Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng bắc trung bộ

Một số đặc điểm lý, hóa học của đất cát biển trên một số loại/kiểu sử 3.2.2 Ảnh hưởng của các loại/kiểu sử dụng đất đến một số tính chất lý học đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 6

BÙI THỊ PHƯƠNG LOAN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG HỮU CƠ

VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH CÁC BON TRONG ĐẤT CÁT BIỂN VÙNG BẮC TRUNG BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2018

BÙI THỊ PHƯƠNG LOAN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG HỮU CƠ

VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH CÁC BON TRONG ĐẤT CÁT BIỂN VÙNG BẮC TRUNG BỘ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan, một phần đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận án

Bùi Thị Phương Loan

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đối với hai thầy hướng dẫn khoa học là PGS.TS Phạm Quang Hà - Phó Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp và TS Trần Minh Tiến - Phó Viện trưởng Viện Thổ nhưỡng Nông hóa Hai thầy đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

Xin chân thành cám ơn các thầy, cô giáo đã trang bị cho tôi kiến thức chuyên môn

và những đóng góp quí báu trong suốt quá trình tôi làm luận án Xin chân thành cám

ơn Ban giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS), lãnh đạo và các cán

bộ Ban Đào tạo sau đại học của VAAS đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu sinh

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp (IAE), Ban Chủ nhiệm, Chương trình khoa học công nghệ cấp nhà nước phục vụ mục tiêu quốc gia về biến đổi khí hậu (KHCN-BĐKH/11-15); Văn phòng chương trình quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu - Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ môn Mô hình hóa và CSDL Môi trường (IAE), những đồng nghiệp trong nhóm làm việc, người dân xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình tôi, những người thường xuyên động viên, tạo mọi nguồn lực cần thiết, trực tiếp tạo nên thành công này

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả luận án

Bùi Thị Phương Loan

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 4 1.1 Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất 4 1.1.1.Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất 4 1.1.2.Thành phần chất hữu cơ của đất 6 1.1.3.Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất 9 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng

1.2.2 Phân bố các loại đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 30 1.2.3 Nguy cơ thoái hoá hữu cơ trong đất cát biển và vai trò hữu cơ trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 33 1.3 Các loại sử dụng đất chính trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và ảnh hưởng của chúng đến tính chất đất cát biển 36 1.3.1 Các loại sử dụng đất chính trên đất cát biển 36 1.3.2.Ảnh hưởng của các loại sử dụng đất đến tính chất đất/ hữu cơ trong

1.4 Cơ sở khoa học, kinh nghiệm quốc tế và trong nước về ứng dụng mô hình

để đánh giá hàm lượng các bon trong đất và tính tổng lượng phát thải KNK 42 1.4.1.Mô hình tính toán phát thải mê tan (MEM) 43 1.4.2 Mô hình phát thải khí mê tan từ hệ thống canh tác lúa (MERES) 43 1.4.3 Mô hình tính toán cân bằng các bon (EX-ACT) 43 1.4.4 Mô hình sinh địa hóa trong đất (DNDC) 44 1.4.5 Dự báo biến đổi khí hậu vùng Bắc Trung Bộ theo kịch bản BĐKH 48 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 51

2.4.1 Phương pháp thu thập thông tin và điều tra 53 2.4.2 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 53 2.4.3 Phương pháp phân tích đất 57 2.4.4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 58 2.4.5 Phương pháp ứng dụng mô hình hóa 59 2.4.6 Phương pháp phân tích hiệu quả thí nghiệm và mô hình 60 2.5 Một số đặc tính về tính chất đất và vật liệu hữu cơ sử dụng trong thí nghiệm 60

2.5.1 Tính chất đất tại vùng nghiên cứu 60 2.5.2 Hàm lượng dinh dưỡng các loại vật liệu sử dụng tại vùng nghiên cứu 61 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 63 3.1 Hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng BắcTrung Bộ và các loại sử dụng đất 63 3.1.1 Đặc điểm khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ 63 3.1.2 Hiện trạng sản xuất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 64 3.2 Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất 67 3.2.1 Một số đặc điểm lý, hóa học của đất cát biển trên một số loại/kiểu sử

3.2.2 Ảnh hưởng của các loại/kiểu sử dụng đất đến một số tính chất lý học đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 69 3.2.3 Ảnh hưởng của kiểu sử dụng đất đến một số tính chất hóa học đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 71 3.3 Đặc điểm hữu cơ trên các loại sử dụng đất cát biển ở vùng Bắc Trung Bộ 73 3.3.1 Ảnh hưởng của loại/kiểu sử dụng đất đến hàm lượng các bon hữu cơ (OC%), axít humic và axít fulvic trong đất cát biển Bắc Trung Bộ 73 3.3.2 Mối quan hệ giữa hữu cơ trong đất (các bon hữu cơ và các axít mùn) với các tính chất vật lý trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 75 3.4 Nghiên cứu nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ 76 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển

76

3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH và các biện pháp che tủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ trong đất cát biển

84

3.5 Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ trong đất cát biển

trên các loại hình sử dụng đất thông qua mô hình trình diễn 92 3.5.1 Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trên các loại sử dụng trong đất cát biển

định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH 96 3.6.1 Mô phỏng sự thay đổi lượng SOC trên các loại sử dụng đất chuyên

lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu ( 2 vụ lạc) trong đất cát biển theo kịch bản

BĐKH

96

3.6.2 Mô phỏng và dự báo phát thải khí nhà kính trong loại sử dụng chuyên

lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu ( 2 vụ lạc) theo kịch bản BĐKH đến năm 2035 98

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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

4 CEC Dung lượng cation trao đổi/ dung tích hấp thu

5 DNDC phân hủy cacbon - đề nitrat hóa

21 RCBD Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh

22 SOC Các bon hữu cơ trong đất

23 TN Thí nghiệm

24 TĐ Thu đông

25 TSH Than sinh học

26 Tr.đ Triệu đồng

1.11 Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ cơ sở vùng Bắc

Trung Bộ (Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung

bình với cận dưới 10% và cận trên 90%)

48

1.12 Biến đổi của lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ở vùng Bắc Trung Bộ

(Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung bình với cận

dưới 20% và cận trên 80%)

49

2.1 Tính chất lý học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí

2.2 Tính chất hoá học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí

2.3 Hàm lượng các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong đất cát biển dưới một

số loại sử dụng đất trước thí nghiệm tại Nghi Lộc-Nghệ An 61 2.4 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các vật liệu nghiên cứu 62

một số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ 69 3.7 Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ và TSH đến thành phần cấp hạt đất

trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lúa tại Nghi Lộc, Nghệ An 77 3.8 Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất cát biển sau 2 vụ canh

3.9 Hàm lượng các bon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axit mùn trong đất cát

biển sau 2 vụ canh tác lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 80 3.10 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc,

3.11 Hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH trong loại sử

dụng đất 2 lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 83 3.12 Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ; TSH và vật liệu che phủ đến một số

tính chất vật lý trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lạc tại Nghi Lộc, Nghệ An 85 3.13 Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng sau 2 vụ canh tác lạc trong đất cát

3.14 Hàm lượng cácbon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axít mùn sau 2 vụ canh

tác lạc tromg đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 88 3.15 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lạc trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 89

TT

3.16 Hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH cho 2 vụ lạc

trên trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 91 3.17 Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến

pH, hàm lượng dinh dưỡng và dung tích hấp thu trong các loại sử dụng trên

đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An

92

3.18 Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến

các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong các loại sử dụng trên đất cát

biển tại Nghi Lộc, Nghệ An

93

3.19 Năng suất thực thu các loại cây trồng trên các loại sử dụng đất trong đất cát

3.20 Hiệu quả kinh tế của việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật trên các loại sử

dụng trong đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An 95 3.21 Hàm lượng tổng các bon hữu cơ trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển

3.22 Tổng lượng phát thải CH4, N2O và CO2-e tính theo kg/ha/năm trên các loại

sử dụng đất trong đất cát biển theo kịch bản biến đổi khí hậu 102

DANH MỤC HÌNH

TT

1.1 Sơ đồ hình thành chất mùn 12 1.2 Sơ đồ quá trình biến hóa xác hữu cơ trong đất 16 1.3 Sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic 18 1.4 Mô hình sinh địa hóa trong đất 47 2.1 Hình ảnh về các loại vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 62 3.1 Cơ cấu thu nhập của nông dân tại các tỉnh điều tra 2013 65 3.2 Mối quan hệ của một số kiểu sử dụng đất đến thành phần cơ giới

trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 70 3.3 Mối quan hệ của một số kiểu sử dụng đất với một số tính chất hóa

học trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 72 3.4 Quan hệ giữa hàm lượng các bon hữu cơ, axít humic và axít

fulvic trong đất cát biển với các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung

Bộ theo trục F1 và F2

74

3.5 Quan hệ giữa chất hữu cơ trong đất (các bon tổng số và các thành

phần mùn) với các tính chất vật lý và hóa học trong đất cát biển

vùng Bắc Trung Bộ

75

3.6 Tổng lượng phát thải khí metan (kg CH4/ha/vụ) trên loại sử dụng

đât chuyên lúa trong đất cát biển theo các kịch bản biến đổi khí

hậu đến năm 2035

99

3.7 Tổng lượng phát thải khí khí oxits nitơ (N2O) (kg N/ha/vụ) trên

các loại sử dụng đất chuyên lúa trong đất cát biển theo các kịch

bản biến đổi khí hậu đến năm 2035

100

3.8 Tổng lượng phát thải khí khí oxits nitơ (N2O) (kg N/ha/vụ) trên

loại sử dụng đất chuyên màu trong đất cát biển theo các kịch bản

biến đổi khí hậu đến năm 2035

101

MỞ ĐẦU

Đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha (chiếm 41% diện tích đất cát biển cả nước), bao gồm 3 nhóm chính: cồn cát trắng, cồn cát

vàng; đất cát ven biển (theo bản chú dẫn bản đồ Đất Việt Nam, tỷ lệ 1/1.000.000),

phân bố dọc theo bờ biển từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên - Huế Đất cát biển vùng này có đặc trưng là có lớp mặt màu trắng hoặc trắng xám, nếu ở địa hình cao thường

có một tầng màu vàng hoặc loang lổ đỏ vàng, nhiều nơi xuất hiện kết von Hình thái phẫu diện đã có sự phân hóa khá rõ, lớp đất mặt thường trắng hơi xám hoặc xám sáng, có nơi hơi vàng; các tầng dưới thường chặt, khả năng tích lũy oxyt sắt lớn nên màu sắc thường vàng hoặc vàng nhạt Thành phần cơ giới cát đến cát rời - cát pha, nghèo mùn và các chất dinh dưỡng, khả năng trao đổi dung tích hấp thu (CEC) rất thấp, thường chỉ đạt < 10 cmolc/kg; khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng rất kém nên chất hữu cơ trong đất bị khoáng hóa nhanh, khả năng cải tạo hữu cơ cho đất kém (Hồ Quang Đức, 2015)

Nhìn chung, đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ hiện nay là loại đất có rất nhiều yếu tố hạn chế đối với sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là rất nghèo dinh dưỡng, nghèo hữu cơ, hệ quả của chế độ khí hậu thời tiết Bắc Trung Bộ dẫn đến tốc độ khoáng hoá nhanh, triệt để trong quá trình thành tạo đất; do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác

Thực tế chất hữu cơ trong đất tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố Sự biến hoá vật liệu hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học phức tạp, xảy ra với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy không khí

và nước Trong đất sét và sét pha, quá trình phân giải xác hữu cơ có chậm hơn ở đất cát và cát pha, song mùn lại được tích luỹ nhiều hơn vì khoáng hoá trong đất sét, sét pha yếu hơn nhiều, các phần tử nhỏ của đất cũng liên kết và giữ mùn tốt hơn Duy trì chất hữu cơ và độ ẩm đất được coi là những yếu tố quan trọng hàng đầu giữ vai trò điều tiết độ phì nhiêu của đất Hàm lượng chất hữu cơ vừa là nguồn năng lượng, vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá và chất dinh dưỡng trong đất Thông thường chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 58% lượng các bon hữu cơ Các bon hữu cơ trong đất (SOC) đóng vai trò rất quan trong

trong các hệ sinh thái, ảnh hưởng đến cấu trúc đất, khả năng giữ nước của đất, khả năng hình thành các phức chất với các ion kim loại, khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Do vậy suy giảm hàm lượng các bon hữu cơ trong đất có ảnh hướng lớn đến độ phì của đất, mức độ ổn định của đất và sản xuất nông nghiệp Hơn thế nữa, lượng các bon hữu cơ trong đất đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình cân bằng các bon trong chu trình các bon toàn cầu SOC vừa là nguồn năng lượng, vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá và chất dinh dưỡng trong đất Chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong việc hình thành, duy trì và phát triển độ phì nhiêu và khả năng sản xuất của đất Các bon hữu cơ trong đất nhiệt đới có tuổi phóng xạ thấp, đã ít về lượng lại bị thoái hóa nhanh Cố định các bon trong đất, đặc biệt là trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

có vai trò quan trọng trong việc giữ gìn độ phì nhiêu đất và sử dụng đất bền vững, bảo vệ môi trường Do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác

Với những lý do trên, luận án: “Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ” được

thực hiện nhằm xác định cơ sở khoa học để nâng cao hữu cơ trong đất cát biển, tăng

độ phì đất và nâng cao năng suất cây trồng Mặt khác nâng cao hữu cơ trong đất cát biển chính là tăng cố định các bon trong đất cát biển, góp phần hình thành các vật liệu hữu cơ bền, tăng quá trình mùn hoá, giảm khoáng hoá và phát thải CO2 góp phần giảm phát thải khí nhà kính

1 Mục tiêu nghiên cứu

1.1 Mục tiêu tổng quát:

Nghiên cứu đề xuất được giải pháp nâng cao độ phì nhiêu đất cát biển thông qua cải thiện chất và lượng hữu cơ nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất, bảo đảm hiệu quả của sản xuất trồng trọt, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

1.2 Mục tiêu cụ thể:

+ Đánh giá được hiện trạng hữu cơ (các bon tổng số và thành phần mùn) trong đất cát biển ở các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ

+ Xác định được mối quan hệ giữa các bon tổng số trong đất với tính chất vật

lý, hoá học trong đất cát biển

+ Lượng hóa được khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ

+ Đề xuất được một số biện pháp canh tác cải thiện hữu cơ để nâng cao hiệu quả sử dụng đất góp phần giảm phát thải KNK tại vùng nghiên cứu

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

2.1 Ý nghĩa khoa học:

1 Xác định được đặc điểm chất hữu cơ trong mối quan hệ với loại sử dụng đất

và tính chất lý, hóa học của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ làm cơ sở sử dụng đất bền vững

2 Bổ sung cơ sở khoa học để đề xuất qui trình canh tác hợp lý trên đất cát biển giúp nông dân tăng năng suất trồng trọt, tăng độ phì đất, đảm bảo sản xuất bền vững

và góp phần giảm phát thải khí nhà kính

2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Góp phần cải thiện độ phì nhiêu đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất để nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, tạo điều kiện phát triển bền vững nền tăng trưởng xanh cho vùng đất cát ven biển trong định hướng phát triển nền các bon thấp Đóng góp vào xây dựng quy trình cải tạo vùng đất cát ven biển nói chung ở nước ta

2.3 Tính mới của luận án

Nghiên cứu khả năng cố định các bon trong đất cát biển trong mối quan hệ với loại sử dụng đất và biện pháp giảm phát thải khí nhà kính

Xác định được các giải pháp kỹ thuật cải thiện hấp phụ các bon trong đất cát biển và dự báo phát thải khí nhà kính theo kịch bản BĐKH đến năm 2035

Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giảm quá trình thoái hóa hữu cơ trong đất, giảm phát thải KNK, phục vụ sử dụng đất bền vững và bảo vệ môi trường

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 1.1 Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất

1.1.1 Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ được định nghĩa như là một nhóm các nguyên tố các bon có nguồn gốc từ sinh vật sống và lắng đọng bên trên hoặc bên trong các thành phần cấu tạo nên trái đất Chất hữu cơ trong đất bao gồm những tàn dư của tất cả xác động vật và thực vật nằm rải rác trên bề mặt quả đất Sự tích lũy các bon trong các loại đất khác nhau là khác nhau Những vùng đất bị rửa trôi và chứa nhiều axit (đất cát hoặc đất bồi phù sa) thì tỷ lệ phần lớn chất hữu cơ sẽ tồn tại dưới dạng xác thực vật

và axit fulvic Những vùng đất trung tình và đất kiềm tỷ lệ lớn các chất hữu cơ tồn tại dưới dạng axit humic và humin (Pettit 2004)

Dấu hiệu cơ bản làm đất khác đá mẹ là đất có chất hữu cơ Hàm lượng và tính chất của chúng tác động mạnh mẽ đến quá trình hình thành đất, quyết định nhiều tính chất: lý, hoá, sinh và độ phì nhiêu của đất

Chất hữu cơ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành đất và độ phì nhiêu của đất Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của đất Chất này bao gồm các tàn dư hữu cơ (xác thực vật, động vật không hoàn toàn giữ được cấu trúc ban đầu), các chất hữu cơ riêng biệt có bản chất đặc trưng hoặc không đặc trưng Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các thành phần hữu cơ sau: Tàn dư động thực vật còn tươi (chưa phân hủy); Chất hữu cơ đang thối rữa; Chất hữu cơ bền vững (mùn); Sinh vật sống Có thể chia chất hữu cơ của đất làm 2 phần: những tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải (rễ, thân, lá cây, xác động vật) vẫn giữ nguyên hình thể

và những chất hữu cơ đã được phân giải Phần hữu cơ sau có thể chia thành 2 nhóm: nhóm những hợp chất hữu cơ ngoài mùn và nhóm các hợp chất mùn

Nhóm hữu cơ ngoài mùn gồm những hợp chất có cấu tạo đơn giản hơn như: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, sáp, nhựa, este, rượu, axit hữu cơ, anđehit Nhóm này chỉ chiếm 10% - 15% chất hữu cơ phân giải nhưng có vai trò rất quan trọng với đất và cây trồng Nhóm các hợp chất mùn bao gồm các hợp chất hữu cơ cao phân

tử, có cấu tạo phức tạp, nhóm này chiếm 85% - 90% chất hữu cơ được phân giải (Pettit R E 2004)

Vai trò chất hữu cơ trong đất:

+ Đối với tính chất vật lý: Theo nghiên cứu của Cochrane và Aylmore (1994); Thomas và cs (1996) cho thấy chất hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của đất Một trong những ảnh hưởng quan trọng là hình thành cấu trúc và đuy trì độ bền cấu trúc của đất Chất hữu cơ và mùn có tác dụng cải thiện trạng thái kết cấu của đất, các keo mùn gắn kết các hạt đất với nhau tạo thành những hạt kết tốt, bền vững từ đó ảnh hưởng toàn bộ lý tính của đất như chế độ nước (tính thấm và giữ nước tốt hơn), chế độ khí, chế độ nhiệt (sự hấp thu nhiệt và giữ nước tốt hơn), giảm tính dính dẻo, tăng cường khả năng cày xới đất

+ Đối với tính chất hóa học đất: chất hữu cơ làm gia tăng CEC, tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng cho đất, tăng cường độ sự phóng thích chất dinh dưỡng từ các thành phần khoáng trong đất bị hòa tan bởi các acid hữu cơ Theo Trần Văn Chính (2006), chất hữu cơ và mùn tham gia phản ứng hóa học của đất, cải thiện điều kiện oxy hóa, gắn liền với sự di động và kết tủa của các nguyên tố vô cơ trong đất Nhờ

có nhóm các định chức các hợp chất mùn nói riêng, chất hữu cơ nói chung làm tăng khẳ năng hấp thụ của đất, giữ được các chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng tính đệm của đất

+ Chất hữu cơ đất có tác dụng duy trì bảo vệ đất: Chất hữu cơ không chỉ là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn giúp duy trì chất lượng đất theo hướng bền vững nhằm đạt năng suất cao qua sự cải tạo tính chất lý, hóa và sinh học đất (Flaig, 1984) Chất hữu cơ nói chung là nguồn thức ăn quan trọng của hệ vi sinh vật, là môi trường sống của hệ vi sinh vật đất Chất mùn nói riêng, có tác dụng chất kích thích sinh trưởng và là chất kháng sinh để chống lại bệnh hại của cây trồng (Ngô Thị Đào và Vũ Hữu Yêm, 2005)

Theo các tác giả Võ Thị Gương (2010), Trần Văn Chính (2006), sự tạo phức của chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong cải thiện độ phì nhiêu của đất Phức liên kết giữa vi sinh vật sống như vi khuẩn, nấm - khoáng sét - chất hữu cơ thì quan

trọng rất nhiều so với quan niệm trước đây Đó là tiến trình tạo nên môi trường không thể thiếu được cho các phản ứng sinh hóa học xảy ra

1.1.2 Thành phần chất hữu cơ của đất

 Các chất mùn không điển hình của đất

Các chất mùn không điển hình trong đất bao gồm các chất hữu cơ thông thường là sản phẩm phân giải từ xác động thực vật như amino axit, protein, hydratcacbon, lipit và các axit hữu cơ khác (Bảng 1.1) Sản phẩm phân giải thường

là quá trình oxi hóa triệt để thành CO2 và nước hoặc có thể hình thành nên các hợp chất trung gian như các loại axit hữu cơ, axit amin, rượu, phenol, quinol,…

Các hydratcacbon chiếm khoảng 10 - 25% tổng số các bon của đất, có nguồn gốc chính từ thực vật và vi sinh vật Nếu như quá trình phân hủy không bị giới hạn bởi điều kiện môi trường (hàm lượng nước trong đất, độ chua, sự có mặt các chất độc hại,…), và sự hấp phụ bởi các phần tử khoáng sét thì hầu hết các hydratcacbon đều bị phân hủy nhanh Kết quả của quá trình phân hủy các hydratcacbon thường tạo ra các đường đơn (Nieder R và Benbi D.K, 2008)

 Chất mùn điển hình của đất

Chất mùn điển hình của đất là những hợp chất hữu cơ cao phân tử đặc trưng, chúng tồn tại tương đối ổn định trong đất phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên và lịch sử quản lý sử dụng đất Sự hình thành chất mùn từ các tàn dư là một quá trình phức tạp với các phản ứng hóa sinh học khác nhau nhờ sự xúc tác tổng hợp của phức hệ các enzym hoặc các phản ứng hóa học thông thường, sau đó những sản phẩm trung gian này được trùng hợp để tạo thành (Nguyễn Lân Dũng, 1984) Chất hữu cơ điển hình của đất được chia thành 2 nhóm: Các bitum, humin và các axit mùn, trong đó các axit mùn là thành phần quan trọng đặc biệt của chất hữu cơ đất Dựa vào các tính đặc trưng khác nhau như độ phân tán, khả năng ngưng tụ, mức độ polime hóa, thành phần

và tính chất quang học, đặc biệt là khả năng hòa tan trong các dung môi khác nhau người ta chia axit mùn thành các loại khác nhau Các axit mùn chủ yếu là humic và fulvic Axit humic có màu tối (từ nâu đến đen) có khả năng hòa tan trong dung dịch kiềm loãng nhưng không hòa tan trong dung dịch axit loãng Còn axit fulvic có màu vàng sáng, có khả năng hòa tan trong cả dung dịch kiềm và axit Về thành phần các nguyên tố hóa học, axit humic có tỷ lệ C/N cao nhưng hàm lượng O, H thấp hơn so với axit fulvic (bảng 1.2)

Axit humic là một thành phần quan trọng của chất hữu cơ trong đất được hình thành do sự tích tụ và phân huỷ không hoàn toàn tàn dư thực vật trong điều kiện yếm khí Axit humic là 1 trong 3 thành phần (axit humic, axit fulvic và hợp chất humin) trong hợp chất mùn hữu cơ của đất (Pettit R E, 2004) Axit humic là chất vô định hình có cấu trúc phức tạp, phân tử có dạng hình khối, trong môi trường kiềm có đường kính 30 Å, trong môi trường axit là 60 – 100 Å Trong nhiều năm, axit humic tích lũy trong đất để giúp đất tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng, khả năng giữ nước, là nguồn thức ăn cho các vi sinh vật có lợi cho đất Đây là cách để giảm thiểu tổn thất chất dinh dưỡng để duy trì độ phì nhiêu của đất và đảm bảo phát triển bền vững của thiên nhiên Axit humic ít tồn tại ở dạng tự do trong đất mà chủ yếu tồn tại dạng liên kết gọi là muối Humate khi kết hợp với các cation hóa trị 1/2 như NH4, Na, K, Ca, Mg Humat của ion hóa trị 1 hòa tan vào nước vì vậy dễ bị rửa trôi nên đất chứa nhiều Humat Na thường nghèo mùn Humat K, Ca, Mg không hòa

tan vào nước và tồn tại ở dạng gel kết cấu bền vững và cây dễ hấp thụ; liên kết với các ion Fe, Al hoặc một số nguyên tố vi lượng, nguyên tố gây độc hoặc ô nhiễm đất (Pb, Cd, mn, Cu, Zn ) để hình thành muối phức

Axit fulvic là hỗn hợp của axit béo và axit thơm yếu mà tan trong môi trường nước ở các điều kiện pH khác nhau (axit, trung tính và kiềm) Axit fulvic có độ axit cao (pH = 2,6 - 2,8) và có khả năng hòa tan tốt trong nước, rượu, kiềm và axit loãng (Stevenson F J, 1994) Chúng có nhiều gốc Cacbonxyl (COOH) và hydroxyl (COH), do đó axit fulvic có phản ứng hóa học cao hơn Khả năng chuyển đổi ion của fulvic cũng cao gấp đôi axít humic Do kích thước phân tử tương đối nhỏ, axit fulvic có thể dễ dàng được hấp thụ qua rễ cây, thân cây và lá Nhờ đó, chúng mang theo các vi lượng từ bề mặt vào tận trong mô Axit fulvic là thành phần chính của các loại phân bón lá chất lượng cao

Bảng 1.2 Thành phần cơ bản của axit mùn theo Kononova

Nguyên tố Axit humic (%) Axit fulvic (%)

 Sinh khối vi sinh vật đất

Sinh khối vi sinh vật thường chiếm 1-3% tổng C hữu cơ và 2-6% tổng N hữu

cơ trong đất Ở các hệ sinh thái khác nhau thì có sinh khối vi sinh vật khác nhau, cao nhất ở vùng đất rừng và đất nông nghiệp nhiệt đới (986 – 3420 µg/g đất) và thấp nhất là vùng cực (126 µg/g đất) Các hoạt động chuyển đất rừng sang đất canh tác nông nghiệp làm suy thoái các bon có thể làm giảm nhanh sinh khối vi sinh vật Tuy nhiên sinh khối vi sinh vật ở đất đồng cỏ cao hơn đất canh tác

Theo Wood M., (2009), cho thấy trong đất nông nghiệp, sự biến cố C, N trong sinh khối đất phụ thuộc nhiều vào điều kiện đất, thành phần và tính chất của các tàn dư hữu cơ đầu vào Sinh khối vi sinh vật và hàm lượng chất hữu cơ luôn có

mối tương quan thuận Nếu sinh khối trung bình 1500 kg C/ha thì hàm lượng chất hữu cơ trong đất dao động 2 -2,5%

1.1.3 Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất

Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong đất:

Stevenson (1994), cho biết quá trình biến đổi và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất rất phức tạp, bao gồm các chuỗi phản ứng sinh hóa với sự tham gia tích cực của hệ sinh vật Theo Stevenson, chất hữu cơ thường bị biến đổi thành 3 con đường chính là phân giải liên tục các chất hữu cơ để biến thành các chất vô cơ gọi là quá trình khoáng hóa, phân giải không hoàn toàn và tái tổng hợp thành các hợp chất cao phân tử gọi là quá trình mùn hóa và trong quá trình vi giải vi sinh vật

sử dụng các nguyên liệu này làm nguồn thức ăn tạo ra sinh khối cơ thể gọi là quá trình đồng hóa Các quá trình này luôn xảy ra đồng thời ở trong đất nhưng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể sẽ có những quá trình nhất định chiếm ưu thế hơn

Quá trình khoáng hóa trải qua nhiều bước trung gian do hoạt động của hệ vi sinh vật và enzym đất để tạo thành sản phẩm cuối cùng là các chất dinh dưỡng khoáng, CO2 và nước Quá trình này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng oxi, hoạt tính vi sinh vật, biện pháp sử dụng, hệ thống canh tác, quản lý đất

và mùa vụ (Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000)

Nhìn chung, các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, các chất tiết từ rễ thực vật thường phân hủy rất nhanh, thời gian tính bằng ngày Phân động vật, cỏ khô và thảm mục phân hủy nhanh, thời gian thường dưới 5 năm Rơm rạ, tàn dư của cây lá kim và xenlulo có mức độ phân hủy trung bình, thời gian từ <1 đến 10 năm Vỏ cây,

gỗ và lihin có khả năng phân hủy rất chậm thời gian từ 10 đến 100 năm Nếu bảo vệ tốt, thời gian tồn tại của chất hữu cơ đất có thể từ 5 năm đến 1000 năm Ảnh hưởng của các phần tử khoáng đến sự ổn định của chất hữu cơ đất giảm dần từ khoáng Alophan > khoáng vô định hình > Smetit > Illit > Kaolinit (Nieder R và Benbi D

K, 2008) Bảng 1.3 đã chỉ ra khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số nguồn chất hữu cơ trong đất

Bảng 1.3 Khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số nguồn chất hữu cơ

TT Chất hữu cơ Khả năng phân hủy Thời gian tồn tại

Nguồn: Nieder và Benbi (2008)

Theo Nguyễn Lân Dũng, (1984); Wood., (2009): Tốc độ phân hủy xác hữu

cơ do vi sinh vật còn phụ thuộc lớn và chất lượng của tàn dư hữu cơ, đặc biệt là tỷ

lệ C/N Khi tỷ lệ C/N thích hợp sẽ thúc đẩy quá trình khoáng hóa xảy ra mạnh Khi C/N quá cao (>30) sẽ ức chết quá trình phân giải chất hữu cơ Nếu tỷ lệ C/N cao hơn 20 thì giai đoạn đầu của quá trình phân giải vi sinh vật phải lấy N từ môi trường gây ra sự canh tranh N với cây trồng Tỷ lệ C/N thấp hơn 20, kết hợp với điều kiện môi trường thuận lợi, quá trình phân giải sẽ thuận lợi, môi trường đất sẽ có N tích luỹ, vi sinh vật và cây trồng không xảy ra sự cạnh tranh N nhưng lại thúc đẩy quá trình khoáng hóa làm mất chất hữu cơ Tuy nhiên C/N quá thấp (<10) quá trình phân hủy chất hữu cơ bị đình trệ

Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất (vô cơ hoá):

Đây là quá trình biến đổi phức tạp và trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Trước hết các chất hữu cơ phức tạp bị phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản hơn

gọi là các sản phẩm trung gian Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường và hoạt động của các vi sinh vật đất mà quá trình khoáng hoá chất hữu cơ có thể diễn ra theo hai con đường khác nhau là thối mục và thối rữa

- Thối mục là quá trình phân giải hiếu khí diễn ra trong điều kiện có đầy đủ oxy Sản phẩm cuối cùng của quá trình này chủ yếu là các chất ở dạng oxy hoá như

CO2, H2O, NO3-, PO43-, SO42- Đây là quá trình toả nhiệt và kết quả làm tăng nhiệt

độ của đất

- Thối rữa là quá trình kỵ khí diễn ra trong điều kiện thiếu oxy do ngập nước hoặc do các vi sinh vật hiếu khí phát triển nhanh đã sử dụng hết oxy trong đất Sản phẩm cuối cùng của quá trình thối rữa bên cạnh các chất ở dạng oxy hoá như CO2,

H2O còn có một lượng lớn các chất ở dạng khử như CH4, H2S, PH3, NH3

Tốc độ khoáng hoá các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào bản chất chất hữu cơ, điều kiện môi trường và hoạt động của sinh vật đất Nhìn chung các hợp chất đường và tinh bột dễ bị khoáng hoá nhất; tiếp đó là các chất protein, hemixenlulo, xenlulo; các hợp chất linhin, nhựa sáp khó bị phân huỷ hơn

Các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, chế độ không khí, thành phần

và tính chất dung dịch đất cũng có ảnh hưởng mạnh đến tốc độ của quá trình khoáng hoá Thông thường ở độ ẩm đất 70%, pH 6,5 – 7,5, nhiệt độ 25 – 300C và có

đủ không khí là thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật đất và do đó quá trình khoáng hoá cũng xảy ra mạnh Trong điều kiện như vậy chất hữu cơ bị phân giải nhanh chóng và mùn ít được tích luỹ Chính vì vậy mà quá trình phân huỷ chất hữu

cơ ở các đất có thành phần cơ giới nhẹ (như đất cát) cũng diễn ra nhanh hơn so với các đất có thành phần cơ giới nặng (đất thịt nặng và đất sét)

Quá trình tổng hợp chất mùn trong đất

Theo Stevenson (1994), chất mùn có thể được hình thành theo một trong bốn con đường khác nhau Các axit amin được hình thành trong đất có thể phản ứng với linhin đã biến đổi (con đường 4) hay ngưng tụ với quinon (con đường 2 và 3) và với sản phẩm đường khử (con đường 1) để tạo thành chất mùn (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ hình thành chất mùn (Stevenson F J 1994)

Thành phần và chất lượng của các tàn dư hữu cơ được coi là một trong những yếu tố kiên quyết ảnh hưởng đến chất mùn của đất Một số các hợp chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và tích lũy mùn là hemixenlulo, xenlulo và linhin

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất

1.1.4.1 Các yếu tố môi trường đất

Các yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến quá trình phân giải và tổng hợp chất mùn trong đất như cấu trúc đất, nhiệt độ, độ ẩm, phản ứng của đất, hàm lượng dinh dưỡng khoáng; thành phần, số lượng và cường độ hoạt động của vi sinh vật cũng như sự có mặt của các tác nhân bất lợi khác

- Điều kiện nhiệt ẩm:

Trong điều kiện thoáng khí, độ ẩm vừa phải (60­80% độ trữ ẩm đồng ruộng), nhiệt độ thích hợp (25-300C) sẽ giúp vi sinh vật phát triển mạnh dẫn đến quá trình khoáng hóa chiếm ưu thế, chất hữu cơ bị phân giải và mùn ít được tích lũy Thường

ở đất có sự luân phiên giữa thời gian khô và ẩm sẽ thuận lợi cho quá trình tích lũy chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất

- Thành phần cơ giới đất:

Đất có thành phần cơ giới nhẹ, có độ thoáng khí cao thì chất hữu cơ thường

bị phân hủy nhanh, ngược lại đất có thành phần cơ giới nặng lại chặt bí cản trở hoạt

động sinh học đất đều không thích hợp cho tích lũy chất mùn Điều kiện thuận lợi cho tích lũy chất mùn là đất có thành phần cơ giới trung bình, có cấu trúc và bảo đảm điều kiện thuận lợi về chế độ nhiệt, ẩm Đất phải có tỷ lệ khoáng sét vừa phải

để tạo các liên kết phức hợp với chất hữu cơ đất

- Tính chất hóa học và khoáng vật đất

Phản ứng của đất, các loại khoáng sét, các ion kim loại kiềm và kiềm thổ, Fe,

Al có khả năng liên kết hạn chế rửa trôi mùn Khi đất quá chua hay quá kiềm sẽ không thích hợp để tích lũy chất hữu cơ Đất ít chua hoặc trung tính, giàu các kim loại kiềm thổ và có tỷ lệ các chất dinh dưỡng thích hợp là điều kiện tốt cho sự tích lũy và nâng cao chất lượng mùn

- Số lượng và chất lượng xác hữu cơ:

Xác hữu cơ chứa nhiều chất dễ phân giải sẽ bị phân hủy nhanh hơn khi gặp điều kiện thuận lợi Còn xác hữu cơ chứa nhiều các chất khó phân hủy như nhựa, sáp, tannin thì bị phân hủy chậm Nguồn chất hữu cơ phong phú sẽ là điều kiện thuận lợi cho quá trình mùn hóa Các tàn dư mùa vụ tồn tại trong hoặc trên bề mặt đất làm giảm xói mòn và mất các bon hữu cơ từ đất vào trầm tích cũng góp phần bảo vệ chất hữu cơ trong đất

- Hoạt động của vi sinh vật:

Đất có quá nhiều vi sinh vật hoạt động mạnh dẫn đến quá trình phân giải nhanh, mùn ít được tích lũy và ngược lại Mùn chỉ được tích lũy khi có số lượng và thành phần vi sinh vật ở mức thích hợp Các bon hữu cơ đất cũng ảnh hưởng tới đa dạng quần thể vi sinh vật Vi khuẩn đất hoạt động mạnh làm mất các bon do khoáng hóa, một số nấm như mycorrhiza làm chậm phân hủy chất hữu cơ đất do có sự liên kết với khoáng sét và các khoáng khác

1.1.4.2 Hàm lượng chất hữu cơ trong đất và tỉ lệ C/N

Quá trình phân giải chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ C/N, phản ánh mối quan hệ giữa hàm lượng C, N và có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của nhóm vi sinh vật Các vi sinh vật dị dưỡng trong đất luôn có nhu cầu phân hủy các vật chất hữu cơ để lấy C, N và năng lượng xây dựng lên khối

cơ thể, giúp chúng tồn tại phát triển Các vi sinh vật có tỷ lệ C/N trung bình là 7/1, khi phân giải các chất hữu cơ vi sinh vật thường chỉ sử dụng 1/3 lượng C làm nguồn năng lượng và 2/3 để xây dựng tế bào Do đó, trung bình vi sinh vật cần tỷ lệ C/N là 21/1 để đáp ứng đủ nhu cầu của chúng Tuy nhiên tỷ lệ C/N của các sinh vật khác nhau rất xa Nguyên sinh động vật và giun tròn có C/N<10, phần lớn các vi khuẩn

có C/N=5, nấm mốc có C/N=15, tàn dư thực vật họ Ngũ cốc có tỷ lệ C/N cao, thường> 40, cây họ Đậu có C/N <40; trung bình trong các tàn dư thực vật là 30 Căn cứ vào tỷ lệ C/N có thể thấy nhu cầu N của vi khuẩn trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ nhiều hơn nấm

Khi tỷ lệ C/N thấp, hoạt động của các vi sinh vật phân giải xác hữu cơ thấp

và lượng CO2 giải phóng ít Nếu đưa vào trong đất một khối lượng xác hữu cơ có tỷ

lệ C/N thích hợp sẽ thúc đẩy sự hoạt động và phát triển của các vi sinh vật tăng lên một cách mãnh liệt Do đó, chất hữu cơ bị phân giải mạnh, lúc này quá trình nitrat hóa bị kìm hãm do các vi sinh vật đã lấy nitơ trong đất để tồn tại và cấu tạo nên cơ thể của chúng Sự phân giải chất hữu cơ diễn ra đến khi nó đạt được trạng thái cân bằng thì tỷ lệ C/N cũng được xác định và tương đối ổn định

1.1.5 Vai trò và lợi ích của chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ là hợp phần quan trọng của đất, được coi là chỉ thị để phân biệt đất khác với mẫu chất; là kho dự trữ các chất dinh dưỡng đồng thời là nguồn năng lượng đảm bảo cho các hoạt động sống của các sinh vật trong đất; là chìa khóa trong bảo vệ sức khỏe đất và duy trì chức năng sản xuất của đất; là khởi đầu của vòng tiểu tuần hoàn sinh học, đặc biệt là giúp tuần hoàn và khép kín chu trình các bon trong tự nhiên Có thể nói chất hữu cơ có liên quan chặt chẽ, quyết định hầu hết đến các tính chất lý, hóa, sinh học và duy trì tính ổn định của hệ sinh thái đất

Hàm lượng, chất lượng, tính chất của chất hữu cơ trong đất có vai trò quyết định đến quá trình hình thành và tính chất cơ bản của đất Hàng năm, khoảng 50 -80% N có thể được cung cấp từ chất hữu cơ của đất và gần 100% N trong hệ sinh thái

tự nhiên, trương đương 11 - 300kg/ha/vụ thu hoạch (Kamau D.M và cs, 2008)

Hàm lượng hữu cơ và mùn biến động rất lớn giữa các loại đất, nhìn chung các loại đất nông nghiệp có hàm lượng hữu cơ và mùn không cao Đa số đất đồi núi của

nước ta có hàm lượng chất hữu cơ từ 1 - 2%, có khoảng 20% diện tích đất có hàm lượng chất hữu cơ < 1% Ðất có hàm lượng chất hữu cơ và mùn cao nhất là các đất trên núi cao, quanh năm mây mù che phủ, hoặc đất lầy thụt quanh năm ngập nước, các đất này có hàm lượng OM  6% Ðất nghèo chất hữu cơ nhất là các đất cát hoặc đất bạc màu, các đất này có OM  1% (Phan Liêu,1978 và Nguyễn Vi, Trần Khải, 1978)

Bảng 1.4 Hàm lượng mùn của một số loại đất Việt Nam

Mùn (%)

Feralit mùn trên núi 7,24 Phù sa sông Hồng không

được bồi

1,36

Macgalit trên đá bọt 5,30 Phù sa sông Thái Bình 1,02 Feralit trên đá bazan (còn rừng) 3,89 Phù sa sông Mã 1,16 Feralit trên đá bazan (cà phê) 2,97 Bạc màu (Vĩnh Phúc) 0,98 Feralit trên phiến thạch mica 2,93 Bạc màu (Nghệ An) 0,83 Feralit trên phiến thạch sét 2,51 Chiêm trũng (Hà Nam) 3,12 Feralit trên phiến sa thạch 1,42 Lầy thụt (Thanh Hoá) 6,22 Feralit trên đá granit (còn rừng) 3,45 Cát biển* 0,90 Feralit trên đá granit (đã canh

tác)

1,82 Mặn trung tính (Nam Ðịnh) 0,98

Feralit trên đá gơnai 2,05 Mặn trung tính (Thanh Hoá) 0,95 Feralit trên phù sa cổ 1,83 Mặn chua (Hải Phòng) 1,35

Nguồn: * Phan Liêu,1978 và Nguyễn Vi, Trần Khải, 1978

Bên cạnh lợi ích cung cấp các chất dinh dưỡng cho thực vật, chất hữu cơ còn

có vai trò giữ, điều hòa nước và nhiệt độ trong đất Việc cải thiện cấu trúc đất thông qua vai trò của chất hữu cơ có thể nâng cao khả năng thấm lọc, giảm xói mòn và rửa trôi Ở đất thịt pha sét, khi hàm lượng chất hữu cơ trong tầng đất mặn (0 - 15 cm) tăng 1 -2% thì khả năng dự trữ nước là 37,5 - 7,5m3/ha/năm Khoảng 20 -80% CEC của đất là do vai trò của chất hữu cơ, vì vậy khi tăng chất hữu cơ sẽ tăng CEC Ở đất đồi núi Việt Nam sau 15 năm khai hoang có CEC giảm từ 28 xuống 13 cmolc/kg đất do sự suy giảm của chất hữu cơ có trong đất (Nguyễn Tử Siêm, 1990)

Ngoài hợp chất hữu cơ trong tàn tích sinh vật có chứa một lượng các nguyên

tố tro Lượng chứa và tỷ lệ giữa chúng phụ thuộc vào từng loại sinh vật và điều kiện

sống của chúng Trong thành phần tro có K, Ca, Mg, Si, P, S, Fe Chúng được chứa nhiều ở các cây thân cỏ

Phân hữu cơ:

Ðối với đất trồng trọt, nhất là những nơi có mức độ thâm canh cao thì phân hữu cơ là một nguồn lớn bổ sung chất hữu cơ cho đất Trong các thập niên 70, 80 của thế kỷ XX, ở nhiều vùng đất, người dân thu hoạch cả hạt lẫn cây, vì vậy phân hữu cơ gần như nguồn chính để tăng lượng mùn trong đất Hiện nay có nhiều loại phân hữu cơ: phân chuồng, phân bắc, phân rác, phân xanh, bùn ao Số lượng và chất lượng của chúng tuỳ theo trình độ kỹ thuật canh tác, thâm canh cây trồng ở mỗi nơi

Quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất:

Sự biến hoá xác hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học phức tạp, xảy

ra với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy không khí và nước

Xác hữu cơ trong đất chịu sự tác động của 2 quá trình song song tồn tại, tuỳ theo điều kiện đất, khí hậu, thành phần xác sinh vật mà một trong hai quá trình ấy chiếm ưu thế Hai quá trình này là: quá trình khoáng hoá xác hữu cơ và quá trình mùn hoá xác hữu cơ

Sự biến hoá xác hữu cơ trong đất có thể được khái quát bằng sơ đồ sau:

Hình 1.2 Sơ đồ quá trình biến hóa xác hữu cơ trong đất

Nguồn: Trần Văn Chính và cộng sự, (2006) Quá trình khoáng hoá xác hữu cơ:

Khoáng hoá là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ thành các chất khoáng đơn giản như CO2, H2O, NO3-, NH4+, Ca2+, Mg2+, K+ Đây là quá trình biến đổi phức tạp và trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Tuỳ thuộc vào điều kiện môi

trường và hoạt động của các vi sinh vật đất mà quá trình khoáng hoá chất hữu cơ có thể diễn ra theo hai con đường khác nhau là thối mục và thối rữa

- Thối mục là quá trình hiếu khí diễn ra trong điều kiện có đầy đủ oxy Sản phẩm cuối cùng của quá trình này chủ yếu là các chất ở dạng oxy hoá như CO2, H2O,

NO3-, PO43-, SO42- Đây là quá trình toả nhiệt và kết quả làm tăng nhiệt độ của đất

- Thối rữa là quá trình kỵ khí diễn ra trong điều kiện thiếu oxy do ngập nước hoặc do các vi sinh vật hiếu khí phát triển nhanh đã sử dụng hết oxy trong đất Sản phẩm cuối cùng của quá trình thối rữa bên cạnh các chất ở dạng oxy hoá như CO2,

H2O còn có một lượng lớn các chất ở dạng khử như CH4, H2S, PH3, NH3

Tốc độ khoáng hoá các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào bản chất chất hữu cơ, điều kiện môi trường và hoạt động của sinh vật đất Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá:

+ Thành phần xác hữu cơ: Khoáng hoá mạnh nhất là các loại đường, tinh bột, sau đó đến protit, hemicenlulo và xenlulo, bền vững hơn cả là linhin, sáp, nhựa, cho nên đối với những tàn tích sinh vật khác nhau, có thành phần hoá học khác nhau thì tốc độ các quá trình khoáng hoá không thể giống nhau

+ Ðặc điểm của đất và khí hậu: tốc độ khoáng hoá cũng phụ thuộc vào độ

pH, thành phần cơ giới đất, độ ẩm, nhiệt độ Khoáng hoá cần điều kiện thoáng khí, nước, nhưng nếu độ ẩm cao quá gây ra yếm khí, vi sinh vật khó hoạt động Kết quả hiện nay cho thấy ở các điều kiện ẩm độ 70%, đủ ánh sáng, pH 6,5 - 7,5, nhiệt độ

25 - 30˚C là thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật, và do đó khoáng hoá xảy ra mạnh mẽ

Trong điều kiện nhiệt đới ẩm, tốc độ khoáng hóa chất hữu cơ trong đất rất cao Theo những nghiên cứu của Nguyễn Vi (1999), thì các chất hữu cơ bón vào đất

ở Việt Nam sẽ bị phân giải nhanh, bình quân 9 tháng đến 1 năm gần như đã phân giải hết Đất mới khai hoang có hàm lượng hữu cơ khá cao (5 - 6%), song chỉ cần sau 4 -5 năm canh tác cây lương thực ngắn ngày, lượng chất hữu cơ giảm trung bình

50 - 60% Nguyên nhân của sự suy giảm là ngoài lượng cây trồng sử dụng, thì quá trình khoáng hóa mạnh hữu cơ do nhiệt độ cao, quá trình rửa trôi, xói mòn là những

nguyên nhân chính Nhưng nguyên nhân quan trọng nhất là việc bổ sung hữu cơ cho đất, cho cây không được chú ý đúng mức, chỉ nặng về phân hóa học

Quá trình mùn hóa xác hữu cơ:

Mùn hoá là quá trình tổng hợp những sản phẩm phân giải xác hữu cơ dẫn đến

sự hình thành những hợp chất mùn

Mùn là những hợp chất hữu cơ cao phân tử phức tạp mà phân tử bao gồm nhiều đơn vị cấu tạo khác nhau, chúng được nối với nhau bằng các cầu nối Mỗi đơn vị cấu tạo bao gồm nhân vòng, mạch nhánh, chúng chứa nhiều nhóm định chức khác nhau và mang tính axit

Dragunop đã đưa ra sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic (Hình 1.3)

CH2

H3CO

C HOOC

H

CH

N

H2C O

C6H11O5

C H

H O HO

C H

H O

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic

Như vậy quá trình hình thành mùn có 3 bước cơ bản như sau:

Bước 1: từ protit, gluxit, linhin, tanin (trong xác hữu cơ, hoặc là sản phẩm tổng hợp của vi sinh vật) phân giải thành các sản phẩm trung gian

Bước 2: tác động giữa các hợp chất trung gian để tạo thành những liên kết hợp chất, đó là những hợp chất phức tạp

Bước 3: trùng hợp các liên kết trên tạo thành các phân tử mùn

1.1.6 Các biện pháp cải thiện chất và lượng của chất hữu cơ trong đất và trong các loại sử dụng đất

Chất hữu cơ trong đất đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất và vì thế có thể làm tăng cường mức độ sản xuất nông nghiệp Thêm vào đó, nó là một nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, làm cải thiện các đặc tính lý hóa

và sinh học của đất Sự cải thiện này đối với đất tạo nên kết quả: (i) cây trồng trở nên chống chịu tốt hơn đối với khô hạn, sâu bệnh và tính độc; (ii) giúp sự hấp thu dinh dưỡng của cây trồng; (iii) tự chủ được chu trình dinh dưỡng hữu hiệu bởi sự

hoạt động mạnh mẽ của vi sinh vật Những yếu tố đó có vai trò làm giảm rủi ro thu hoạch, nâng cao thu nhập, giảm chi phí phân bón vô cơ cho nông dân (Misra R.V., Roy R.N and Hiraoka H., 2003)

Kết hợp cung cấp phân hữu cơ với phân vô cơ được xem là biện pháp kỹ thuật có hiệu quả trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất, ổn định năng suất cây trồng, gia tăng hoạt động của vi sinh vật, đồng thời cải thiện tính chất vật lý, góp phần quan trọng trong phát triển nông nghiệp bền vững (Giller và cs, 1997) Bón phân khoáng vừa tăng sinh trưởng cây trồng vừa tăng độ che phủ, hạn chế xói mòn, thoái hóa đất, đó là biện pháp “hữu cơ hoá các chất vô cơ” để cải tạo độ phì nhiêu đất Nghiên cứu dài hạn về ảnh hưởng của việc bón phân xanh (nguồn phụ phẩm nông nghịêp tại chỗ) trên đất phiến thạch sét tại Brazil sau 17 năm đã chỉ ra rằng, trong công thức luân canh: cây phân xanh-ngô-đậu xanh-ngô với sử dụng tối đa nguồn hữu cơ từ thân lá ngô và cây họ đậu đã làm tăng hàm lượng các bon trong tầng đất mặt (0-17,5 cm) 24% và đạm tổng số tăng 15% và hàm lượng kali dễ tiêu cũng tăng 5% so với đối chứng với công thức đối chứng độc canh hai vụ ngô (Diekow và cs, 2005)

Đánh giá ảnh hưởng của biện pháp kỹ thuật đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất, kết quả nghiên cứu sau 3 năm cho thấy rằng khi vùi phế phụ phẩm với lượng 5 tấn/ha đã làm cho hàm lượng cacbon hữu cơ (OC) trong đất thay đổi từ 5,2 g/kg đến 5,5 g/kg đất Hàm lượng lân dễ tiêu cũng có chiều hướng thay đổi tích cực từ 33,45 kg/ha đến 38,79 kg/ha và hàm lượng kali dễ tiêu trong đất cũng thay đổi từ 154,90 kg/ha đến 158,83 kg/ha (Gangwar và cs, 2005)

Ở trong nước cũng có nhiều công trình nghiên cứu đáng chú ý về việc bón phân cải tạo đất Độ chua của đất cũng được thay đổi dưới ảnh hưởng của việc bón phân, bón vôi 500kg/ha trong 3 năm liên tục tăng pH đất từ 0,1 lên 0,5 đơn vị, trung bình là 0,2 đơn vị Bón phân và vôi ngoài việc tác động đến độ chua của đất còn ảnh hưởng tới thành phần các chất dinh dưỡng trong đất Sau 2 năm bón phân liên tục trên một nền đất đã có ảnh hưởng đến chất hữu cơ và hàm lượng đạm tổng số trong đất Hàm lượng hữu cơ tổng số tăng lên cùng với việc tăng lượng phân NPK bón

vào hàng năm Mặt khác độ dễ tiêu của lân và kali trong đất cũng thay đổi theo do ảnh hưởng của phân bón Khi tăng mức đầu tư phân bón NPK hàng năm thì hàm lượng lân và kali dễ tiêu cũng tăng lên (Nguyễn Công Vinh và cs, 1998)

Nghiên cứu về vai trò của chất hữu cơ trong hấp thụ dinh dưỡng của đất đồi mới khai hoang phục hoá nhận thấy chất hữu cơ đóng góp to lớn trong CEC của đất, khi chất hữu cơ giảm thì CEC của đất cũng giảm rõ rệt, sau khai hoang trồng cây ngắn ngày bình quân 25% xuống 16%.( Nguyễn Tử Siêm, 1990)

Theo Bhogal A và cs (2001), xác nhận rằng bón bổ sung phân hữu cơ trong thời gian từ 7 - 23 năm đã làm thay đổi tính chất vật lý đất như: độ xốp, dung trọng, kết cấu đất, khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng, làm tăng năng suất cây trồng, tăng hiệu quả kinh tế, giảm lượng đất mất do xói mòn và lắng cặn chảy tràn

Phạm Tiến Hoàng (2003), cho rằng, nếu không bón kết hợp phân hữu cơ với phân khoáng thì cho dù lượng phân khoáng có đủ cao cũng không cho năng suất bằng bón kết hợp phân khoáng với phân hữu cơ Theo Ngô Ngọc Hưng và cs (2004), thông thường sử dụng phân hữu cơ nhằm mục đích cung cấp dưỡng chất, làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất, bón phân hữu cơ không những góp phần làm gia tăng độ phì của đất mà còn ảnh hưởng đến độ hữu dụng của lân trong đất Ngoài việc cải tạo tình trạng dinh dưỡng của đất, phân hữu cơ còn làm tăng lượng chất hữu cơ và mùn trong đất mà phân hóa học không có được

Theo Anthony và cs (2003), cho thấy khi bón rơm rạ vào đất làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng, cân bằng các bon (OC) 348 kgC/ha lớn hơn so với không bón gốc rạ là 322 kgC/ha Đối với đạm khi bón rơm rạ cũng làm tăng hàm lượng đạm trong đất, cân bằng đạm là 60 kgN/ha cao hơn so với không bón là 51 kgN/ha Đối với lân và kali trong đất đã cho cân bằng dương khi sử dụng nguồn phế phụ phẩm P: 23,1 kgP2O5/ha và K là 11,7 kgK2O/ha, trong khi đó không bón phế phụ phẩm thì cân bằng của P là 19,2 kg P2O5/ha và K là -33,5 kg K2O/ha

Đánh giá vai trò của phân hữu cơ và khả năng thay thế phân hoá học, Giller

và cs (1998), đã chỉ ra rằng: sử dụng phân chuồng với mức 12 tấn/ ha kết hợp với

80 kg N cho năng suất tương đương với mức 120 kg N Ngoài ra các tính chất vật lý

và hoá học đất cũng được thay đổi đáng kể sau 3 năm thí nghiệm liên tục hàm lượng hữu cơ tăng 0,072% so với đối chứng, hàm lượng lân tăng 0,15 mg/kg và kali dễ tiêu cũng tăng đáng kể so với đối chứng Nghiên cứu dài hạn về ảnh hưởng của việc

sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp (đã xử lý thành phân bón hữu cơ) trên đất phiến thạch sét tại Brazil của Dieko (2005), sau 17 năm đã chỉ ra rằng, trong công thức luân canh với sử dụng tối đa nguồn hữu cơ từ cây họ đậu trong đó có cây lạc

đã làm tăng hàm lượng cacbon trong tầng đất mặt (0 - 17,5 cm) 24% và đạm tổng số tăng 15% và hàm lượng kali dễ tiêu cũng tăng 5% so với đối chứng với công thức đối chứng độc canh hai vụ ngô

Nguyễn Tử Siêm và cs (1999), đã cho rằng có mối tương quan rất chặt giữa hàm lượng chất hữu cơ với hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất, cụ thể hệ số tương quan (r) giữa hữu cơ và đạm trong đất là 0,86; giữa hữu cơ và lân dễ tiêu là 0,98 và giữa hữu cơ và kali trao đổi là 0,95 Các nguyên tố vi lượng như Ca và Mg,

hệ số tương quan là 0,86 và 0,79 và mối quan hệ giữa dung tích hấp thu (CEC) và hữu cơ là 0,87

Trần Thúc Sơn, (1999), nghiên cứu về quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ và đạm trong đất lúa đã chỉ ra rằng đạm tổng số trong đất lúa và hàm lượng hữu cơ có tương quan rất chặt, tùy theo từng loại đất mà mối quan hệ giữa đạm và hàm lượng hữu trong đất là khác nhau, đất phù sa sông Thái Bình có hệ số tương quan r = 0,72; đất bạc màu r = 0,75 và đất cát biển r = 0,6p và tốc độ thấm của đất)

Trần Thị Thu Hà (2004), đã xác định trên đất phù sa nghèo dinh dưỡng ở Thừa Thiên Huế bón 30 kg N/ha cho năng suất lạc cao nhất và cao hơn từ 8,4 đến 11,4% so với lượng bón 40 và 50 kg N/ha

Lê Thanh Bồn (1997), Trần Thị Thu Hà (2006) xác định trên đất cát biển Thừa Thiên Huế, bón 40 kg N/ha làm tăng năng suất so với đối chứng không bón 10,18%

Lê Văn Quang và cs (2006), nghiên cứu về liều lượng phân chuồng cho lạc thấy rằng đối với giống lạc Sen Lai trồng trên đất cát tỉnh Hà Tĩnh bón phối hợp lượng phân bón 15 tấn phân chuồng, 30 N, 90 P2O5, 60 K2O cho 1 ha vừa tăng khả năng sinh trưởng và năng suất (đạt 24,23 tạ/ha) lại vừa cho hiệu suất phân bón cao nhất (64,4 kg lạc vỏ/1 tấn phân chuồng)

Nghiên cứu của Hoàng Văn Tám và cs (2014), trên đất xám vùng Đông Nam

Bộ cho thấy bón phân hữu cơ ngoài cải thiện một số chỉ tiêu độ phì nhiêu của đất xám (nâng cao hàm lượng hữu cơ trong đất và sức chứa ẩm đồng ruộng), dung tích hấp thu của đất đã tăng từ 6,33 cmol/kg ở công thức không bón phân hữu cơ lên 6,86 cmol/kg ở công thức bón phân hữu cơ 7 tấn/ha

Nghiên cứu của Lê Hồng Lịch và cs (2005), cho thấy bón hữu cơ cho cà phê

đã làm tăng dung tích hấp thu của đất bazan so với trước thí nghiệm, cụ thể khi bón với lượng 5 kg/gốc và 10 kg/gốc, sau năm thứ nhất dung tích hấp thu của đất tương ứng với hai mức bón là 20,3 cmolc/kg và 21,0 cmolc/kg đất, sau hai năm bón phân hữu cơ liên tục, dung tích hấp thu của đất được cải thiện, tương ứng 20,9 cmolc/kg đất và 22,3 cmolc/kg đất, trong khi đó ở công thức đối chứng dung tích hấp thu có chiều hướng giảm từ 19,6 cmolc/kgđất ở năm thứ nhất xuống còn 18,5 cmolc/kgđất

ở năm thứ hai

Theo kết quả nghiên cứu hiệu lực của lân trên đất cát biển của Nguyễn Thị Dần (1991), cho rằng đất cát biển có hàm lượng hữu cơ 0,6 - 1,0%; đạm tổng số 0,03 - 0,09%; hàm lượng kali tổng số thấp (0,75%); hàm lượng lân, kali dễ tiêu: 3 -

5 mgP2O5/100g và 6 - 7 mg K2O,/100g, có độ chua trung bình, khả năng hấp thu kém dễ bị rửa trôi thì hiệu suất 1 kg P2O5 (dạng supe photphat) ở mức bón 60

P2O5 cho trung bình 4,5 - 5,0 kg lạc vỏ Hiệu lực 1 kg P2O5 đầu tư là 3,0 - 4,5 kg lạc vỏ, cá biệt đạt 7 - 8 kg lạc vỏ Để đạt hiệu quả kinh tế cao thì nên đầu tư ở mức

60 kg P2O5/ha và để đạt năng suất cao nên đầu tư ở mức 90 kg P2O5/ha

Nghiên cứu của Hồ Huy Cường và cs (2016), sử dụng các loại phân hữu cơ

để thí nghiệm trên đất cát ở huyện Phù Cát tỉnh Bình Định là phân chuồng và các loại phân hữu cơ khoáng Trùn Lửa, Voi Thái và Đầu Bò No5 Kết quả thí nghiệm cho thấy, bón các loại phân hữu cơ đã làm tăng năng suất giống lạc LDH.01 từ 27,3

- 32,8%, năng suất và hiệu quả kinh tế của công thức bón 500 kg phân hữu cơ khoáng Trùn Lửa/ha hoặc 500 kg phân hữu cơ khoáng Đầu Bò No5/ha đạt tương đương so với công thức bón 5 tấn phân chuồng/ha

Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thu Hà và cs (2016), trên đất cát biển đã sử dụng 20 kg chế phẩm VSV/ha cho cây lạc trên đất cát biển tại Nghệ An và Bình Định làm cho hàm lượng P2O5 dễ tiêu tăng 1,6 - 4,4 mg/100g đất, có sự cải thiện về hàm lượng K2O dễ tiêu, và độ ẩm đất; mật độ VSV hữu ích trong đất tăng 10 lần, năng suất thực thu tăng 17,1 -17,3%, lợi nhuận tăng 21,4 - 27,8% (tương đương 7,4

- 13,6 triệu đồng/ha) so với đối chứng và hiệu suất sử dụng chế phẩm VSV đạt 24,5

- 32,0 kg lạc/kg chế phẩm

Nghiên cứu của Hoàng Văn Tám và cs (2013), cho thấy bón phân hữu cơ vi sinh cho cây lạc trên đất xám Trảng Bàng, Tây Ninh với liều lượng từ 500 - 2000 kg/ha/vụ có bổ sung phân khoáng cho bằng công thức đối chứng (60 kg N + 60 kg

P2O5 + 90 kg K2O/ha) đã cho năng suất trung bình 2 vụ tăng 0,34 - 0,94 tấn/ha/vụ, tương đương 15,69 - 34,31% so với đối chứng; lượng phân đạm tiết kiệm được 5 -

20 kg N/ha/vụ tương đương 8,3 - 33,3% tổng lượng N; phân lân tiết kiệm được 15 -

60 kg P2O5/ha/vụ tương đương 25 - 100% tổng lượng lân và lượng phân kali tiết kiệm được 5 - 20 kg K2O/ha/vụ tương đương 5,5 - 22,2% tổng lượng kali

Sử dụng các biện pháp che tủ khác nhau để giảm thiểu cường độ bốc thoát hơi nước của đất canh tác Bên cạnh đó, việc tăng chỉ số về dung lượng các cation trao đổi (CEC) trên đất cát bằng các loại phân hữu cơ, các khoáng chất để nâng cao khả năng giữ nước và giữ phân cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất

Về ảnh hưởng của loại vật liệu phủ đất trong sản xuất lạc, theo nghiên cứu của A.Ramakrishna và cs (2006), thực hiện nghiên cứu trong vụ xuân ở miền Bắc Việt Nam và theo nghiên cứu dài hạn (từ năm 1992 đến năm 1999) của P.K Ghosh và cs trong vụ hè ở Ấn Độ có đánh giá chung khi so sánh giữa che phủ bằng vật liệu ni lông chuyên dụng và rơm là: cả hai loại vật liệu cơ bản đều có ảnh hưởng tốt đến sinh trưởng, phát triển của lạc, hạn chế cỏ dại và hiệu quả kinh tế như nhau Tuy nhiên, áp dụng phủ đất bằng rơm vừa tiện lợi và thân thiện với môi trường hơn ni lông, vừa cung cấp một phần đáng kể dinh dưỡng cho đất

Theo Nguyễn Thị Chinh và cs (2001), việc che phủ ni lông cho giống lạc L02 trong vụ xuân năng suất tăng 43%, trong vụ thu đông năng suất đã tăng lên 54,7% so với không che phủ

Than sinh học không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng

cả khả năng giữ dinh dưỡng trong đất Các sản phẩm hữu cơ thoái hóa như tro than hoặc tro bay thì không có khả năng này Điều này rất quan trọng với các loại đất bị phong hóa hấp phụ ion kém Nếu trộn một lượng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào đất thì CEC có thể tăng 50% so với đối chứng (Tryon, E H 1948, Mbagwu, J S C., Piccolo, A 1997)

Lehmann và cs (2002), thì chỉ ra rằng sự rửa trôi NH4+ trên đất Ferralsols khi bón nhiều TSH, điều đó cho thấy rằng NH4+ được TSH hấp phụ và lượng đạm được cây lúa hút khi bón kết hợp phân bón và TSH cũng có sự ảnh hưởng đến việc giữ NH4+ Việc giảm tỷ lệ rửa trôi của phân N khoáng bổ sung trong đất cùng với TSH làm tăng hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng

Theo nghiên cứu của Hoàng Minh Tâm và cs (2013), khi bón từ 5 - 10 tấn TSH từ trấu kết hợp với 5 tấn phân chuồng trên đất cát làm tăng các chỉ tiêu sinh trưởng, nốt sần và tăng năng suất quả vượt trội từ 17,15 - 45,97% và năng suất hạt từ 26,74 - 60,63% của cây lạc so với đối chứng không bón TSH có thể gián tiếp ảnh hưởng đến khả năng dễ tiêu của các chất dinh dưỡng bằng cách thay đổi độ pH của đất (Hass, A., Gonzalez, J.M., Lima, I M., Godwin, H W., J Halvorson, J., Boyer, D G (2012)

Theo nghiên cứu của Trần Viết Cường (2015), TSH cũng làm tăng các cation Ca, Mg, K và Na trong đất, Ca tăng từ 2,2 đến 4,2 cmolc/kg, Mg tăng từ 0,3 đến 1,0 cmolc/kg, K tăng từ 2,5 đến 24,5 cmolc/kg và Na tăng từ 0,2 đến 0,9 cmolc/kg, tương ứng với 1%, 5% và 10% TSH bón vào đất Các cation này góp phần làm tăng pH của đất đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng khi bổ sung TSH vào đất Ở trong đất, các chất khoáng và chất hữu cơ có ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của đất Mặc dù đất có hàm lượng chất hữu cơ cao dẫn đến khả năng giữ nước cao nhưng nó chỉ mang tính chất tạm thời trừ khi hàm lượng chất hữu cơ luôn luôn được duy trì

Sử dụng than sinh học không chỉ chất hữu cơ có khả năng cung cấp dinh dưỡng, đặc biệt là K và Ca mà còn tăng CEC và sức hút giữ nước của đất Kết quả nghiên cứu của Kimetu và cs (2008) đã bón 6 tấn BC-C/ha, còn Steiner và cs

(2007), 2010 đã bón 11 tấn/ha, và có hiệu quả tốt Than sinh học là chất hữu cơ có tiềm năng hấp phụ cao và hoạt tính bề mặt lớn BC (Liang và cs, 2006) và chứa nhiều dinh dưỡng khoáng (Nguyen và cs., 2008) đã báo cáo rằng sự giảm thấm lọc dinh dưỡng khỏi đất Anthosol liên quan với hàm lượng than hoạt tính cao

TSH cải thiện khả năng giữ nước và ổn định cấu trúc đất: TSH không những làm thay đổi đặc tính hóa học đất mà còn ảnh hưởng tính chất lý học đất như khả năng giữ nước của đất và hạt kết (Piccolo và cs 1996) Những tác dụng này có thể nâng cao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất (Mbagwu và Piccolo, 1997) Những đặc tính lý hóa học của các loại đất nghèo hữu cơ thường được cải thiện bằng các hình thức canh tác gắn liền với việc sử dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than (Mbagwu và cs, 1991; Piccolo và Mbagwu, 1990) Một nhược điểm rất lớn của việc sử dụng tàn dư hữu cơ

là phải bón một lượng rất lớn từ 50 đến 200 tấn ha–1 thì mới cải thiện được một phần đặc tính của đất Đáp ứng được lượng bón lớn như vậy là không thực tế (Piccolo và cs, 1996) Trong khi đó Mbagwu and Piccolo (1997) cho thấy chỉ cần bón một lượng nhỏ (1.5 tấn ha - 1) than giàu axít humic cũng làm tăng từ 20 đến 130% hạt kết ổn định, trong khi phải cần đến một lượng 50 - 200 tấn ha - 1 sản phẩm hữu cơ chưa phân hủy để tăng đáng kể lượng hạt kết bền trong đất Hơn nữa chất thải hữu cơ lại có thể chứa rất nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ

Phân hữu cơ vi sinh: là loại phân hỗn hợp của các nguyên liệu có nguồn gốc hữu cơ và các vi sinh vật có lợi bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn được sử dụng để làm phân bón Việc bổ sung các loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenlluloza cao (Aspergillus, Trichoderma và Penicillium), cố định nitơ tự do (Azotobacter), phân giải lân (Aspergillus, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus) và các chủng vi sinh vật đối kháng (Pseudomonas, Bacillus) với mật độ 106-108 cfu/g cùng các nguyên tố dinh dưỡng như đạm dạng hữu cơ, lân dạng quặng photphorit (liều lượng 5%) đã làm tăng chất lượng của phân bón đáng kể

Áp dụng các biện pháp thủy lợi: Ðất cát biển có độ phì nhiêu thấp để canh tác được trên đất cát biển trước hết phải quan tâm đến vấn đề thủy lợi để giải quyết yêu cầu nước tưới cho cây trồng Xây dựng các đê phân thủy, đê chính, các hồ chứa

nước trên cát, kênh thoát lũ, tưới tiêu nhằm tạo độ ẩm cho đất cát mà bấy lâu nay vốn không giữ được ẩm và nước

1.2 Tổng quan về đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, quá trình hình thành, phân loại, tính chất và vai trò chất hữu cơ trong đất cát biển

1.2.1 Ðiều kiện và quá trình hình thành đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và một

số tính chất đất

Ðất cát biển vùng Bắc Trung Bộ được phân bố chủ yếu ở ven biển các tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên -Huế Ngoài ra còn một số diện tích phân bố ở các cửa sông lớn hoặc trên những vùng đất được hình thành từ nền đá mẹ sa thạch hay granit Mỗi loại đất cát ven biển có đặc điểm, chất lượng hữu cơ khác nhau phụ thuộc vào điều kiện, nguồn gốc hình thành của chúng

+ Ðiều kiện hình thành: Do phạm vi phân bố của nhóm đất cát biển trải dài khắp Bắc Trung Bộ cho nên các yếu tố hình thành đất ở đây như các điều kiện khí hậu, thảm thực vật cũng có sự thay đổi nhất định theo từng vùng Vùng Bắc Trung

Bộ có lượng mưa lớn tập trung vào các tháng 7, 8, 9 Lượng mưa trung bình trên

2000 mm/năm Thực vật tự nhiên chủ yếu là các loại thực vật chịu hạn như: cây bắt mồi, cây nắp ấm, sim, mua đất, cỏ gừng, cỏ dầy, dứa gai Trên những vùng có điều kiện tưới, nông dân có thể trồng được lúa và một số cây hoa màu như khoai lang, lạc, thuốc lào, đậu đỗ, vừng, kê, ớt, năng suất tùy thuộc vào lượng nước mưa và lượng nước tưới hàng năm

+ Quá trình hình thành: Phan Liêu, (1986) cho rằng đất cát biển rất trẻ (từ kỷ

đệ tứ đến hiện đại) Ðất cát biển được hình thành từ hai quá trình chính đó là quá trình hoạt động địa chất của biển, vận động nâng lên của thềm biển cũ (bằng chứng

là các bãi vỏ sò, ốc ở Diễn Châu, Nghệ An) và quá trình bồi tụ tạo lập đồng bằng của hệ thống các con sông ngắn ở miền Trung Do hệ thống sông miền Trung thường ngắn do phần lớn được bắt nguồn từ phía Ðông của dãy Trường Sơn chảy thẳng ra biển nên có độ dốc lớn, dòng chảy ở các con sông này rất mạnh do đó các sản phẩm lắng đọng lại thường là những hạt vật liệu thô chủ yếu là các hạt cát có kích thước khác nhau Ngoài ra, về cấu tạo địa chất ở khu vực đầu nguồn phần lớn

có cấu tạo đá mẹ khó phong hóa như các loại đá granit, riolit, cát kết nên chất liệu của các sản phẩm phong hóa cũng thường rất thô

Đất cát biển tại tỉnh Thanh Hóa: Diện tích 20.247 ha, chiếm 1,82% diện tích

tự nhiên, phân bố tập trung ở các huyện ven biển.Vùng đất cát ven biển có địa hình lượn sóng chạy dọc bờ biển, độ cao trung bình 3 - 6 m Đất có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo chất dinh dưỡng, khả năng giữ nước, giữ màu kém nên năng suất cây trồng thấp Song đất có thành phần cơ giới nhẹ nên dễ canh tác, thích hợp cho nhiều loại cây trồng như hoa màu, cây công nghiệp, cây ăn quả, trồng rừng ven biển và nuôi trồng thủy sản Đây là vùng có nhiều tiềm năng để phát triển nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi gia cầm, nuôi trồng thủy sản) Tuy nhiên trong quá trình canh tác cần

tăng cường bón phân cho đất và áp dụng các biện pháp cải tạo đất (Nguồn: Theo số

liệu điều tra của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thanh Hóa, 2015)

Đất cát biển tại tỉnh Nghệ An: Có diện tích 21.400 ha tập trung ở vùng ven

biển, đất có thành phần cơ giới thô, không có kết cấu, dung tích hấp thụ thấp Đất cồn cát và đụn cát có diện tích 5.647ha chiếm 18,3% diện tích vùng Loại đất này phân bố rộng khắp dọc ven biển của cả 5 huyện, thị và thành phố nhưng nhiều nhất

ở huyện Nghi Lộc Phần lớn là những hạt cát rời rạc, chất lượng xấu, không có kết cấu Loại đất này chủ yếu là trồng phi lao phòng hộ biển Các chất dinh dưỡng như mùn, đạm, lân đều nghèo, kali tổng số cao nhưng kali trao đổi thấp Sự đa dạng về thổ nhưỡng và địa hình đồng thời kéo theo sự đa dạng về loại hình canh tác cây trồng trên đất cát biển: rừng phi lao ven biển ở các bãi cát, cồn cát 704 ha; đồi rừng

và đồi trọc 5.074ha (có rừng 1.034ha); lúa 2 vụ 6.571 ha; cây màu và cây công nghiệp 1.111 ha; vườn tạp 459 ha; khu dân cư và các công trình kết cấu hạ tầng

phúc lợi công cộng 5.283,1ha (Nguồn: Theo số liệu điều tra của Sở NN và PTNT

tỉnh Nghệ An, 2015)

Đất cát biển tại tỉnh Hà Tĩnh: Là một trong những nhóm đất chiếm diện tích

khá lớn trong tổng diện tích đất tự nhiên của tỉnh (36.237 ha) Tuy nhiên hiệu quả

sử dụng nhóm đất này là chưa cao, được phân bố tại các khu vực có độ dốc từ 0o độ đến 3o, trên 3o loại đất này hiếm, tập trung tại 5 huyện ven biển: Thạch Hà, Nghi