ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN BÓN ĐẾN ĐỘ PHÌ NHIÊU ĐẤT ĐỎ BAZAN VÀ NĂNG SUẤT CÀ PHÊ Ở CAO NGUYÊN DI LINH, LÂM ĐỒNG ( LA tiến sĩ )

Đề tài luận án chủ yếu được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa nơi nghiên cứu sinh đang công tác và Trung tâm Phân tích Môi trường, Viện Hạt nhân Đà Lạt nơi thực hành phân tích mẫu. Để hoàn thành công trình này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các cấp lãnh đạo, quý thầy cô, các bạn đồng nghiệp và bà con nông dân.

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi thông qua sự chỉ dạy của thầy hướng dẫn Toàn bộ số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận án này

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2018

Nghiên cứu sinh

Lâm Văn Hà

ii

LỜI CẢM ƠN

Công trình nghiên cứu trong luận án thuộc đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu hiệu

lực trực tiếp và hiệu lực tồn dư của phân vô cơ đa lượng đối với lúa, ngô, cà phê làm cơ

sở cân đối cung cầu phân bón ở Việt Nam” Đề tài luận án chủ yếu được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa - nơi nghiên cứu sinh đang công tác - và Trung tâm Phân tích Môi trường, Viện Hạt nhân Đà Lạt nơi thực hành phân tích mẫu Để hoàn thành công trình này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các cấp lãnh đạo, quý thầy cô, các bạn đồng nghiệp và bà con nông dân

Với sự kính phục và biết ơn sâu sắc đến, Giáo sư Tiến sĩ Khoa học Lê Huy Bá - nguyên Viện trưởng Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh, Tiến sĩ Đỗ Trung Bình - nguyên Trưởng phòng Nghiên cứu Khoa học Đất, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam - là những người thầy

đã tận tình hướng dẫn cho công trình nghiên cứu này Thầy đã định hướng, xác lập phương pháp luận nghiên cứu đề tài, bồi dưỡng nâng cao kiến thức vật lý, hóa học, sinh học đất và dinh dưỡng cây trồng, luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án

Tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Đăng Nghĩa - nguyên Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam, là người thầy, người lãnh đạo đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi học tập, làm việc và thực hiện luận án

Tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Phan Thị Công - nguyên Trưởng phòng Khoa học, Viện Khoa Học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam và Thạc sĩ Nguyễn Bích Thu - nguyên Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam, những người thầy đã hết lòng giúp đỡ, động viên và chỉ bảo tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

- Quý Thầy, Cô thuộc các cơ quan Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, Khoa Nông học trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

iii

- Ban lãnh đạo và anh chị em đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu Đất, Phân bón và

Môi trường phía Nam, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, đã tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình

giúp đỡ, động viên tôi trong học tập và thực hiện đề tài luận án

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

- Gia đình em Nguyễn Văn Đồng (xã Đan Phượng, huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm

Đồng); gia đình anh Bùi Văn Hải (xã Phúc Thọ, huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm Đồng); gia

đình anh Lê Thanh Tùng (Thị trấn Di Linh, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng) đã nhiệt tình

hợp tác thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng

Cuối cùng xin gửi lời tri ân đến bậc sinh thành, vợ, con và anh chị em, bạn hữu đã

động viên và giúp đỡ tôi học tập, làm việc và thực hiện luận án

Lâm Văn Hà

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.3.1 Đánh giá tác động của phân hữu cơ, đạm và lân đến độ phì nhiêu của đất nâu đỏ bazan trồng cà phê vối tại vùng cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng 3

1.3.2 Đánh giá tác động của phân hữu cơ, đạm và lân đến năng suất cà phê vối trên đất nâu đỏ bazan 3

1.3.3 Xây dựng mô hình sản xuất cà phê bền vững trên đất nâu đỏ bazan tại cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4

1.5 Giới hạn nghiên cứu của đề tài 4

1.6 Đóng góp mới của đề tài 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Độ phì nhiêu đất 5

1.1.1 Độ phì nhiêu đất và các luận điểm về độ phì nhiêu đất 5

1.1.2 Các yếu tố chính của độ phì nhiêu 6

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ phì nhiêu đất 7

1.1.3.1 Các chỉ tiêu vật lý 7

1.1.3.2 Các chỉ tiêu hóa học 8

1.2 Vai trò của sinh vật đối với độ phì nhiêu đất nông nghiệp …15

1.3 Đặc điểm độ phì nhiêu của đất đỏ phát triển trên đá bazan 19

1.3.1 Thành tạo và phân bố của đất đỏ phát triển trên đá bazan ở Việt Nam 19

1.3.2 Đặc điểm vật lý, hóa học và sinh học đất đỏ phát triển trên đá bazan 20

1.3.3 Diễn biến độ phì nhiêu của đất đỏ bazan trồng cà phê vùng Tây Nguyên 22

1.3.3.1 Tính chất vật lý 22

1.3.3.2 Tính chất hoá học 23

1.3.4 Đặc điểm đất nâu đỏ bazan vùng nghiên cứu 26

v

1.4 Vai trò của phân bón với năng suất cây trồng và độ phì nhiêu đất 27

1.4.1 Khái niệm về phân bón và vai trò của phân bón trong sản xuất nông nghiệp 27

1.4.2 Vai trò của phân đạm, lân, kali với năng suất cà phê vối và đồ phì nhiêu đất 29

1.4.2.1 Đặc điểm sinh thái của cây cà phê vối 29

1.4.2.2 Vai trò của đạm (N) với cây cà phê vối 29

1.4.2.3 Vai trò của lân (P) với cây cà phê vối 31

1.4.2.4 Vai trò của kali (K) với cây cà phê vối 32

1.4.2.5 Ảnh hưởng của phân đạm, lân và kali đến độ phì nhiêu đất 34

1.4.3 Phân hữu cơ, vai trò của phân hữu cơ đến năng suất cây trồng và độ phì nhiêu đất 37

1.4.3.1 Các nguồn chất hữu cơ chính bổ sung vào đất 38

1.4.3.2 Vai trò của phân hữu cơ 38

CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.1 Nội dung nghiên cứu 43

2.1.1 Nội dung 1: Điều tra và đánh giá thực trạng sử dụng phân bón của nông dân trồng cà phê vối vùng cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 43

2.1.2 Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ, đạm và lân đến độ phì nhiêu đất nâu đỏ bazan cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 43

2.1.3 Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ, đạm và lân đến năng suất cà phê vối trên đất nâu đỏ bazan cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 43

2.1.4 Nội dung 4: Xây dựng mô hình trình diễn sản xuất cà phê vối bền vững trên đất nâu đỏ bazan cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 43

2.2 Đặc điểm khí hậu thời tiết vùng nghiên cứu 43

2.3 Vật liệu nghiên cứu 43

2.3.1 Đất và địa điểm thí nghiệm 43

2.3.2 Cây trồng 45

2.3.3 Phân bón 45

2.3.4 Thời gian nghiên cứu 46

2.4 Phương pháp nghiên cứu 46

2.4.1 Phương pháp điều tra, phỏng vấn nông dân (RRA) 46

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 47

2.4.3 Phương pháp bón phân 49

2.4.4 Kỹ thuật chăm sóc 49

2.4.5 Phương pháp thu thập mẫu đất 50

2.4.5.1 Mẫu giun đất 50

2.4.5.2 Mẫu đất đánh giá mật độ vi sinh vật 50

vi

2.4.5.3 Mẫu đất đánh giá các chỉ tiêu vật lý và hóa học đất 50

2.4.6 Phương pháp phân tích mẫu đất 51

2.4.6.1 Phân tính một số tính chất vật lý đất 51

2.4.6.2 Phân tích một số chỉ tiêu hóa học đất 52

2.4.6.3 Phân tích vi sinh vật đất 53

2.4.7 Phương pháp thu mẫu, tính toán năng suất cà phê và hiệu quả kinh tế 53

2.4.7.1 Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cà phê 53

2.4.7.2 Hiệu quả kinh tế và hiệu suất phân hữu cơ 54

2.4.8 Phương pháp xử lý thống kê số liệu 55

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56

3.1 Thực trạng canh tác cà phê vối của nông dân vùng cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 56

3.1.1 Qui mô diện tích và năng suất cà phê vối 56

3.1.2 Thực trạng sử dụng phân vô cơ cho cà phê vối 56

3.1.2.1 Lượng phân bón N, P, K 56

3.1.2.2 Tỷ lệ giữa các loại phân bón N:P 2 O 5 :K 2 O 60

3.1.2.3 Loại phân vô cơ dùng cho cà phê 60

3.1.3 Thực trạng sử dụng phân hữu cơ bón cho cà phê vối 61

3.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ, đạm và lân cho cây cà phê đến độ phì nhiêu đất nâu đỏ bazan vùng cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng 63

3.2.1 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ, đạm và lân cho cây cà phê đến một số tính chất vật lý đất 63

3.2.1.1 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến một số tính chất vật lý đất 63

3.2.1.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến một số tính chất vật lý đất 64

3.2.1.3 Ảnh hưởng của liên tục bón lân đến một số tính chất vật lý đất 65

3.2.1.4 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến một số tính chất vật lý đất 65

3.2.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ, đạm và lân cho cây cà phê đến một số tính chất hóa học đất 69

3.2.2.1 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến động thái pH H2O của đất qua các năm 2013, 2014 và 2015 69

3.2.2.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến động thái pH H2O của đất qua các năm 2013, 2014 và 2015 70

3.2.2.3 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến động thái pH H2O của đất qua các năm 2013, 2014 và 2015 71

vii

3.2.2.4 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến động thái pH H2O

của đất qua các năm 2013, 2014 và 2015 72

3.2.2.5 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến một số tính chất hóa học đất 74

3.2.2.6 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến một số tính chất hóa học đất 76

3.2.2.7 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến một số tính chất hóa học đất 80

3.2.2.8 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến một số chất tính chất hóa học đất 81

3.2.3 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ, đạm và lân cho cây cà phê đến mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 93

3.2.3.1 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 93

3.2.3.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 94

3.2.3.3 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 96

3.2.3.4 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 96

3.2.4 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ, đạm và lân cho cây cà phê đến mật độ của một số vi sinh vật đất 101

3.2.4.1 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến mật độ vi sinh vật trong đất 101

3.2.4.2 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến mật độ vi sinh vật trong đất 103

3.2.4.3 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến mật độ vi sinh vật trong đất 104

3.2.4.4 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến mật độ vi sinh vật trong đất 106

3.2.5 Phân tích tương quan giữa các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đất 112

3.2.5.1 Tương quan giữa hàm lượng chất hữu cơ trong đất với một số tính chất vật lý đất 112

3.2.5.2 Tương quan giữa hàm lượng chất hữu cơ trong đất với một số tính chất hóa học đất 113

3.2.5.3 Tương quan giữa một số tính chất vật lý và hóa học đất với mật độ, kích thước và sinh khối giun đất 115

3.2.5.4 Tương quan giữa một số tính chất vật lý và hóa học đất đến mật độ của một số vi sinh vật 118

3.2.5.5 Tương quan giữa mật độ giun đất với mật độ số vi sinh vật đất 119

3.3 Ảnh hưởng của phân hữu cơ, đạm và lân đến năng suất cà phê vối 121

3.3.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến năng suất cà phê vối 121

viii

3.3.2 Ảnh hưởng của phân đạm đến năng suất cà phê vối 123

3.3.3 Ảnh hưởng của phân lân đến năng suất cà phê vối 125

3.3.4 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến năng suất cà phê vối trên nền đất nâu đỏ bazan 126

3.3.5 Hiệu quả kinh tế (lãi) của sản xuất cà phê và đề xuất liều lượng, tỉ lệ NPK hợp lý cho cà phê vối kinh doanh vùng cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 130

3.3.6 Phân tích tương quan giữa năng suất cà phê vối với một số yếu tố độ phì nhiêu đất 133

3.3.6.1 Tương quan giữa năng suất cà phê với một số tính chất vật lý đất 133

3.3.6.2 Tương quan giữa năng suất cà phê với một số tính chất hóa học 134

3.3.6.3 Tương quan giữa năng suất cà phê với một số yếu tố sinh học 135

3.4 Mô hình trình diễn sản xuất cà phê vối bền vững trên đất nâu đỏ bazan cao nguyên Di Linh, tỉnh Lâm Đồng 136

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139

4.1 Kết luận 139

4.2 Kiến nghị 140

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

C/N Tỉ lệ Cacbon hữu cơ trên nitơ tổng số

CEC Dung tích hấp phụ (khả năng trao đổi cation)

cfu/g Số lượng khuẩn lạc trên 1 gram đất

UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc

WASI Viện Khoa học Kỹ thuật Nông - Lâm nghiệp Tây Nguyên

VSVPG – P Vi sinh vật phân giải lân

VSVPG – C Vi sinh vật phân giải xenluloza

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Lượng phân bón khuyến cáo cho cà phê vối trên đất đỏ bazan 34 Bảng 2.1 Một số tính chất vật lý đất trước thí nghiệm (TTN) và đất rừng 44 Bảng 2.2 Một số tính chất hóa học đất trước thí nghiệm và đất rừng 44 Bảng 2.3 Mật độ, kích thước và sinh khối giun đất trước thí nghiệm và đất

Bảng 2.4 Mật độ vi sinh vật đất trước thí nghiệm và đất rừng 45 Bảng 2.5 Thành phần dinh dưỡng trong phân hữu cơ sau khi ủ 46

Bảng 2.6 Liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân các nghiệm thức nghiên cứu 48

Bảng 2.7 Tóm tắt phương pháp và thủ tục phân tích một số tính chất hóa học

Bảng 3.1 Năng suất cà phê trung bình và biến động năng suất theo tỷ lệ hộ nông

dân (%) ở huyện Lâm Hà, Di Linh và Bảo Lâm 56 Bảng 3.2 Lượng đạm bón cho cà phê vối ở các vùng điều tra tỉnh Lâm Đồng

Bảng 3.8 Liều lượng phân hữu cơ nông dân 3 huyện vùng cao nguyên Di Linh

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến một số tính chất vật lý

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của liên tục bón phân N đến một số tính chất vật lý

đất ……… 64 Bảng 3.11 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến một số tính chất vật lý đất

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ chế biến đến mật độ, kích

Bảng 3.17 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến mật độ, kích thước và

Bảng 3.18 Ảnh hưởng của liên tục bón phân lân đến mật độ, kích thước và sinh

Bảng 3.19 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến mật độ,

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của liên tục bón phân hữu cơ đến mật độ vi sinh vật đất 101

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của liên tục bón phân đạm đến mật độ vi sinh vật đất 103

Bảng 3.22 Ảnh hưởngcủa liên tục bón phân lân đến mật độ vi sinh vật đất 105 Bảng 3.23 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến mật độ

vi sinh vật đất 107

Bảng 3.24 Ảnh hưởng của phân đạm đến tỉ lệ quả tươi/nhân và năng suất 123

Bảng 3.25 Ảnh hưởng phân lân đến tỉ lệ quả tươi/nhân và năng suất cà phê vối

125

Bảng 3.26 Ảnh hưởng giữa các liều lượng phân hữu cơ, đạm và lân đến năng

Bảng 3.27 Hiệu quả kinh tế của sản xuất cà phê ở các nghiệm thức thí nghiệm 131 Bảng 3.28 Năng suất cà phê và hiệu quả kinh tế của mô hình 137

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa Nitơ trong đất 12

Hình 1.2 Vai trò của vi sinh vật trong chu trình tuần hoàn vật chất 16

Hình 1.3 Quá trình hoạt động chuyển hóa hợp chất hữu cơ của giun đất trong

đất 18 Hỉnh 2.1 Địa điểm nghiên cứu và khu vực thí nghiệm cà phê ở thôn Đan Hà,

xã Đan Phượng, huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm Đồng 44

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm và các nghiệm thức (NT) nghiên cứu 47

Hình 3.1 Phân bố lượng phân đạm bón cho cà phê vối ở 3 huyện (Lâm Hà, Di

Hình 3.2 Phân bố lượng lân bón cho cà phê vối của 3 huyện (Lâm Hà, Di Linh

Hình 3.3 Phân bố lượng kali bón cho cà phê vối ở 3 huyện (Lâm Hà, Di Linh

Hình 3.4 Tương hỗ giữa phân HC với lân và HC với đạm đến dung trọng đất 66

Hình 3.5 Tương hỗ giữa phân hữu cơ với đạm và giữa hữu cơ với lân đến

Hình 3.10 Ảnh hưởng của liên tục bón phân N đến hàm lượng CEC trong đất 76

Hình 3.11 Ảnh hưởng của liên tục bón phân N đến hàm lượng OM và Nts trong

xiii

Hình 3.16 Tỉ lệ Ca/Mg trao đổi trong đất ở các nghiệm thức 90 Hình 3.17 Ảnh hưởng tương hỗ giữa phân hữu cơ với lân và giữa phân hữu cơ

Hình 3.21 Tương hỗ giữa các liều lượng phân lân với hữu cơ và giữa lân với

Hình 3.22 Tương hỗ giữa các liều lượng phân đạm với hữu cơ đến mật độ vi

Hình 3.23 Tương hỗ giữa liều phân hữu cơ với đạm và giữa phân hữu cơ với

lân đến mật độ vi sinh vật phân giải xenluloza 111 Hình 3.24 Tương quan giữa dung trọng, độ xốp với hàm lượng chất hữu cơ

học và sinh vật đất với nhau trong môi trường đất nâu đỏ bazan 120

Hình 3.30 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến tỉ lệ quả tươi/nhân và NS nhân/ha 121

Hình 3.31 Hiệu suất phân hữu cơ chế biến đến năng suất cà phê nhân 122

Hình 3.32 Tương hỗ giữa các liều lượng đạm với hữu cơ đến tỉ lệ quả tươi/nhân

Hình 3.33 Tương hỗ giữa các liều lượng lân với hữu cơ và lân với đạm đến

1

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nâu đỏ phát triển trên đá bazan (Rhodic Ferralsols – FRr), là loại đất có độ phì nhiêu tự nhiên khá cao do có tầng canh tác dày, tơi xốp, hàm lượng chất hữu cơ, lân tổng số ở giàu, đạm tổng ở mức khá Loại đất này rất thích hợp trồng nhóm cây lâu năm có giá trị kinh tế cao như cà phê, chè, hồ tiêu và cây ăn quả [2], [49] Theo tài liệu Đất Việt Nam (Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000) cả nước có 2.425.288 ha đất nâu đỏ bazan, trong đó tỉnh Lâm Đồng, có 212.049 ha, phân bố chủ yếu ở cao nguyên Di Linh (182.818 ha) [1], [25]

Cà phê là cây trồng chủ lực trên đất nâu đỏ bazan của vùng Tây Nguyên Theo Tổng cục Thống kê, (2016) diện tích cà phê của toàn vùng Tây Nguyên là 645.000 ha

và giá trị xuất khẩu đạt 3,36 tỷ USD (ICO, 2016) Trong đó tỉnh Lâm Đồng có 157.307

ha, được trồng tập trung ở cao nguyên Di Linh với diện tích 140.482 ha (chiếm 89,3%)

chủ yếu là cây cà phê vối (Coffea canephora Pierre), chiếm khoảng 95% diện tích cà

Cà phê là cây lâu năm trồng trên các vùng đất cao, do đó cùng với nhu cầu cao về dinh dưỡng N, P, K thì phân hữu cơ có vai trò rất quan trọng để tạo môi trường thâm canh ổn định và hiệu quả Vì lý do đó, đã có nhiều nghiên cứu về tác động của phân vô

cơ N, P, K và phân hữu cơ đến năng suất, chất lượng cà phê vối ở vùng Tây Nguyên Tiêu biểu là các công trình nghiên cứu của Trương Hồng và Tôn Nữ Tuấn Nam, 1999;

Y Kanin Hdơk, 2005; Trình Công Tư, 1996; Lê Hồng Lịch, 2000; Hồ Công Trực và Phạm Quang Hà, 2004, Nguyễn Văn Minh (2014), Nguyễn Văn Bộ (2016),… Tuy vậy, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung ở Đăk Lăk, Gia Lai, hơn nữa, đến nay chưa có công trình nghiên cứu nào quan tâm thấu đáo đến mối quan hệ giữa phân bón và độ phì nhiêu đất nâu đỏ bazan trồng cà phê Riêng tỉnh Lâm Đồng, hiện có rất ít kết quả

2

nghiên cứu về quản lý dinh dưỡng cho cây cà phê, đặc biệt là ở vùng cao nguyên Di Linh, nơi có các đặc điểm khí hậu và lịch sử hình thành đất đặc trưng hoạt động phun trào của núi lửa Kainozoi muộn đã làm cho tính chất đất khá khác biệt so với cùng loại đất nâu đỏ bazan ở các tỉnh khác của vùng Tây Nguyên [1], ơ99]

Điều tra thực trạng sử dụng phân bón cho cà phê ở Lâm Đồng những năm gần đấy cho thấy có rất nhiều vấn đề đã trở thành thách thức đối với sản xuất bền vững cây

cà phê Trước hết, phần lớn nông dân sử dụng phân bón thiếu khoa học, bón rất cao về lượng và mất cân đối về tỷ lệ Đối với phân đạm, có hơn 40% số hộ bón trên 500 N kg/ha/năm (cao nhất 897 kg N) Với phân lân, có 53% số hộ bón trên 300 kg

P2O5/ha/năm (cao nhất 620 kg P2O5) Riêng phân kali, lượng bón phổ biến của nông dân đã khá hợp lý (trung bình 299 – 317 kg K2O/ha/năm), mặc dù vẫn còn một số hộ bón thừa kali So với năng suất bình quân ở Lâm Đồng (3,6 tấn/ha) thì lượng phân đạm

và lân lãng phí hàng năm rất lớn Tỷ lệ bón phân vô cơ đa lượng cũng mất cân đối nghiêm trọng, ở đa số hộ nông dân tỷ lệ bón là N: P2O5: K2O = 1,38 : 1,0 : 0,94 [35] Điều này làm giảm hiệu quả sử dụng phân bón, giảm sức khỏe vườn cây, tăng sâu bệnh hại và gây ô nhiễm môi trường

Thứ hai, lượng phân hữu cơ bón cho cà phê biến động rất lớn từ 0 – 45 tấn/ha/năm, 2 – 3 năm bón một lần Thực tế, nhu cầu sử dụng phân hữu cơ ngày càng tăng, nhưng khả năng cung cấp tại địa phương vừa rất hạn chế lại vừa kém chất lượng, thực trạng sử dụng phân chuồng tươi (lợn, gà…) chưa qua xử lý vẫn còn khá phổ biến trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường Do đó, nghiên cứu sử dụng nguồn phân hữu

cơ chế biến có chất lượng cao bù đắp cho nhu cầu phân hữu cơ là hết sức cần thiết Một quá trình dài sử dụng phân bón cho cà phê chưa đúng, không hợp lý một mặt gây thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì nhiêu đất trồng cà phê tại cao nguyên Di Linh, điển hình là hàm lượng Ca2+, Mg2+ giảm, đất bị chua hóa (pHKCl còn 3,53 – 4,67), lượng Al3+ và SO42- trong đất có xu thế tăng cao [34]

Trước nhu cầu cấp bách phải có một nghiên cứu đầy đủ và hệ thống về mối quan

hệ giữa đất – phân bón – sinh thái môi trường đất phục vụ thâm canh cây cà phê bền

vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng của phân bón đến độ phì nhiêu đất đỏ bazan và năng suất cà phê ở cao nguyên Di Linh, Lâm

3

Đồng” được thực hiện Kết quả của đề tài sẽ bổ sung cơ sở khoa học cho chiến lược

bón phân cân đối giữa vô cơ - hữu cơ nhằm bảo vệ và nâng cao độ phì nhiêu đất nâu đỏ bazan, đồng thời đóng góp cho thực tiễn sản xuất những kỹ thuật mới trong quản lý dinh dưỡng để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, tăng năng suất cà phê ở tỉnh Lâm Đồng nói riêng và vùng Tây Nguyên nói chung

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

sử dụng, bảo vệ tài nguyên đất bền vững của tỉnh Lâm Đồng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

1.3.1 Đánh giá tác động của phân hữu cơ, đạm và lân đến độ phì nhiêu của đất nâu đỏ bazan trồng cà phê vối tại vùng cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng

1.3.2 Đánh giá tác động của phân hữu cơ, đạm và lân đến năng suất cà phê vối trên đất nâu đỏ bazan

1.3.3 Xây dựng mô hình sản xuất cà phê bền vững trên đất nâu đỏ bazan tại cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng

4

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Liều lượng của phân đạm (N); phân lân (P) và phân hữu cơ chế biến đến độ phì nhiêu đất nâu đỏ phát triển trên đá bazan tại vùng cao nguyên Di Linh đã thâm canh cây cà phê qua nhiều năm

- Liều lượng của phân đạm (N); phân lân (P) và phân hữu cơ chế biến đến năng

suất cà phê vối (Coffea canephora Pierre) được ghép giống cao sản Trường Sơn 1

1.5 Giới hạn nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng phân bón N, P và phân hữu cơ chế biến đến một số tính chất vật lý (tỉ trọng, dung trọng, độ xốp và độ bền đoàn lạp trong nước), hóa học (pH, CEC, OM, Nts, P2O5 dễ tiêu, K2O tổng số và dễ tiêu, Ca2+, Mg2+,

Al3+, tỉ lệ C/N, tỉ lệ Ca/Mg) và sinh học (giun đất, vi sinh vật tổng số, vi khuẩn cố định đạm, vi sinh vật phân giải lân, vi sinh vật phân giải xenluloza) của đất nâu đỏ phát triển trên đá bazan có liên quan đến độ phì nhiêu, sinh thái môi trường đất và năng suất cà phê vối vùng cao nguyên Di Linh, Lâm Đồng

1.6 Đóng góp mới của đề tài

- Xác định được tầm quan trọng của phân đạm, lân và phân hữu cơ đến độ phì nhiêu và sinh thái môi trường đất nâu đỏ bazan đang canh tác cà phê

- Đề xuất biện pháp sử dụng phân đạm, lân và hữu cơ chế biến hợp lý cho cà phê

vối ghép giống cao sản nhằm ổn định năng suất cà phê cho tỉnh Lâm Đồng

5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Độ phì nhiêu đất

1.1.1 Độ phì nhiêu đất và các luận điểm về độ phì nhiêu đất

Trong sản xuất nông nghiệp, đất là giá đỡ, là môi trường để cây trồng sinh sống

và phát triển Khác với đá mẹ và mẫu chất, đất có thuộc tính cơ bản là độ phì nhiêu, nhờ đó cây trồng có thể sinh trưởng phát triển và cho năng suất [93]

Khái niệm về độ phì nhiêu đất đã có từ thời Cổ La Mã (hơn 2.500 năm trước công nguyên) tuy còn sơ khai Đến hơn 150 năm trước đây, C.Mác đã phân biệt rõ sự khác nhau của “độ phì nhiêu tự nhiên” và “độ phì nhiêu thực tế”, theo đó độ phì nhiêu thực tế chính là độ phì nhiêu tự nhiên được con người đầu tư thêm khoa học kỹ thuật và dinh dưỡng cho cây trồng để thu được sản lượng cao [93] Đây là tiền đề cho những tiến bộ trong nhận thức về dinh dưỡng cây trồng và phân bón giai đoạn cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX với sáu định luật liên quan đến dinh dưỡng cây trồng: Định luật Trả lại, Định luật Tối thiểu, Định luật Tối đa, Định luật Cân đối, Định luật Hiệu suất phân bón và Định luật Ưu tiên chất lượng nông sản [24], [28], [33], [93] Giai đoạn này cũng có nhiều quan điểm khác nhau về độ phì nhiêu của đất như: Ricacđô "độ phì nhiêu giảm dần"; các nhà thổ nhưỡng Liên Xô (cũ) mà đại diện là Viliams (1949), cho rằng "độ phì nhiêu đất không ngừng tăng lên, không có đất nào xấu chỉ có chế độ canh tác tồi mà thôi" [4] Hay Henry (1943) [129], độ phì nhiêu của đất là khả năng cung cấp những nguyên tố cần thiết cho cây trồng phát triển, không có sự hiện diện của các độc chất Độ phì nhiêu của đất được xác định bằng nhiều kỹ thuật khác nhau và những thông tin này là cơ sở để đưa ra khuyến cáo về chế độ bón phân Boyd G Ellis và Henry D Foth, (1988) [130], đánh giá độ phì nhiêu đất là đánh giá những thiếu hụt dinh dưỡng của cây trồng, phân tích trạng thái của cây và phân tích đất

Hơn nửa thế kỷ qua, nhiều chuyên gia trong lĩnh vực Khoa học đất ở Việt Nam cũng đưa ra những định nghĩa xác đáng về độ phì nhiêu Điển hình như Nguyễn Vy (2003) [93], Độ phì nhiêu của đất được chia làm 2 loại là độ phì nhiêu tự nhiên và độ phì nhiêu thực tế “Độ phì nhiêu tự nhiên: xuất hiện trong quá trình hình thành đất dưới

có thể sản xuất một số lượng nông sản lớn với chất lượng cao về dinh dưỡng, chứa không đáng kể các độc tố và độ phì nhiêu ấy luôn luôn được ổn định lâu bền” Hay theo Đỗ Ánh (2003) [4], Độ phì nhiêu là khả năng của môi trường đất có thể cung cấp cho cây đồng thời và không ngừng "nước lẫn thức ăn", khả năng đó nhiều hay ít (độ phì cao hay thấp) do các tính chất lý học, hóa học và sinh học đất quyết định Theo Nguyễn Như Hà (2005) [33], độ phì nhiêu tự nhiên có trong tất cả các loại đất tự nhiên, nó xuất hiện trong quá trình hình thành đất và hoàn toàn chịu sự tác động của con người Độ phì tiềm tàng là độ phì tự nhiên mà cây trồng tạm thời chưa sử dụng được Độ phì hiện tại hay còn gọi là độ phì thực tế là một phần của độ phì nhiêu tự nhiên có thể tác động ngay đến cây trồng

Nhận thức ngày càng đầy đủ và sâu sắc hơn về độ phì nhiêu thực tế đã làm thay đổi hướng nghiên cứu về quản lý dinh dưỡng cây trồng từ nghiên cứu quan hệ “Đất – Cây trồng – Phân bón” trước đây sang nghiên cứu mối quan hệ “Đất – Cây trồng – Phân bón – Yếu tố khí hậu thời tiêt” để có những kết luận xác đáng hơn cho những vùng sinh thái riêng biệt

1.1.2 Các yếu tố chính của độ phì nhiêu

1 Độ dày tầng đất: Khả năng đáp ứng phát triển của bộ rễ

2 Cấu trúc đất: Liên quan đến chế độ nước, không khí và độ tơi xốp của đất

3 Phản ứng của đất: Liên quan đến các phản ứng sinh hóa trong đất; mức độ hữu

hiệu của các chất dinh dưỡng; thích nghi của rễ cây; hoạt động của sinh vật đất, tích lũy hay phân giải chất độc hại trong đất

4 Hàm lượng chất dinh dưỡng: Mức độ di động/dễ tiêu

5 Sức chứa chất dinh dưỡng, nước: Khả năng giữ và cung cấp từ đất cho cây

6 Mùn/Hữu cơ và chất lượng mùn (axit Humic/axit Fulvic)

7

7 Mật độ và hoạt tính sinh học đất: Chuyển hóa chất hữu cơ, cố định đạm, phân

giải lân hoặc kiến tạo cấu trúc đất

8 Hàm lượng các chất độc hại: các kim loại nặng (Cd, Hg, Pb, As), hay

sắt/nhôm trong đất phèn, Na trong đất mặn,

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ phì nhiêu đất

1.1.3.1 Các chỉ tiêu vật lý

Một số tính chất vật lý của đất như: dung trọng, tỉ trọng, độ xốp và đoàn lạp bền trong nước có vai trò rất lớn trong sinh thái môi trường đất Đây là những chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá độ phì nhiêu đất Bởi vì, các yếu tố vật lý chi phối trực tiếp hoặc gián tiếp đến khả năng giữ nước, chất dinh dưỡng, chế độ không khí và nhiệt giúp cho

hệ sinh vật đất đặc biệt là giun đất và vi sinh vật sinh sống, phát triển Ngược lại chính hoạt động sống của sinh vật đất cũng tham gia cải thiện tính chất vật lý đất

* Dung trọng: là chỉ tiêu rất quan trọng trong đánh giá độ phì nhiêu vật lý của đất (Nguyễn Thế Đặng và ctv, 2007) [27] Dung trọng phụ thuộc vào thành phần cơ giới, khoáng sét, hàm lượng chất hữu cơ, cấu trúc đất và kỹ thuật làm đất Độ tơi xốp của đất cao nhất ngay sau khi làm đất (cày, xới), nhưng sau đó bị nén chặt dần và dung trọng sẽ tăng lên Sau một thời gian dung trọng sẽ đạt cân bằng và không thay đổi Đất có dung trọng thích hợp nhất cho cây trồng là từ 1,0 - 1,1 g/cm3 Đất đỏ bazan nguyên trạng ở Tây Nguyên dung trọng luôn < 1,0 g/cm3 (Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên, 1999) [73] Theo Tôn Nữ Tuấn Nam (2005) [66], đất đỏ bazan trồng cà phê trên 10 – 15 năm tuổi ở Tây Nguyên có dung trọng dao động 0,99 – 1,0 g/cm3 Theo Võ Thị Gương và ctv (2004) [32], đất trồng lúa ở tầng đế cày có dung trọng dao động trong khoảng 1,4 g/cm3

là thích hợp Để đảm bảo cho cây trồng phát triển tốt đối với đất thịt thì dung trọng 1,1 – 1,4 g/cm3, đối với đất sét thì dung trọng 1,4 g/cm3 và đất cát dung trọng khoảng 1,6 g/cm3 (Raymond W Miller và ctv, 2001) [156]

* Tỉ trọng: Là thông số quan trọng có thể ước lượng thành phần khoáng cũng như hàm lượng chất hữu cơ trong đất (Nguyễn Thế Đặng và ctv, 2008) [26] Theo Nguyễn

Tử Siêm và Thái Phiên (1999) [73], Nguyễn Thế Đặng (2007) [27], tỉ trọng của đất thay đổi từ 2,5 – 2,8 g/cm3 Ở những loại đất khác nhau tỉ trọng đất cũng khác nhau

* Độ bền đoàn lạp đất: là tính bền cấu trúc đất, đây là đặc tính quan trọng giúp đo lường mức độ chịu đựng của đất dưới tác động của các hạt nước mưa, các lực cơ giới trong quá trình làm đất, tưới tiêu hay hoạt động của sinh vật đất Đoàn lạp bền thấp sẽ làm đất mất kết cấu, ảnh hưởng xấu đến khả năng giữ nước giữ phân và đẩy mạnh tốc

độ rửa trôi [28] Theo Tôn Nữ Tuấn Nam (2005) [66], Thái Phiên và Nguyễn Tử Siêm (1999) [73], độ bền đoàn lạp trong nước ở kích cỡ rây ≥ 0,25mm của đất đỏ bazan dao động 51,3 – 80,6% Theo Lê Văn Khoa (2000), tính bền đoàn lạp trong đất được xem như một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng đất đai Tính bền của đất có thể tác động mạnh mẽ đến đặc tính đất cả về lý học và hóa học [54]

* Ngoài ra còn có thành phần cấp hạt, chế độ nước, không khí, độ ẩm đất nhưng trong giới hạn đề tài chúng tôi chỉ đi sâu vào một số chỉ tiêu nêu trên

1.1.3.2 Các chỉ tiêu hóa học

* Độ chua của đất (pH):

Colemen (1959), Jeny (1961) cho rằng, H+ là nguồn chính gây ra độ chua của đất,

về sau Nguyễn Vi và Trần Khải (1978) cho rằng có sự đóng góp tích cực của Al3+ trong thành phần của độ chua trao đổi và độ chua tiềm tàng [24] Như vậy độ chua của đất do nồng độ H+ trong dung dịch đất là chính Độ chua đất được biểu thị bằng trị số pH là logarit đổi dấu của nồng độ ion H+ trong dung dịch đất Mỗi loại cây trồng thích nghi với một giá trị pH nhất định và ở giá trị pH đó cây trồng sinh trưởng phát triển tối ưu Như cây cà phê thích hợp với pH từ 5,5 đến 6,5 [24]

9

pH đất là một chỉ tiêu chính xác định độ phì của đất, nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất lý, hóa và sinh học đất Theo Thái Phiên và Nguyễn Tử Siêm, (1999) [73], có tới 86% diện tích đất dốc của Việt Nam có pHKCl 4,0 – 4,5 thậmchí có nơi 3,5 Trong điều kiện pH thấp, nhôm di động cao và lân bị cố định lớn Kết quả nghiên cứu của Trần Đức Viên (1996) [56], cho rằng, pH và độ no bazơ của đất canh tác ngày càng bị giảm nhanh, giá trị pH từ 5,0 trong năm đầu trồng lúa nương sau đó giảm xuống còn 4,1 ở năm thứ 5, nguyên nhân là do sự mất các cation do quá trình xói mòn và rửa trôi Theo Lê Văn Căn (1978) [19], những nghiên cứu về phản ứng của đất với phân bón, hoạt động của vi sinh vật và độ phì nhiêu đất là rất quan trọng trong môi trường đất Phản ứng của môi trường đất ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại, hoạt động sống và phát triển của các sinh vật trong đất Tìm hiểu một cách sâu sắc phản ứng của đất, không những chỉ có ý nghĩa về lý luận với những người làm công tác khoa học mà còn

có ý nghĩa rất lớn đối với thực tiễn sản xuất nông nghiệp Trong môi trường kiềm việc hút cation mạnh hơn anion, còn trong môi trường axít thì ngược lại [146] Như môi trường axít hóa độ linh động của Al, Mn, Fe lại tăng đến mức có thể gây độc cho cây Theo Lê Huy Bá (1982), đất phèn đồng bằng sông Cửu Long chứa nồng độ Al3+ từ 150 – 3000ppm, đây là cation độc nhất trong các độc chất của sinh thái môi trường đất đối với bộ rễ cây trồng [5], [6] Ngược lại, trong môi trường kiềm độ linh động của các nguyên tố vi lượng (Fe, Mn, Zn và Bo) giảm sẽ gây thiếu hụt cho cây trồng [5], [19] Khi pH của môi trường vượt quá giới hạn sinh lý (quá kiềm hay quá axít) thì mô

rễ đặc biệt là lông hút bị tổn thương và việc hút dinh dưỡng khoáng bị ức chế pH cũng ảnh hưởng rất lớn đến hệ sinh vật đất trong đó quan trọng là giun đất và vi sinh vật Nói chung đa số các vi sinh vật có ích và giun đất điều thích hợp pH ở mức trung tính [92], [126], [163] Theo phân cấp của Hội khoa học đất Việt Nam (2009), pH đất (< 4 rất chua; 4,1 – 5,0 chua; 5,1 – 6,0 ít chua; 6,1 – 6,5 gần trung tính; 6,6 – 7,0 trung tính; 7,1 – 7,5 kiềm ít và 7,5 ˃ kiềm) pH ở đất đỏ bazan dao động ở mức chua đến ít chua [38]

* Chất hữu cơ trong đất

- Hàm lượng chất hữu cơ (OM, đơn vị tính %): là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá

độ phì nhiêu và một số đặc tính lý hóa của đất (kết cấu, dung trọng, độ xốp, CEC, khả năng đệm của đất) Đất có hàm lượng OM cao sẽ cung cấp tốt các chất dinh dưỡng cho

Để nông nghiệp phát triển bền vững nhất thiết phải giảm sự mất mát chất hữu cơ đất, nhất là đất vùng nhiệt đới Theo Nguyễn Thế Đặng và ctv (2008) [26], chất hữu cơ là thành phần cơ bản kết hợp với các sản phẩm phong hóa từ đá mẹ để tạo thành đất Theo

Đỗ Ánh (2002) [4], chất mùn trong đất là một nguồn dinh dưỡng có tương quan rất chặt chẽ với độ phì nhiêu đất, nhất là trong điều kiện nhiệt đới ẩm của Việt Nam Những thành tựu nghiên cứu về chất mùn ở điều kiện nhiệt đới ẩm của (Castagnol, 1942; Fridland, 1958- 1964; Duchaufour, 1968; Ngô Văn Phụ, 1970 – 1979; Nguyễn Tử Siêm, 1974 – 1979: trích dẫn bởi Đỗ Ánh, 2003) [4], đều cho rằng mùn trong đất ở Việt Nam rất quan trọng cho việc tạo độ phì nhiêu đất Viện nghiên cứu lúa quốc tế cho rằng hàm lượng chất hữu cơ tối thích cho đất lúa nước là 4% Nếu giảm 1% chất hữu cơ thì lân bị giữ chặt trong đất tăng 50mg/100g đất (Đỗ Ánh và ctv, 2000) [4] Theo Charles

A Black (1993), hàm lượng chất hữu cơ cao làm tăng độ ẩm đất, cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng đệm của đất Theo Jones và Jarvis (1981), Hargrove và Thomas (1981), chất hữu cơ có khả năng tạo phức với kim loại [87] Chất hữu cơ có khả năng tạo phức với Al3+ làm giảm Al hòa tan trong dung dịch, do đó làm giảm khả năng gây độc của Al cho cây trồng Theo Nguyễn Tử Siêm (1990), cà phê trên đất đỏ bazan muốn có năng suất ổn định phải có tỉ lệ chất hữu cơ trong đất là 3,5%, trên đất đỏ vàng Acrisols phải

có 2,5% [94] Theo phân cấp của Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2009 về hàm lượng OM (%) đất đồ i nú i (< 2,0 rất nghèo; 2,0 – 4,0 trung bình; > 4,0 giàu) [38]

* Dung tích hấp phụ (CEC)

Dung tích hấp phụ (khả năng trao đổi cation) là chỉ tiêu rất quan trọng của độ phì nhiêu đất Trong đất CEC càng cao chứng tỏ đất có khả năng giữ và trao đổi các chất dinh dưỡng tốt với cây trồng Đất đỏ bazan dưới rừng ở Tây Nguyên có dung tích hấp

11

phụ cao, nhưng đất canh tác cà phê và cây trồng khác thì dung tích hấp phụ dao động ở mức trung bình (Tôn Nữ Tuấn Nam, 2005; Nguyễn Tử Siên và Thái Phiên, 1999) [66], [73] Đất giàu chất hữu cơ, có CEC cao cũng là đất có khả năng bảo quản dinh dưỡng cây trồng cao Nếu đất chứa Al chiếm 60% trong CEC thì gây độc cho cây trồng Đất bạc màu có CEC thấp (5,6 cmolc/kg đất) thì CEC trở thành yếu tố hạn chế (Đỗ Ánh và ctv, 2000) [4] Khi CEC dưới 5 cmolc/kg đất thì đất dễ bị rửa trôi NO3-, B, NH4+, K+,

Ca2+ và Mg2+ Do đó phải thường xuyên bổ sung vôi, chất hữu cơ và bón phân vô cơ cân đối [161]

Theo Nguyễn Vy (2003) [93], CEC trong các loại đất Việt Nam trong khoảng 5 –

30 cmolc/kg đất Nhìn chung giá trị CEC càng cao thì đất càng phì nhiêu Tuy nhiên độ phì nhiêu của đất còn phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ các cation trong CEC Theo phân cấp của Hội khoa học đất Việt Nam, 2009 về CEC (cmolc/kg) trong đất (< 5,0 rất thấp; 5,1 - 10 thấp; 10,1 – 25,0 trung bình; 26,0 – 40,0 khá; > 40,0 cao) [38]

Ma Thuột là 0,26%, cao nguyên Đức Trọng và Pleku là 0,22%, ở Phủ Quỳ là 0,17% [41], [94] Theo phân cấp của Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2009 về nitơ tổng số (Nts) trong đất đồi núi (< 0,1% đất nghèo đạm, từ 0,1 - 0,2% là trung bình và > 0,2% là giàu đạm) [38]

Cây trồng hấp thu đạm từ đất ở 2 dạng (NH4+ và NO3-) Nguồn đạm trong sinh thái môi trường đất được cung cấp bằng nhiều con đường khác nhau và nó chuyển hóa rất phức tạp dưới tác động của điều kiện khí hậu, vi sinh vật và con người, quá trình đó gọi là chu trình tuần hoàn đạm trong đất

Hình 1.1 cho thấy, chu trình chuyển hóa đạm trong đất qua nhiều con đường khác nhau:

- Nhóm cộng sinh (còn gọi là vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với cây họ đậu tạo ra

nốt sần trên rễ), như Rhizobium: Rhizobium phaseoli; Rhizobium lupini, có khả năng cố

định được từ 57 – 600 kg N/ha/năm (Nguyễn Như Hà, 2005) [33]

- Nhóm hội sinh như nhóm vi khuẩn Azospirillum sống hội sinh trong rễ cây hòa thảo, bông và rau (Azospirillum lipoferum; Azospirillum brasilense), có khả năng cố

định được từ 12 – 313 kg N/ha/năm (Nguyễn Như Hà, 2005) [33]

N trong vật nuôi (gia súc, gia cầm

trôi

N trong

Nước ngầm và nước mặt

Nốt sần rễ cây họ đậu Rễ cây trồng Phế phụphẩm chuồngPhân

Nhà máy sản xuất phân N

Hình 1.1 Chu trình chuyển hóa Nitơ trong đất

- Nhóm cố định nitơ sống tự do: vi khuẩn háo khí có Azotobacter chroococcum,

Azomanas sp, yếm khí có Clostridium pasteurianum có khả năng cố định được từ 20 –

100 kg N/ha/năm (Nguyễn Như Hà, 2005) [33]

- Xác bã và chất thải của động vật, thực vật và vi sinh vật có chứa nitơ ở dạng hợp chất hữu cơ (axit amin, protein và ADN, ARN) được vi sinh vật phân hủy trong quá trình amoni/nitrate hóa tạo thành dạng NH4+ và NO3- cung cấp cho cây

- Nguồn NH4+ và NO3- từ phân bón hay từ quá trình amoni/nitrate hóa xác bã động vật, thực vật và vi sinh vật cây trồng không sử dụng hết, sẽ bị một số vi sinh vật thực hiện quá trình phản nitrate hóa thành N2O hoặc khử amoni thành NH3 bốc hơi trở lại vào khí quyển, hoặc bị rửa trôi xuống nguồn nước ngầm hoặc bị xói mòn bề mặt xuống các thủy vực

* Hàm lượng lân (P) trong đất: là một chỉ tiêu của độ phì nhiêu “đất giàu lân có

độ phì cao và ngược lại đất có độ phì cao đều giàu lân” (Detrunk, 1931) [41]

+ Lân tổng số: Trong đất lân tổng số chia làm hai dạng: lân hữu cơ và lân vô cơ

(lân khoáng) Tỷ lệ này phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh học đất và chế độ khí hậu Lân hữu cơ thường chiếm 20 – 80% lân tổng số Hàm lượng lân khoáng gia tăng theo

độ sâu phẫu diện đất, thông thường hàm lượng lân hữu cơ cao nhất ở tầng mặt (Tisdale and Nelson, 1975) Trên đất đỏ bazan lân tổng số thường ở mức giàu, dao động từ 0,2 – 0,3% (Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên, 1999) [73] Theo phân cấp của Hội khoa học đất Việt Nam, 2009 về P2O5ts trong đất (< 0,06% nghèo; 0,06 – 0,1% trung bình; > 0,1% giàu) [38]

+ Lân dễ tiêu: Lương Đức Loan và Nguyễn Tử Siêm (1978), trên đất đỏ bazan,

lân bị giữ chặt hàm lượng lân dễ tiêu cần đạt 8 mg P2O5/100g đất mới có thể coi là đủ cho cây trồng [61] Theo phân cấp của Hội khoa học đất Việt Nam (2009), P2O5dt (mg/100g đất) trong đất (< 10 nghèo; 10 – 15 trung bình; >15 giàu) [38]

14

Theo Lê Văn Căn (1978) [19], sự cố định lân thường xảy ra rất nhanh ở nồng độ lân thấp và tùy thuộc vào đặc tính của đất Nhìn chung, đất có khả năng hấp phụ lân rất cao, khoảng 80% lượng lân đưa vào được đất hấp phụ ở các nồng độ thấp dưới 100 ppm Nguyễn Tử Siêm và Trần Khải, (1996) [74], đất nâu đỏ bazan năng lực hấp thụ lân dao động từ 750 – 1400 ppm Theo Thái Phiên (1999), trên đất nâu đỏ bazan có hàm lượng chất hữu cơ 6,87% thì lượng lân bị giữ chặt là 688 ppm, nếu hàm lượng chất hữu cơ trong đất 3,22% thì lượng lân bị giữ chặt trong đất lên tới 1100 ppm [41] Theo Lê Văn Căn và Pagen (1962) [19], trong đất đỏ feralit miền Bắc Việt Nam,

ở những tầng đất không có kết von, hàm lượng nhôm di động (Al3+) ở mức 0,8 mg/100g đất, lân dễ tiêu là 5,2 mg/100g đất; ở đất có tầng kết von, nhôm di động ở mức 1,8 cmolc/kg đất, lân dễ tiêu là 0,55 mg/100g đất; trong đất có tầng đá ong, hàm lượng nhôm di động là 16,8 cmolc/kg, lân dễ tiêu chỉ khoảng 0,22 mg/100g đất Gocbunop (1962), cho rằng, trên đất chua Fe, Al di động đóng vai trò quyết định trong quá trình hấp phụ và giữ chặt lân của đất Trong môi trường kiềm thì ion photphat thường liên kết với ion Ca2+ thành canxi photphat khó tan [19]

* Hàm lượng kali: Kali trong đất thường ở 2 dạng tổng số và hữu dụng Kali tổng

số trong đất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng sét

+ Kali tổng số: Kali hiện diện với số lượng lớn trong hầu hết các loại đất Hàm

lượng kali tổng số trong đất biến động rất lớn từ 4,29% đến nhỏ hơn 0,11%, với khoảng biến động thông thường là 0,3 đến 0,2% (Mutscher, 1951) [41] Theo phân cấp của Hội khoa học đất Việt Nam, 2009 về K2Ots trong đất (< 1% nghèo; 1 - 2% trung bình; > 2% giàu) [38]

Kali tổng số trong đất đỏ bazan ở Tây Nguyên ở mức nghèo và quyết định bởi thành phần khoáng sét là chủ yếu Theo Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên (1999) [73], kali dao động 0,5 – 0,7% Đỗ Đình Đài (1998) [41], hàm lượng kali tổng số trong đất

đỏ bazan dao động 0,06 – 0,18%, rất nghèo Do khoáng sét chủ đạo trên đất đỏ bazan là kaolinit (cấu trúc 1:1) nên khả năng giữ kali rất thấp dễ bị rửa trôi

+ Kali dễ tiêu: Kali dễ tiêu là nguồn kali chính cung cấp cho cây trồng trong đất

Đất đỏ bazan ở Tây Nguyên hàm lượng kali dễ tiêu thuộc dạng nghèo dao động 6 – 12

mg K2O/100g đất (Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên, 1999) [73] Theo phân cấp của Hội

1.2 Vai trò của sinh vật đối với độ phì nhiêu đất nông nghiệp

Các sinh vật sống trong đất đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của các hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái đất nông nghiệp nói riêng Chúng tham gia vào chu trình sinh địa hóa các vật chất và duy trì chất lượng đất (Mando và ctv, 2005) [147], nếu thiếu chúng thì đất chỉ là những mẫu chất của sau phong hóa lý, cơ và hóa học Chúng bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh, động vật thân mềm, động vật chân đốt và các sinh vật khác [6] Hệ sinh thái đất là một thể thống nhất bao gồm các nhóm sinh vật sống trong đất, có quan hệ tương hỗ lẫn nhau dưới tác động của môi trường sống, có sự trao đổi vật chất và năng lượng Trong quá trình canh tác, người nông dân ít quan tâm đến tầm quan trọng của sinh vật đất, làm giảm số lượng của chúng do sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật với liều lượng cao và hạn chế việc bón phân hữu cơ (gây thiếu hụt C trong đất) Các hệ thống canh tác hiện nay người ta quan tâm nhiều đến nguồn dinh dưỡng từ các chất hữu cơ và các hoạt động sinh học phân hủy các hợp chất hữu cơ trong đất [6], [133], [147]

* Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái đất và chiếm đại đa số về thành phần cũng như số lượng so với các sinh vật khác Trong đó, vi khuẩn là nhóm chiếm ưu thế (92 – 94%); vi nấm và xạ khuẩn chiếm tỉ lệ không đáng kể (Bùi Ngọc Dung, 2000) [41] Khối lượng của vi sinh vật đất có thể lên tới hàng tấn, tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất thông qua các hoạt động như mùn hóa và khoáng hóa chất hữu cơ Đồng thời, chuyển hóa các chất khoáng khó tiêu thành dễ tiêu, từ đó cải thiện

độ phì nhiêu của đất Nếu biết được hệ vi sinh vật trong đất thì có thể đánh giá được chất lượng của đất trồng trọt đó Hoạt động của hệ vi sinh vật đã làm cho đất trở thành một hệ thống sống [109], [153] Đặc biệt trong quần thể vi sinh vật nhóm vi sinh vật cố định đạm đã đóng góp rất lớn trong quá trình hình thành độ phì nhiêu đạm cho đất Nhờ vào hoạt động chuyển hóa N2 của khí quyển thành NH3 cho đất, ước tính hàng năm

16

chúng cung cho đất khoảng 12 đến 600 kg N/ha/năm, tùy thuộc vào loại đất và điều kiện khí hậu, thời tiết [33]

Hình 1.2 Vai trò của vi sinh vật trong chu trình tuần hoàn vật chất

Hình 1.2 cho thấy, các vi khuẩn và vi nấm tham gia vào quá trình chuyển đổi các hợp chất hữu cơ thành các chất khoáng dễ tiêu cung cấp cho cây trồng thông qua quá trình khoáng hóa và mùn hóa Một số nhóm vi sinh vật khác tham gia chuyển hóa các

khoáng khó tiêu thành dễ tiêu, chẳng hạn như nấm rễ Mycorrhiza phân giải lân khó tan

thành dạng lân dễ tiêu cho rễ cây trồng hoặc bằng cách mở rộng hiệu quả diện tích bề mặt của rễ cây hoặc chuyển hóa đạm [147] Trung bình trong đất vi khuẩn chiếm khoảng 90% tổng số Xạ khuẩn chiếm khoảng 8%, vi nấm 1%, còn lại 1% là tảo và động vật nguyên sinh Tỷ lệ này thay đổi tuỳ theo các loại đất khác nhau cũng như khu vực địa lý, tầng đất, thời vụ và chế độ canh tác [147]

* Giun đất là thành phần chính của hệ sinh thái tự nhiên và nông nghiệp, thường chiếm ưu thế trong sinh khối của động vật đất (Whalen và ctv, 1998) [132] Theo Lê Huy Bá (2007) [6], giun đất cũng là một trong những sinh vật chỉ thị cho sức khỏe và

độ phì nhiêu của đất, do vậy sự phong phú về mật độ của quần thể giun đất là đại diện cho sức khỏe của hệ sinh thái và mức độ an toàn về môi trường đất Trong những thập

17

niên gần đây, giun đất đã được nghiên cứu sử dụng như đối tượng quan trắc chất lượng môi trường đất bổ trợ cho phương pháp lý hóa mang lại hiệu quả cao [7] Nếu xét về thành phần loài và số lượng thì giun đất là nhóm động vật không xương sống có khả năng chỉ thị rất tốt cho chất lượng của môi trường đất, độ phì nhiêu đất, nguồn gốc phát sinh và mức độ biến đổi của cảnh quan (Thái Trần Bái, 1987) [7]; bởi giun đất đóng vai trò quan trọng trong việc cấu thành và duy trì độ phì nhiêu của đất Sự phong phú về mật độ và sinh khối của giun đất được dùng để theo dõi các ảnh hưởng của việc canh tác, cấu trúc, cũng như sự biến đổi môi trường đất Sự gia tăng số lượng các loài giun đất là một dấu hiệu tốt cho đất canh tác [22] Chính vì thế, trong quá trình canh tác con người cần chú ý đến bảo vệ và phát triển giun đất trên đồng ruộng

Qua Hình 1.3 cho thấy, quá trình hoạt động sống của giun đất (đào hang và tiêu hóa xác bả hữu cơ) đã tác động rất lớn đến sinh thái môi trường đất Hang của giun đất tăng cường nước xâm nhập và sục khí trong đất Những vùng đất "cày bừa" đường hang giun đất có thể hấp thụ nước với tỉ lệ 4 – 10 lần so với các các vùng thiếu các đường hang Điều này làm giảm nước dòng chảy, sạt ngầm, giúp lưu trữ nước trong đất nhiều hơn cho mùa khô, làm thông khí sâu hơn vào đất, kích thích chu kỳ dinh dưỡng của vi sinh vật ở những tầng đất sâu hơn [108] Khi giun đất có mặt với số lượng lớn, hoạt động đào hang của chúng có thể thay thế lượng lớn công làm đất [108] Giun đất

ăn các chất hữu cơ chưa hoai (xác bã thực vật) trên mặt đất chuyển hóa thành các chất hữu cơ dễ tiêu giàu dinh dưỡng và đảo trộn đều trong lớp đất mặt Hợp chất hữu cơ giàu dinh dưỡng trong hang của giun đất có thể vẫn được dự trữ trong nhiều năm nếu không bị tác động Trong những đợt hạn hán kéo dài thì các hang này tạo điều kiện cho

rễ cây thâm nhập sâu vào nơi đất có độ ẩm cao [165] Phân giun không những mang một số lượng lớn các khoáng chất dễ tiêu mà còn chứa các chủng vi sinh vật có ích cho đất và cây trồng Hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu trong phân giun cao hơn so với đất Giun đất cũng tiết ra một số chất kích thích tăng trưởng thực vật Ngoài ra, chất thải của giun còn làm cấu trúc đất tơi xốp, tăng đoàn lạp bền trong nước [108], [142], [165]

18

Hình 1.3 Quá trình hoạt động chuyển hóa hợp chất hữu cơ của giun đất trong đất

Cơ thể giun đất có chứa 60 – 70% protein trọng lượng khô, do vậy phân, nước tiểu hay cơ thể sau khi chết sẽ cung cấp cho đất một lượng lớn N tổng số (Lee, 1985) [140] Ngoài vấn đề cải thiện tính chất đất, cung cấp dinh dưỡng cho cây, giun đất còn

làm tăng sinh khối của nấm rễ mycorrhizae và điều này đã làm tăng hiệu quả sử dụng

phân lân của rễ cây trồng (Gormsen và ctv, 2004; Djunita và ctv, 2013) [118], [122] Những tác động không tốt trong kỹ thuật canh tác làm cho mật độ giun đất giảm

đi như: Làm đất sâu và thường xuyên tác động không tốt đến giun đất có thể làm giảm đến 90% số lượng giun, do làm khô đất, vùi chôn bã thực vật là thức ăn của chúng xuống quá sâu, làm tăng khả năng nén chặt, phá hủy hang và có thể giết chúng từ các nông cụ Giun đất sẽ không phát triển mạnh ở đất có độ pH dưới 5 (Edwards và Lofty, 1982) [117], ở mức pH 4,5 số lượng giun giảm đi rất nhiều (Curry, 2004) [107] Bên cạnh đó, phân bón với nồng độ amoni cao, các loại thuốc BVTV (nhóm cacbamat, thuốc diệt nấm, thuốc diệt cỏ,…) rất độc hại đến quần thể giun đất (Ernst, 1995; Edwards và Bohlen, 1996) [108] Do vậy, để quần thể giun đất phát triển tốt thì đất cần thoáng khí, tơi xốp, kích thước hạt đất nhỏ, hàm lượng chất hữu cơ cao, ẩm độ tương đối cao nhưng không bị ngập úng, pH gần trung tính [53], [108], [165] Bón vôi có lợi cho giun đất ở các loại đất chua Một nghiên cứu ở New Zealand cho thấy sự gia tăng 50% giun đất trong đất đồng cỏ nhờ bón thêm một tấn vôi cho mỗi mẫu Anh (Edwards

và ctv, 1995) [108], [132]

19

Do vậy, xác định ảnh hưởng của phân vô cơ N, P và phân hữu cơ đến mật độ và sinh khối giun đất trên đất đỏ bazan trồng cà phê là cần thiết, nhằm tìm ra liều lượng phân N, P kết hợp với phân hữu cơ thích hợp cho sinh trưởng, phát triển cây cà phê đồng thời làm phong phú quần thể giun đất của hệ sinh thái đất

1.3 Đặc điểm độ phì nhiêu của đất đỏ phát triển trên đá bazan

1.3.1 Thành tạo và phân bố của đất đỏ phát triển trên đá bazan ở Việt Nam

Đất đỏ phát triển trên đá bazan thuộc nhóm đất đỏ vàng theo phân loại đất Việt

Nam của FAO-UNESCO-WRB là Ferralsols; theo phân loại của USDA là Oxisols

Đất phát triển trên đá bazan là kết quả từ hoạt động phun trào của núi lửa Hoạt động núi lửa Kainozoi muộn ở Việt Nam đã để lại các lớp phủ bazan phân bố rải rác từ Bắc đến Nam, nhưng tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ Đá bazan có màu đen với hàm lượng SiO2 thấp hơn so với đá trung tính và axit Do đó, trong điều kiện nhiệt đới ẩm đá bazan thường có tốc độ phong hóa nhanh và triệt để, vì thế tạo lớp

vỏ phong hóa dày trung bình từ 20 - 30m, có nơi 40 - 50m, có màu nâu đỏ hay nâu vàng rất đặc trưng Thành phần nguyên tố chính của đá tạo đất bazan tại chỗ: bazan cổ

là bazan tholeiit, khoáng tạo đá chủ yếu là plagioclaz, piroxen, chứa ít olivin; bazan trẻ

là bazan kiềm, chứa nhiều olivin (8 - 10%) Bazan cổ chứa hàm lượng SiO2, Al2O3 cao hơn bazan trẻ và qua một thời gian dài, tầng đất thường mỏng lẫn nhiều kết von [2],

[5], [98], [99]

Đối với bazan trẻ thường là bazan-olivin và bazan-olivin kiềm, là những loại đá

dễ phong hóa Do đó, bề mặt các vùng bazan trẻ thường có vỏ phong hóa đất đỏ rất dày (6 - 7 m), đôi nơi có lẫn kết von laterit sườn tích Sản phẩm phong hóa các khoáng nguyên sinh của chúng trong điều kiện nhiệt đới ẩm là các khoáng hematit {Fe2O3}, goethit {FeO(OH)}, gibsit {Al(OH)3}, kaolinit {Al4[(Si4O10) (OH)8]} hoặc các sesquioxyt {R2O3} Vì vậy, đất hình thành trên các phun trào này là đất nâu đỏ điển hình (Haplic/Humic Ferralsols) có tầng đất mặt dày và khá đồng nhất theo chiều sâu,

có cấu trúc viên hạt, tơi xốp và độ phì nhiêu cao [49], [51], [99]

Đối với bazan cổ thường là bazantoleit, khoáng tạo đá chủ yếu là plagioclaz pyroxen và không hoặc chứa ít olivin So với bazan trẻ thì bazan cổ nghèo kiềm hơn và

có hàm lượng SiO2, có thể có cả Al2O3 cao hơn nên khả năng phong hóa thường kém

20

hơn Sản phẩm phong hóa các khoáng nguyên sinh của chúng là các khoáng gibsit {Al(OH)3}, kaolinit {Al4[(Si4O10)(OH)8]} hoặc các sesquioxyt {R2O3}, chiếm ưu thế hơn so với goethit {FeO(OH)} và hematit {Fe2O3} Vì vậy, đất hình thành trên các bazan cổ thường có tầng đất mặt mỏng hơn, có màu nâu vàng chủ đạo và thường lẫn nhiều kết von Chúng thường được xếp vào các đơn vị đất ferric hoặc Acric Ferralsols với các đơn vị phụ Vetic, Geric [49], [51], [99]

Phân bố của các loại đất phát triển trên đá bazan chủ yếu ở vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và rải rác ở vùng duyên hải Trung Bộ như Cồn Tiên, Dốc Miếu (Quảng Trị), Phủ Quỳ (Nghệ An) Đất bazan ở Tây Nguyên chiếm hơn 64% và Đông Nam Bộ chiếm 30% diện tích đất bazan toàn quốc Do đặc điểm đá bazan phong hoá nhanh trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, mưa nhiều nên các cation kiềm và kiềm thổ bị rửa trôi mạnh tích lũy nhiều sắt, nhôm Đa số đất bazan phân bố ở địa hình ít dốc, tầng đất

có độ dày sâu, có nơi trên 10m, được sử dụng trồng nhiều loài cây, nhất là các cây lâu năm như cao su, chè, cà phê [5], [41]:

Đất phát triển trên đá bazan gồm: Đất đen (LV; Luvisols) đất nâu thẫm trên bazan (LVx; Chromic Luvisols); Đất đỏ (FR; Ferralsols) gồm có 2 nhóm: Đất nâu đỏ (FRr; Rhodic Ferralsols) và Đất nâu vàng (FRx; Xanthic Ferralsols) [41]

Trong đó, đất đỏ là nhóm đất chiếm diện tích lớn nhất so với các nhóm đất khác phát triển trên bazan Tổng diện tích nhóm đất đỏ (Ferrasols) của Việt Nam là là 3.071.549 ha với 4 đơn vị đất: Đất nâu đỏ bazan (Rhodic Ferralsols – FRr) là 2.425.288 ha, đất nâu vàng bazan (Xanthic Ferralsols - FRx) là 421.059 ha, đất đỏ vàng

có tầng sét loang lổ (Plinthic Ferralsols – FRp) và đất mùn vàng đỏ trên núi (Humic Ferralsols – FRu) là 225.247ha Đây là nhóm đất chủ đạo, phân bố tập trung trên các cao nguyên bazan ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ: cao nguyên Kon Ploong, Kon Hà Nừng, Pleiku, Buôn Ma Thuột, Đắk Nông - Đắk Mil, Bảo Lộc - Di Linh, Phước Long, Xuân Lộc Vùng Tây Nguyên có 1.349.113 ha, vùng Đông Nam Bộ có 622.700 ha, duyên hải Trung Bộ có 75.900 ha [1], [21], [41]

1.3.2 Đặc điểm lý học, hóa học và sinh học đất đỏ phát triển trên đá bazan

Đất đỏ phát triển trên đá bazan chủ yếu tập trung ở Tây Nguyên bao gồm một loạt cao nguyên liền kề với diện tích 1.349.113 ha [1]

21

Đất đỏ bazan là loại đất tốt với tầng canh tác dày, đất tơi xốp có kết cấu viên - cụm, dung trọng thấp, thoát nước tốt và đặc biệt là có hàm lượng chất hữu cơ rất cao dao động từ 5 - 8% (đất mới khai hoang) Độ xốp của đất đỏ bazan khá cao biểu hiện cho khắp cả các tầng, dao động từ 63,0 – 71,0% từ tầng mặt cho đến độ sâu 150 cm, tỷ trọng thấp dao động từ 2,5 – 2,9 Dung trọng thấp, độ xốp cao được giải thích là do những tính chất đặc biệt của vật liệu phun trào, độ rỗng trong các khoáng của chúng, cấu trúc đoàn lạp và hàm lượng mùn trong đất Độ xốp của đất đỏ bazan cao làm cho

độ thấm thoát nước của đất cũng rất lớn Độ bền đoàn lạp trong nước rất cao (98,7%) [58], [66], [64]

Theo kết quả phân tích 152 phẫu diện đất đỏ bazan ở Tây Nguyên của Đỗ Đình Đài (1998), tầng đất mặt của vùng cao nguyên Di Linh có hàm lượng chất hữu cơ trung bình là 5,98%, cao nguyên Buôn Ma Thuột trung bình là 3,19% Hàm lượng kali nghèo (ở cao nguyên Đăk Nông là 0,18%; ở Buôn Ma Thuột là 0,14%; ở cao nguyên Di Linh 0,06%) Hàm lượng Nts ở cao nguyên Di Linh 0,22%; cao nguyên Đăk Nông 0,24% Hàm lượng lân tổng số đến 0,17% nhưng do lượng Al, Fe trong đất cao nên lân dễ tiêu

ở mức nghèo [4], [41] Theo Trình Công Tư (1996) [85], đất đỏ bazan ở Buôn Ma Thuột có Nts là 0,26%; ở Đức Trong và Pleiku có Nts là 0,22%; ở Tân Lâm – Di Linh

có Nts là 0,18%

* Vậy có thể thấy, điểm nỗi bật nhất của đất đỏ phát triển trên đá bazan là: đất được hình thành do quá trình phong hóa triệt để của đá mẹ bazan, tạo ra các khoáng thứ cấp có hoạt tính thấp như kaolinit, gơtit, gibsit, sequioxyt; tích lũy oxit Fe/Al và các hợp chất bền vững của chúng nên có màu đỏ vàng là chủ đạo [25], [81]

+ Đất có cấu tượng viên – cụm, dung trọng và tỉ trọng thấp, độ xốp cao, tầng đất dầy, độ bền đoàn lạp trong nước cao, khả năng cung cấp và thoát nước tốt, nhưng độ

ẩm cây héo cao do sự hoãn xung của đất lớn [25], [41]

+ Đất có phản ứng chua đến rất chua, dung tích hấp phụ trong sét rất thấp (CEC sét <16 cmolc/kg sét); dung tích hấp phụ trong đất thấp; hàm lượng chất hữu cơ giàu; đạm tổng số ở mức khá; lân tổng số khá đến giàu, nhưng lân dễ tiêu nghèo; kali tổng số

và dễ tiêu nghèo; các cation kiềm trao đổi (Ca2+, Mg2+, K+) ở mức nghèo; độ bảo hòa bazơ thấp (9 - 30%); Fe và Al cao; quá trình rửa trôi các cation kiềm lớn, sự tích lũy

22

sắt, nhôm cao (do điều kiện khí hậu, địa hình quá trình canh tác của con người là chủ yếu) đây là yếu tố hạn chế của đất đỏ bazan (nỗi bật là quá trình cố định lân cao, lân dễ tiêu và kali dễ tiêu nghèo, pH thấp) [2], [41], [73], [81], [84]

+ Sinh vật đất đa dạng phong phú cả về chủng loại và số lượng Vi sinh vật tổng

số 31,7x106 cfu/g đất khô; vi khuẩn 22,3x106 cfu/g đất khô; xạ khuẩn 5,2x106 cfu/g đất khô; nấm 4,2x106 cfu/g đất khô Cường độ hô hấp trong đất khá mạnh so với đất ôn đới Số lượng vi sinh vật phụ thuộc khá rõ vào hàm lượng chất hữu cơ và độ ẩm đất [73] Theo Vũ Cao Thái và ctv (2001), nấm và xạ khuẩn phát triển khá mạnh trên đất trồng cao su, mật độ gấp 4 – 10 lần so với đất trồng cà phê Đất trồng cà phê xạ khuẩn thấp có lẽ do thâm canh cao đất chịu nhiều tác động của phân vô cơ và tốc độ khoáng hóa mạnh hơn, dẫn đến hàm lượng C không còn nhiều cho hoạt động của chúng [78] 1.3.3 Diễn biến độ phì nhiêu của đất đỏ bazan trồng cà phê vùng Tây Nguyên

Do điều kiện thời tiết phân bố mùa mưa, mùa khô rõ rệt với lượng mưa lớn (80 – 90% tổng lượng mưa trong năm, lại tập trung vào 3 – 4 tháng), do đó dễ gây ra tình trạng xói mòn, rửa trôi mạnh làm giảm tầng dày của lớp đất mặt Sự rửa trôi mạnh thường kéo theo một loạt các chất dinh dưỡng dễ tiêu trong đất đặc biệt là các cation kiềm và kiềm thổ (Na+, K+, Ca2+, Mg2+ và NH4+) cùng các axit mùn trực di xuống các tầng sâu hơn làm cho tầng đất mặt bị bạc màu và mất cân đối dinh dưỡng Mặt khác quá trình sử dụng phân bón cho cây trồng của người nông dân đang bị mất cân đối về hàm lượng, tỉ lệ và thời gian bón dẫn đến hiệu quả phân bón không cao, đồng thời gây mất cân đối dinh dưỡng trong đất Từ đó gây ảnh hưởng tới hiệu quả kinh tế, năng suất

xu hướng nén chặt dần

Như vậy, trong quá trình thâm canh cây cà phê đã làm cho một số tính chất vật lý (dung trọng, tỉ trọng, độ xốp và đoàn lạp bền trong nước) trên đất nâu đỏ bazan vùng Tây Nguyên suy giảm so với đất rừng Mức độ suy giảm này do nhiều nguyên nhân (chế độ canh tác, bón phân hay thiên tai) và nguyên nhân nào gây ảnh hưởng lớn là vấn đề đặt ra cần nghiên cứu Chính vì thế, tiến hành đánh giá ảnh hưởng của phân bón đến một số tính chất vật lý (dung trọng, tỉ trong, độ xốp và đoàn lạp bền trong nước) liên quan đến độ phì nhiêu của đất đỏ bazan trồng cà phê được thực hiện Nhằm xác định qua thời gian dài bón các loại phân khác nhau, liều lượng khác nhau có ảnh hưởng như thế nào đến độ phì vật lý đất đỏ bazan canh tác cà phê

1.3.3.2 Tính chất hoá học

+ Đất đỏ bazan dưới rừng có pHKCl: 4,58, CEC dao động 15,2 – 20,43 cmolc/kg đất, hàm lượng OM là 6,13%, hàm lượng Nts dao động từ 0,17% - 0,22% Đất trồng cà phê có pHKCl: 3,65 - 5,25, trung bình là 4,16, CEC tầng mặt là 11,1 – 19,4 cmolc/kg đất,

24

hàm lượng OM dao động từ mức nghèo đến giàu (1,97 - 6,11%, trung bình là 3,34%, Nts dao động 0,08% - 0,23%, trung bình là 0,15 (Tôn Nữ Tuấn Nam và ctv, 2005; Thái Phiên và Lê Hồng Lịch, 2009; Lưu Thế Anh, 2015) [3], [57], [66], [64] Kết quả điều tra, đánh giá thoái hóa đất vùng Tây Nguyên để phục vụ quản lý sử dụng đất bền vững

do Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện năm 2011 có tới 68,79% diện tích đất tự nhiên bị suy giảm pHKCl, 64,70% diện tích tự nhiên bị suy giảm về hàm lượng OM, 49,55% diện tích tự nhiên bị suy giảm về hàm lượng Nts so với tiêu chuẩn đất nền [1] Như vậy, qua quá trình canh tác cà phê trên đất đỏ bazan vùng Tây Nguyên đã làm cho

pH, CEC, OM và Nts trong đất suy giảm so với đất rừng, có những vùng diễn biến này rất nghiêm trọng Đặc biệt là những vùng có độ dốc lớn (gây xói mòn), đây là một trong những nguyên nhân làm suy thoái đất về nhiều mặt (lý, hóa và sinh học) [1] + Hàm lượng lân tổng số dao động 0,15 – 0,30% đều ở mức giàu, nhưng hàm lượng lân dễ tiêu dao động 1,69 – 31,3 mg P2O5/100g đất, trung bình là 9,61 mg

P2O5/100g đất từ nghèo đến trung bình (Tôn Nữ Tuấn Nam và ctv, 2005; Thái Phiên và

Lê Hồng Lịch, 2009) [57], [63] Theo Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm (2002), hàm lượng lân dễ tiêu trong đất bazan trồng cà phê 8 – 25 năm tuổi dao động 3 – 3,5 mg

P2O5/100g đất [43] Qua đây cho thấy, sự biến động độ phì nhiêu về lân dễ tiêu trong đất trồng cà phê rất lớn, điều này có lẽ do chế độ canh tác khác nhau của người nông dân gây ra

+ Kali tổng số ở tầng mặt đất rừng dao động 0,05 – 0,12% là nghèo, đất trồng cà phê dao động 0,05% đến 0,15% cũng ở mức nghèo Hàm lượng kali dễ tiêu là 11,1 mg

K2O/100g đất ở mức nghèo Ở đất trồng cà phê hàm lượng kali dễ tiêu dao động (3,99 – 84,07 mg K2O/100g đất, trung bình là 24,0 mg K2O/100g đất) từ nghèo đến giàu Đất trồng cà phê có hàm lương kali dễ tiêu cao hơn so với đất rừng, chứng tỏ bón phân cho

cà phê đã cải thiện được kali dễ tiêu trong đất (Tôn Nữ Tuấn Nam và ctv 2,005; Thái Phiên, Lê Hồng Lịch, 2009; Nguyễn Tiến Sĩ, 2009) [57], [67], [72] Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), có tới (41,28% và 42,03%) diện tích tự nhiên bị suy giảm về (K2Ots và K2Odt) so với tiêu chuẩn đất nền [1]

+ Hàm lượng canxi, magie trao đổi (Ca2+ và Mg2+): Đất rừng có hàm lượng Ca2+

dao động từ (3,8 - 9,4 cmolc/kg) được xếp vào mức khá, Mg2+ là 3,34 cmolc/kg đất ở

25

mức khá Đất canh tác cà phê thì hàm lượng Ca2+ biến thiên từ nghèo đến trung bình, (3,2 – 6,4 cmolc/kg) Hàm lượng Mg2+ trao đổi thấp, dao động 2,5 – 5,6 cmolc/kg (Tôn

Nữ Tuấn Nam và ctv, 2005; Thái Phiên và ctv, 2009) [57], [66] Theo Bộ Tài nguyên

và Môi trường, (2011) có (53,03 - 76,79%) diện tích tự nhiên bị suy giảm hàm lượng (Ca2+ và Mg2+) so với tiêu chuẩn đất nền [1] Qua đây cho thấy, quá trình thâm canh cây cà phê đã làm cho hàm lượng Ca2+ và Mg2+ bị suy giảm so với đất rừng

Sau 4 năm trồng cà phê trên đất đỏ bazan tất cả các chỉ tiêu độ phì nhiêu đất có xu hướng giảm so với đất rừng pHKCl giảm 0,3 đơn vị; hàm lượng OM giảm 42%; Nts giảm 25%; lân dễ tiêu giảm 16%; kali dễ tiêu giảm 23%; Ca2+ giảm 40%; Mg2+ giảm 30% (Đinh Đại Gái, Ngô Lê Anh Tuấn, 2015) [30]

Qua nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, độ phì nhiêu của đất đỏ bazan vùng Tây Nguyên cả về mặt lý tính và hóa tính đất so với đất rừng chưa qua canh tác đang bị suy giảm Yếu tố hạn chế độ phì của đất đỏ bazan ở Tây Nguyên sau nhiều năm canh tác cà phê chủ yếu là pH thấp (chua hóa), OM, đạm tổng số, lân dễ tiêu, kali tổng số, kali dễ tiêu, Ca 2+ , Mg 2+ và CEC đều giảm so với tiêu chuẩn đất nền (Lưu Thế Anh, 2016)[1] Nhưng về mặt sinh học đất chưa được quan tâm nhiều, đây cũng là một đặt tính rất qua trọng đối với độ phì nhiêu và sinh thái môi trường đất Mức độ suy giảm này sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng đất trồng trọt Nhưng nguyên nhân chủ yếu của vấn đề suy giảm độ phì nhiêu đất là do chế độ khí hậu, thời tiết hay do kỹ thuật canh tác, bón phân đang cần làm sáng tỏ Những nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung ở các khu vực Đăk Lăk, Gia Lai, Đăk Nông nhưng cũng chưa hệ thống hóa Riêng khu vực cao nguyên Di Linh tỉnh Lâm Đồng cũng là vùng cà phê lớn thứ 2 của Tây Nguyên sau Đăk Lăk nhưng chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều Mà đặc điểm đất đai và chế độ thời tiết rất khác so với các khu vực lận cận của Tây Nguyên Thực trạng sử dụng phân bón của nông dân khu vực này còn nhiều bất cập so với các khu vực còn lại của Tây Nguyên Vậy vấn đề đặt ra là trong quá trình canh tác bón phân vô cơ và phân hữu cơ như thế nào để duy trì độ phì đất và ổn định năng suất, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất

cà phê bền vững trên đất nâu đỏ bazan Nghiên cứu này nhằm đóng góp vào nhóm giải

pháp “canh tác quản lý tổng hợp dinh dưỡng gắn với thâm canh”, một trong những

nhóm giải pháp của bảo vệ đất và duy trì sức sản xuất của đất (Lưu Thế Anh, 2016)[1]

26

1.3.4 Đặc điểm đất nâu đỏ bazan vùng nghiên cứu

Theo Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp và Trường Đại học Leuven - Vương quốc Bỉ (1997 – 2000) đất trên đá bazan của tỉnh Lâm Đồng thuộc 2 nhóm Ferralsols (FR: đất đỏ) và Luvisols (LV: đất đen) có quy mô diện tích là 215.290 ha

(22,04% diện tích tự nhiên) với 13 đơn vị chú dẫn bản đồ [49], [50] Đá bazan ở tỉnh

Lâm Đồng được chia làm 2 loại

+ Bazan Neogene-Pleistocene hạ (N2 – QI): Bao gồm các lớp phủ rộng lớn ở Bảo Lâm, Lâm Hà, Di Linh, Bảo Lộc, Cát Tiên và Đạ Tẻh thuộc các thành tạo phun trào của hệ tầng Đại Nga và hệ tầng Túc Trưng Thành phần thạch học gồm bazantoleit, bazantoandezit, bazan dolerit và ít bazan olivin kiềm Khoáng vật trong đá bazantoleit nói chung gồm: hypecten (3 – 15%), ogit (1 – 5%), plagiocla (5 – 30%), rất hiếm olivin (1 - 3%); nền chủ yếu là plagiocla, 2 pyroxen và một ít thủy tinh (1 – 2 %) (Nguyễn Kinh Quốc và Lê Ngọc Thước, 1980) Đặc điểm hóa học của bazan trên là giàu nhôm (14 – 18% Al2O3) và magie (5 – 8% MgO), ít silic (49 – 63% SiO2); Na2O: 2 – 3%,

K2O: 0,6 – 2,8%, CaO: 5 – 8% (Đào Ngọc Bình, 1980) [49]

+ Bazan Pleistocene trung-thượng- Holocene (QII-IV): Bao gồm các bazan ở vòm phủ Đức Trọng, Đơn Dương và Đà Lạt Thành phần chủ yếu là các bazan olivin kiềm, dolerit olivin kiềm và bazanit, nghèo silic, giàu kiềm Khoáng tạo đá chủ yếu là olivin {(Mg, Fe)2 [SiO4]}, và ít pyroxen {(Ca, Na)1-p ((Mg, Fe2+, Mn, Ni, Li), (Al, Fe3+, Cr, Ti))1+p [(Si, Al)2O6], (p= 1 hoặc 0-1)}; vì vậy có hàm lượng SiO2, Al2O3 thấp; Fe2O3 và MgO cao Bề mặt bazan này thường có sườn dốc nghiêng, mức độ xâm thực yếu, rảnh xâm thực nông (Lê Lợi, Đào Ngọc Bình, 1980; Nguyễn Kinh Quốc, Lê Ngọc Thước, 1980) [49], [50]

* Nhóm đất Ferralsols (FR) đất đỏ vàng phát triển trên đá bazan có 2 loại chính là Đất nâu đỏ (FRr; Rhodic Ferralsols) và Đất nâu vàng (FRx; Xanthic Ferralsols) [41]

- Đất nâu đỏ trên đá bazan (Fk): Diện tích 212.049 ha, chiếm 21,69% diện tích tự

nhiên của tỉnh [1]

+ Về phân bố địa hình và độ dày tầng đất, hầu hết đất nâu đỏ trên bazan có địa hình dốc nhẹ đến trung bình và có tầng đất hữu hiệu dày; trong 212.049 ha, có đến

27

25.109,8 ha phân bố ở độ dốc 3 – 80, có 69.098,3 ha phân bố ở độ dốc 8 – 150, 60.851,4 ha phân bố ở độ dốc 15– 200 và > 250 có 27.970,3 ha Độ dày tầng đất hữu hiệu, có đến 140.397,5 ha có tầng dày trên 100cm và không có diện tích có tầng đất mỏng 30 – 50cm [1]

+ Tính chất lý hóa học: Đất có thành phần cơ giới nặng, cấu trúc viên-cụm, tơi xốp, chua vừa và có hàm lượng dinh dưỡng khá cao Tỷ lệ cấp hạt sét trong đất thường vượt cấp sét nặng, lên đến 45 – 55% thậm chí đến 60 – 65% Độ chua hoạt tính (pHH2O)

và trao đổi (pHKCl) thay đổi trong khoảng 5,0 – 5,3 và 4,0 – 4,9 đơn vị Chất hữu cơ, đạm và lân tổng số khá cao, ở tầng đất mặt lên đến OM dao động 3,0 – 3,2% Nts từ 0,15 – 0,18% và P2O5ts từ 0,10 – 0,12%; tuy nhiên, lân dễ tiêu nghèo, chỉ đạt 6,18 - 7,61 mg/100g đất; kali tổng số và dễ tiêu đều nghèo, lượng K2O tổng số và dễ tiêu theo thứ tự chỉ đạt 0,05 – 0,07% và 6,5 – 7,5 mg/100g đất [49]

Nhìn chung đất đỏ (Ferrasol) trên đá bazan của tỉnh Lâm Đồng phân bố tập trung

ở vùng cao nguyên Di Linh có độ cao từ 800 đến 1000 m so với mặt nước biển Về lý hóa tính đất tơi xốp, cấu trúc viên cục, chất hữu cơ và đạm tống số ở mức trung bình đến khá, lân tổng số giàu đây là những đặc tính tốt cho cây cà phê Bên cạnh đó cũng

có những yếu tố hạn chế như pHKCl chua, lân dễ tiêu nghèo, kali tổng số và dễ tiêu đều nghèo, CEC thấp Trong canh tác cà phê cần chú ý khắc phục những hạn chế trên nhằm cải thiện độ phì nhiêu của loại đất này [50], [51]

1.4 Vai trò của phân bón với năng suất cây trồng và độ phì nhiêu đất

1.4.1 Khái niệm về phân bón và vai trò của phân bón trong sản xuất nông nghiệp

* Khái niệm về phân bón

Thời kỳ trước công nguyên hơn 2000 năm trước con người đã biết sử dụng các chất thải của người và động vật để bón cho cây nhằm cung cấp thức ăn cho cây Sau khi định luật “Trả lại” của Liebig ra đời (1840), người ta vận dụng công nghiệp để chế biến phân hóa học cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng Trung quốc gọi là “Phì liệu”, tiếng Anh gọi là “Fertilizer” Fertilizer bắt nguồn từ tiếng La Tinh “Fertile” là mầu mỡ, phì nhiêu Vây khi gọi phân bón là “Phì liệu” hay “Fertilizer” người ta quan niệm phân bón là chất làm cho đất phì nhiêu Như vậy có thể định nghĩa: Phân bón là chất hữu cơ hay vô cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo dùng để bón vào đất có thể cung cấp