưới dạng (CH3)2S, H2S trong đất ngập nước cũng dẫn đễn sự giảm hàm lượng S-SO42- trong đất [50]

1.5 Chuyển hóa Zn dt và S-SO 4 2- trong đất ngập nước

1.5.1 Diễn biến thế oxi hóa khử Eh, pH trong đất ngập nước

Các phản ứng oxi hóa khử diễn ra trong đất đều có sự tham gia của các vi sinh vật đất

và diễn ra mạnh hơn trong đất ngập nước: + + ⇋ (1.12)

Quá trình oxi hoá hay khử được quyết định bởi nồng độ khí oxi tự do có trong các lỗ rỗng của đất Khi lượng oxi cao thì thế oxi hóa khử đất cao và ngược lại lượng oxi giảm thì ở mức rất thấp Ngập nước lâu ngày làm các lỗ rỗng trong đất bị lấp đầy nước đẩy khí oxi ra khỏi các lỗ rỗng, làm đất rất nghèo hoặc không có oxi, điện thế Eh

ở mức rất thấp, đất trở thành môi trường khử cho các vi sinh vật yếm khí hoạt động [51] Xét trong tầng canh tác nông nghiệp dày 20÷30 cm, diễn biến Eh được mô tả như sau:

- Lớp oxi hoá (lớp bùn lỏng) ở phía trên chỉ dày vài milimet, gồm các hạt đất rất mịn,

có thể kết thành váng khi đất ruộng cạn nước Lớp này luôn ở tình trạng oxi hoá cao ( từ 200 ÷ 400 mV) và tìm thấy các ion ở dạng oxi hóa: NO3-, SO42-, Fe3+, Fe(OH)3,

Mn3+, Mn(OH)4 … Đặc điểm tầng này thường có màu nâu đỏ do chứa Fe(OH)3, tuy nhiên ở những vùng đất có nhiều mangan thì đất có màu hơi vàng Đây chính là nơi cung cấp oxi cho các phản ứng của vi sinh vật Tầng hiếu khí có vai trò quan trọng trong chuyển hóa hóa học và chu trình dinh dưỡng xảy ra trong đất ngập nước [51]

- Lớp khử (lớp bùn nhão) ở phía dưới, do bị ngập nước nên các chất hữu cơ phân hủy

yếm khí sinh ra nhiều chất khử, thấp < 200 mV Tầng này thường có nhiều Fe2+ và

Mn2+ và thường có màu xám xanh [51]

Quá trình oxi hóa xảy ra ở tầng đất phía trên với sự tham gia của các vi khuẩn háo khí [6]:

NH + O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ NO + H O + 2H ẩ Nitrosomonas (1.15)

2NO + O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2NO ẩ Nitrosobacter (1.16)

Quá trình khử thường diễn ra ở tầng đất phía dưới với sự tham gia của các vi khuẩn kị khí [51] Quá trình khử này, nitrat bị khử đến nitrit bởi các vi khuẩn:

môi trường đất - nước giảm [52] Thế oxi hóa khử thấp làm gia tăng các độc tố dạng khử (Fe2+, Mn2+, HS-, S2-…) cho cây trồng Chẳng hạn như như H2S và S2- có độc tính cao đối với thực vật khi các thành phần này tiếp xúc trực tiếp với bộ rễ và các vi khuẩn

có lợi bám trên rễ [51]

Ở trong đất ngập nước, các dạng khử sắt (Fe2+) và mangan (Mn2+) được tìm thấy nhiều hơn so với đất rút nước, cả hai đều dễ tiêu đối với thực vật [51] [11] Sắt và mangan dạng khử có thể đạt đến những nồng độ độc trong đất ngập nước Fe2+ khuếch tán vào

bề mặt rễ thực vật và có thể bị oxi hóa bởi oxi từ các tế bào rễ thải ra tạo thành màng oxit sắt (III), dạng Fe2O3 sinh ra bao bọc rễ, cố định photpho, kẽm và một số dinh dưỡng khác hạn chế sự hấp thu dinh dưỡng của thực vật [51]

Như vậy, trong đất ngập nước oxi chỉ tập trung ở tầng đất oxi hóa phía trên và suy giảm

ở lớp đất khử phía dưới Lượng oxi suy kiệt phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ môi trường xung quanh, các chất hữu cơ cho hô hấp của vi sinh vật và nhu cầu oxi hóa từ các chất khử Fe(II), Mn(II) [13] Khi đất rút nước, thế oxi hóa khử tăng mạnh, các ion tồn tại ở dạng oxi hóa NO3-, SO42-, Zn2+… là những thành phần có lợi cho cây trồng Đồng thời đất thoáng khí làm pH tăng lên

1.5.2 Quan hệ Eh, pH với sự chuyển hóa của kẽm và lưu huỳnh trong đất ngập nước

Hai tính chất hóa lý quan trọng nhất của đất ngập nước ảnh hưởng đến động thái kẽm là giá trị pH và thế oxi hóa khử Eh [53]

Quan hệ giữa pH và sự chuyển hóa kẽm

pH là yếu tố quan trọng nhất chi phối quá trình hòa tan kim loại từ các bề mặt khoáng sang dạng di động trong dịch đất [54] Sự thay đổi pH có thể ảnh hưởng đến tính di động của các nguyên tố dinh dưỡng và mức độ độc của các nguyên tố đến sự phát triển của cây trồng Khi pH giảm, dạng di động của các nguyên tố sắt, mangan, kẽm, nhôm, cadimi và bo gia tăng bởi sự phân hủy các khoáng trong đất [28] [55]

Do môi trường khử chiếm ưu thế nên axit acetic, axit lactic, etanol là những dạng chính chính hình thành trong đất ngập nước dẫn đến pH giảm [56] [57]:

C6H12O6

ậ

Đất ngập nước cũng là môi trường thuận lợi cho các vi khuẩn kị khí khử S-SO42- và các

vi khuẩn metan phân hủy các hợp chất hữu cơ [56] [57]:

Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ + 3H2O (1.31)

Mn(OH)3 + 3H+ → Mn3+ + 3H2O (1.32)

Vậy, pH trong môi trường đất trung tính ngập nước bị giảm, dẫn tới giải phóng ion Zn2+

ra khỏi dạng hidroxit [60]: Zn(OH)2 + 2H+→ Zn2+ + H2O (1.34)

Quan hệ giữa Eh với sự chuyển hóa kẽm và lưu huỳnh

Quá trình chuyển hóa S-SO42- trong đất ngập nước được mô tả trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.10 Các quá trình biến đổi S-SO42- trong đất ngập nước [61]

Sơ đồ cho thấy, vùng kị khí xảy ra quá trình khử S-SO42- về S2-, các oxit, hydroxit, oxihydroxit của sắt và mangan bị khử về Mn2+ và Fe2+, nhưng sau đó các ion này bị kết tủa dưới dạng muối sunfua Vùng háo khí các sunfua được hòa tan, các kim loại chuyển

về dạng oxit, hidroxit và oxihydroxit

Phương trình SO42- + 10H+ + 8e → H2S + 4H2O có mối quan hệ Eh = 0,30 – 0,0074logH2S/SO42- – 0,074pH cho thấy: có mối tương quan tỉ lệ thuận giữa Eh và [SO42-

]; có mối tương quan tỉ lệ nghịch giữa Eh và [H2S] [61]

- Đất ngập nước

Khi đất bị ngập, các lỗ rỗng của đất bị lấp đầy nước và tốc độ khuếch tán oxi vào môi trường này giảm hơn 10.000 lần so với khuếch tán qua môi trường đất rút cạn nước [62] Thời gian ngập kéo dài làm hàm lượng oxi trong đất suy giảm ngay lập tức và có thể bị cạn kiệt trong vòng vài giờ đến vài ngày [62] Quá trình khử S-SO42- xảy ra trong đất

ngập nước với sự tham gia của các vi khuẩn khử lưu huỳnh desulfovibrio sử dụng

S-SO42- như chất nhận electron trong hô hấp kị khí [51] làm gia tăng các hợp chất sunfua

4H2 + SO42- → H2S + 2H2O + 2OH- (1.35)

Sự khử S-SO42- xảy ra ở khoảng pH rộng, môi trường đất ngập nước có pH trong khoảng 4÷9 nên có thể tìm thấy cả 3 dạng tồn tại: H2S, HS-, S2-, khi độ pH > 6 thì xuất hiện S2-, pH > 7 hàm lượng S2- sẽ gia tăng [63]

Trong các nền đất ngập nước, các dạng H2S, HS-, S2- sẽ liên kết với các ion kim loại hóa trị II như Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+ để tạo các kết tủa sunfua không tan (FeS, MnS, ZnS, CuS…) Cơ chế này có thể làm giảm thiểu tính độc của các sunfua, giảm thiểu các độc

tố như Fe2+, Mn2+ cho rễ thực vật, nhưng lại làm thiếu đi hàm lượng dinh dưỡng vi lượng

2ZnS + 3O2 + 2H2O → 2Zn2+ + 2SO42- + 4H+ (1.39)

Kẽm có thể tạo thành kẽm cacbonat trong đất ngập nước nhưng ít bền hơn dạng kẽm sunfua [65] [66] [67]

Kết luận: Ảnh hưởng của pH và Eh đến chuyển hóa kẽm và sunphat trong đất ngập nước

có thể tóm tắt trên sơ đồ sau đây:

Hình 1.11 Các quá trình xảy ra ở vùng kị khí và háo khí trong đất ngập nước [61] Như vậy, điều kiện yếm khí do tác động ngập nước lâu ngày là nguyên nhân giảm Zndt

và S-SO42- trong đất, do tạo các muối sunfua (trong đó có ZnS) Trong nền đất rút nước, thế Eh tăng lên làm các sunfua (trong đó có ZnS) bị oxi hóa thành S-SO42- và giải phóng

Zndt ra khỏi kết tủa

1.6 Tổng quan về các phương pháp tưới tiết kiệm nước

Kijne đã đề nghị 03 phương án tưới thay thế phương án tưới ngập truyền thống như sau

[68]:

(1) Phương pháp tưới không liên tục: Ruộng được tưới khi độ ẩm đất xuống thấp hơn

độ ẩm đồng ruộng chút ít Lượng nước tưới duy trì ở mức ngập nông Phương án này có thể tiết kiệm được 20 % lượng nước tưới so với tưới ngập liên tục

(2) Phương pháp tưới ngập giai đoạn đầu: Phương pháp này cho phép tiết kiệm đến 40

% lượng nước tưới nhưng năng suất cây trồng giảm 25 %

(3) Phương pháp tưới nông-lộ-phơi: Trong giai đoạn trước khi kết thúc thời kỳ trỗ bông

30 ngày, ruộng được tưới ngập nông, các giai đoạn khác luôn duy trì độ ẩm không nhỏ hơn 75 % độ ẩm bão hoà