Hàm lượng N, P và S của hợp chất mùn sẽ được phân giải bởi vi sinh vật và cung cấp dần dần cho cây trồng (quá trình này khá chậm), và chúng chỉ cung cấp một phần chất dinh dưỡng khi ta k[r]
Trang 1CHƯƠNG 8 CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT VÀ PHÂN BÓN HỮU CƠ
BÀI 1: CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT
I Chất hữu cơ trong đất
Chất hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc đất do thực vật và động vật chứa chủ yếu là
C, H, O Chất hữu cơ phân hóa dưới tác dụng của vi sinh vật đất, dần dần biến thành mùn
1.1 Thành phần các chất hữu cơ trong đất
Các vi sinh vật, các amino acid, các hợp chất protein từ thực vật và động vật phân hủy
1.2 Các hiện tượng mùn hóa và khoáng hóa
1.2.1 Hiện tượng mùn hóa
Trong điều kiện ẩm độ cao, yếm khí chất hữu cơ phân hủy biến thành mùn, bền, chịu đựngđược sự phân hóa của vi sinh vật, cuối cùng biến thành keo mùn
1.2.2 Hiện tượng khoáng hóa
Trong điều kiện thoáng khí, các chất hữu cơ bị phân hủy thành những chất đơn giản ở thểkhí hay ở thể hòa tan: NH3, CO2, SO3, H2O, NH4+, NO3-,
Sự khoáng hóa trong đất thoáng khí có 2 giai đoạn :
- Ammonium hóa
- Nitrat hóa: Oxid hóa amon thành NO2, NO3
Nếu đất bị ngập nước, điều kiện trở nên yếm khí, chỉ có giai đoạn amon hóa xảy ra Ở đấtphèn, pH thấp = 2 – 3, nước ngập lâu dài, hiện tượng mùn hóa và khoáng hóa không thể xảy ra
2 Chất hữu cơ trong đất
2.1 Sơ lược về chất hữu cơ trong đất
Chỉ nghiên cứu các tính chất vi sinh vật học sẽ không đầy đủ nếu không chú ý chất hữu cơtrong đất
Chúng ta biết rằng thành phần hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của đất và sự thoáihóa về mặt cấu trúc của đất do cường độ canh tác cao có thể luôn được giảm thiểu trong các loại đất
có hàm lượng chất hữu cơ cao
Khả năng hấp thụ và giữ nước, khả năng dự trữ các nguyên tố bases, khả năng cung cấp đạm(N), lân (P), lưu huỳnh (S), và nhiều nguyên tố vi lượng, và các tính chất khác của đất tất cả đềuphụ thuộc vào thành phần chất hữu cơ trong đất
Trang 2Theo Broadbent (1953), mặc dù hàm lượng chất hữu cơ trong các loại đất khoáng rất thấpnhưng ảnh hưởng của chúng đến các tính chất hóa học, lý học của đất là vô cùng to lớn so với tỉ lệtrọng lượng của chúng có trong đất Vì vậy, có nhiều nghiên cứu đã nhấn mạnh đến tầm quan trọngcủa thành phần này đến sản xuất nông nghiệp.
Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các sản phẩm hữu cơ ở các giai đoạn khác nhau, từ thựcvật chưa phân giải và các mô động vật cho đến các sản phẩm phân giải vô định hình bền vững, màunâu hay đen (mùn) không còn vết tích cấu trúc của các vật liệu hình thành nên chúng (Russell,1961), sản phẩm đó được gọi là mùn Mùn không phải là một hợp chất đơn giản Thành phần củachúng phụ thuộc vào loại đất chúng được trích ra và phụ thuộc vào cả phương pháp được sử dụng
để trích
Nhưng sự hiểu biết của chúng ta về thành phần và động thái của chất hữu cơ trong các loại đấtnhiệt đới còn rất nhiều hạn chế Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ trong tầng đất mặt thường chứakhoảng 15-25 % các chất không phải là hợp chất mùn, chúng là các cacbonhydrats, các hợp chấtđạm, lipids, và phần còn lại (75 – 85 %) là các hợp chất mùn
2.2 Thành phần chất hữu cơ trong đất
2.2.3 Lân (P)
Chất hữu cơ trong đất chứa nhiều dạng lân hữu cơ, khoảng 15 – 80 % tổng lượng P trong đất.Các hợp chất lân hữu cơ được tìm thấy trong chất hữu cơ của đất bao gồm inosilo hexaphosphate(đây là hợp chất chính), phospholipids và một số nucleotides
2.2.5 Các thành phần khác
Phần còn lại của chất hữu cơ trong đất được xác định dựa trên sự hợp nhất của các vòngpolyphenol có thể chứa các quinines và có rất nhiều hợp chất N được cho là được liên kết trong cáchợp chất này Các chất này phần lớn bắt nguồn từ các sản phẩm của quá trình trao đổi chất của visinh vật (Kononova, 1966), nhưng chúng cũng có thể có nguồn gốc từ sự phân giải thành phầnlignin của thực vật
Trang 32.3 Hợp chất mùn
Mùn là hợp chất được dùng để chỉ các vật liệu hữu cơ được phân giải, mịn, có màu tối, hợpchất này được hình thành do quá trình phân giải vi sinh vật xảy ra trong đất Khi mùn được tríchbằng dung dịch base, các chất có màu tối sẽ hòa tan vào dung dịch Các chất hòa tan này bao gồmcác humic acid (thành phần hòa tan trong base, nhưng không hòa tan trong acids) và fulvic acids(phần tan trong acids)
Hợp chất mùn là chất chính gây nên ảnh hưởng tốt đối với khả năng sản xuất của đất Hàmlượng N, P và S của hợp chất mùn sẽ được phân giải bởi vi sinh vật và cung cấp dần dần cho câytrồng (quá trình này khá chậm), và chúng chỉ cung cấp một phần chất dinh dưỡng khi ta không sửdụng phân bón hóa học
Phân nửa các amino acids và polysacharides còn lại không thể tách ra khỏi các hợp chất thơmnên tính chất và thành phần cấu tạo của nhóm này chỉ có thể suy luận từ sự nghiên cứu tổng thểthành phần mùn Nhưng thành phần thơm này là thành phần tạo cho chất hữu cơ hay mùn có màusậm và có thể hình thành nên nhiều tính chất khác của chất hữu cơ
2.3.1 Trích và phân lập các thành phần của mùn
Hàm lượng chất hữu cơ có thể biến đổi từ < 0,1 % trong các loại đất vùng sa mạc cho đến gần
100 % trong đất hữu cơ và bởi vì chất hữu cơ luôn kết hợp với các thành phần vô cơ, nên hợp chấtmùn phải được trích ra khỏi đất trước khi chúng ta xác định tính chất của chúng Dung dịch NaOHloãng thường được sử dụng để trích hợp chất mùn này nhưng do khả năng biến chất của cácpolymers mùn rất dễ dàng, nên cần chú ý là quá trình trích nên thực hiện trong điều kiện kín, không
N
OCH
Hình 8.1 Cấu trúc một phân tử của humic acid
Trang 4dung dịch 0,1M sodium pyrophosphate trung tính (pH = 7) Phương pháp này hiện đang phổ biếntrong việc trích các hợp chất mùn Nhiều phương pháp khác cũng đã được đề nghị sử dụng, nhưngvới hai phương pháp dùng NaOH và sodium pyrophosphate được nhiều phòng phân tích chấp nhận
và tính hiệu quả của chúng cũng như dễ thực hiện nên hiện nay người ta không cần nghiên cứuthêm các phương pháp khác để trích mùn trong đất
Hình 8.2 Cấu tạo phân tử của một acid humic
Các hợp chất mùn cũng có thể được tách, phân đoạn thành những thành phần cấu tạo nhỏ hơnnữa bằng cách lợi dụng mức độ hòa tan khác nhau của chúng trong những dung môi khác nhau.Phương pháp phân lập được sử dụng rộng rãi là kết tủa humic acids từ dung dịch trích, khi dungdịch này được làm chua hóa đến pH = 1 Thành phần còn lại trong dung dịch này (không kết tủa)được gọi là fulvic acid
Fulvic acid thường ngưng tụ kém hơn, nhưng có tính oxi hóa cao hơn humic acid (có nhiềugốc chức năng chứa oxygen hơn), và có trọng lượng phân tử thấp hơn là humic acid Fulvic acidđược coi là hợp chất trẻ nhất, có tính di động nhất và là thành phần hoạt động nhất của hợp chấtmùn trong đất và vì vậy chúng được xem là thành phần có ý nghĩa nhất trong các tiến trình hìnhthành đất Ví dụ, sự tích lũy chất hữu cơ trong tầng Spodic của đất Spodosols là do sự tích lũy Alcác phức chất Al và Fe với fulvic acids
Humic acid thể hiện mức độ mùn hóa cao, tính ngưng tụ cao hơn fulvic acids trong đất, chúng
ít di động hơn, nhưng liên kết chặt hơn với các sét silicate có cấu trúc dạng lớp Vì những lý do này
và do trọng lượng phân tử cao hơn, nên humic acid được xem là thành phần chính tạo sự ổn địnhcủa các hạt kết của đất và thành phần ít nhạy cảm với sự phân giải của vi sinh vật
Việc xác định trọng lượng tương đối của humic acid và fulvic acid (tỉ lệ FA/HA) trong đấtđược dùng để phân loại đất Ngoài ra, chúng cũng có thể giúp ta xác định động thái của hợp chấtmùn trong đất Có 1 một số nghiên cứu về vấn đề này trên các loại đất nhiệt đới cho thấy rằng có sự
Trang 5tương quan giữa khí hậu và tỉ lệ của hai dạng acids này trong hợp chất mùn Trong điều kiện rửatrôi mạnh sẽ có khuynh hướng hình thành fulvic acid Fulvic acid có thể được tích lũy trong điềukiện nhiệt đới gió mùa hơn là điều kiện khí hậu ẩm Spodosols và Oxisols có tỉ lệ FA/HA tối thiểutrong những mùa khô, tỉ lệ này gia tăng trong mùa mưa, nhưng sau đó sẽ thấp trở lại khi đất bị ngậpnước pH và hàm lượng sét vô định hình (sesquioxides - các oxides Si, Fe, Al- của đất cũng gópphần vào làm tăng mức độ polymer hóa các hợp chất mùn như diễn biến trong đất Andisols.
2.3.2 Đặc điểm của mùn
Dựa trên các phương pháp phân tích hóa học, các gốc chức năng có chứa Oxygen của dịchtrích FA và HA từ các loại đất được hình thành trong các điều kiện khác nhau được trình bày trongbảng sau:
Gốc chức năng Vùng ôn đới Vùng á nhiệt đới Vùng nhiệt đới
Tổng độ chua 5,7 - 8,9 8,9 -14,2 6,3 - 7,7 6,1 - 12,3 6,2 - 7,5 8,2 -10,3Carboxyl COOH 1,5 - 5,7 6,1 - 8,5 4,2 - 5,2 5,2 - 9,6 6,2 - 7,5 7,2 -11,2Phenolic – OH 3,2 - 5,7 2,8 - 5,7 2,1 - 2,5 1,2 - 2,7 2,3 - 3,0 0,3 - 2,5Alcolholic – OH 2, 7- 3,5 3,4 - 4,6 2,9 6,9 - 9,5 0,2 - 1,6 2,6 - 5,2Carbonyl C = O 0,1 - 1,8 1,7 - 3,1 0,8 - 1,5 1,2 - 2,6 0,3 - 1,4 1,6 - 2,7Methoxyl OCH3 0,4 0,3 - 0,4 0,3 - 0,5 0,8 - 0,9 0,6 - 0,8 0,9 - 1,2Tổng độ chua của hợp chất mùn thể hiện tổng lực phản ứng của mùn Tổng độ chua bao gồmchức năng mang tính acid như carboxyls (-COOH) và phenolic-OH Các gốc chức năng khác nhưalcoholic-OH, carbonyl (=CO), và methoxyl (-OCH3), mặc dù không góp phần vào tổng độ chua,nhưng chúng góp phần vào sự hình thành các phức chất bằng cách tạo các nối giữa chất hữu cơ vớicác nguyên tố cation kim loại và các khoáng silicates
Do các loại đất nhiệt đới thường có tính kiềm tương đối thấp (Oxisols và Ultisols), nên cáchợp chất mùn trong thành phần hữu cơ của đất là nguồn chủ yếu duy trì độ phì nhiêu của đất Cácbiện pháp kỹ thuật quản lý đất phải là các biện pháp hướng trực tiếp đến hướng cải thiện hàm lượngchất hữu cơ của đất
Chất hữu cơ trong đất thực tế không hòa tan được trong nước, mặc dù có một phần rất nhỏ cóthể tạo huyền phù trong nước nguyên chất Chất hữu cơ có khả năng hòa tan mạnh trong dung dịchkiềm loãng, và một phần có thể phân ly trong acid loãng
Một trong những tính chất quan trọng của chất hữu cơ là hàm lượng đạm chứa trong chất hữu
cơ, hàm lượng N này thường biến động từ 3 – 6 %, tuy nhiên hàm lượng N có thể thấp hay cao hơnhàm lượng trung bình này Nhưng hàm lượng carbon thì ít biến động hơn và thường chiếm khoảng
58 % Vì vậy, để tính toán hàm lượng hữu cơ trong đất, chúng ta có thể xác định % carbon (C %),
và hàm lượng chất hữu cơ là %C*1,724 Tỉ lệ giữa C và N (C\N) trong đất thường là 10-12 Tỉ lệ
Trang 6này thay đổi tùy thuộc và nguồn gốc của các thành phần hữu cơ, giai đoạn phân giải của chất hữu
cơ, tính chất và độ sâu của đất, và các điều kiện khí hậu và môi trường khác nơi đất được hìnhthành
Chất hữu cơ của đất cũng là nơi dự trữ lân và lưu huỳnh hữu cơ Cũng như đạm hữu cơ, lân vàlưu huỳnh hữu cơ sẽ được giải phóng trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ Cả hai chất lân vàlưu huỳnh hữu cơ đều trải qua quá trình khoáng hóa và hấp thụ sinh học tùy thuộc vào điều kiệnthời tiết và tỉ lệ tương đối của chúng với carbon cao hay thấp
Một tính chất quan trọng khác của chất hữu cơ là khả năng trao đổi cation cao của chúng (200meq/100 g) Khả năng trao đổi cation thường có liên quan đến gốc chức năng như carboxyl (-COOH) và phenolic-OH
Phản ứng trao đổi cation của mùn được trình bày như phương trình sau:
R-C-OH + KCl R-C-OK + HClPhương trình cho thấy KCl hòa tan trong nước phản ứng với các gốc chức carboxyl của chấthữu cơ Ion K trao đổi ion H với gốc carboxyl Ion K hấp phụ với 1 lực đủ mạnh để làm hạn chế sựmất ion này do quá trình rửa trôi trong đất, nhưng lực giữa ion K này vẫn còn đủ yếu để rễ cây trồng
có thể hấp thu trao đổi được
Chất hữu cơ trong đất có khả năng hấp thụ một lượng nước rất lớn nên chúng có tính co ngót
và trương nở mạnh Tuy nhiên, nếu chúng bị mất nước hoàn toàn, thì lực hấp thu nước bị giảmmạnh Chất hữu cơ của đất còn là một yếu tố quan trọng trong việc hình thành các hạt kết nênchúng sẽ làm tăng tốc độ thấm nước ban đầu của đất sẽ giảm được nguy cơ xói mòn của đất Ngoài
ra hàm lượng các gốc chức năng cao sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho sự hình thành các phức chất vớicác nguyên tố dinh dưỡng vi lượng, làm cho các nguyên tố này có thể di chuyển dễ dàng trong suốtphẫu diện đất, nhất là khi chúng kết hợp chất mùn có trọng lượng phân tử thấp và di động cao
2.4 Sự hình thành chất hữu cơ trong đất
Chất hữu cơ trong đất là một hỗn hợp của rất nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau Tuy nhiên,hai loại hợp chất, hợp chất mùn và các hợp chất polysaccharides hình thành nên hơn 80 % tổng chấthữu cơ trong đất
2.4.1 Hợp chất mùn
Hợp chất mùn trong chất hữu cơ trong đất là một polymer của các đơn vị phenolic phức tạpđược nối với các amino acids, peptides, amino đường, và các thành phần hữu cơ khác Tham giavào quá trình mùn hóa có protein, lipid, lignin, tanan và các sản phẩm khác của quá trình phân giảichất hữu cơ Từ các vật liệu hữu cơ ban đầu được phân giải thành các sản phẩm trung gian và các
Trang 7hợp chất trung gian này lại liên kết với nhau tạo thành những hợp chất phức tạp và các hợp chấtphức tạp này lại nối với nhau một lần nữa để tạo thành các đại phân tử lớn hơn và ổn định hơn.
Sau khi được nối với nhau, các phân tử phenolic nhạy cảm có thể bị oxi hóa trở lại và trảiqua quá trình liên kết khác Các phản ứng polymer hóa cũng có thể bao gồm sự hình thành nên cácgốc chức năng cơ bản Các gốc phenolic được hình thành thông qua tác động của phenolases vàperoxidases có thể sẽ được ổn định thông qua các nối này Các hợp chất mùn có thể khác nhau rấtlớn về thành phần cấu tạo liên quan đến các đơn vị cấu trúc hiện diện trong một vi môi trường nhấtđịnh trong quá trình hình thành Tuy nhiên, tất cả đều có những tính chất chung như chúng có rấtnhiều các gốc chức năng, chủ yếu là các gốc COOH, phenolic-OH
Một số vi sinh vật, nhất là nấm Streptomyces, tổng hợp các vật liệu có màu sậm tương tự như
các hợp chất mùn Chúng có thể được hình thành trong môi trường nuôi cấy, trong tế bào, hay trong
cả hai môi trường Chúng là các polymer phenolic kết hợp với các peptides và các chất khác nhưalthraquynones và cũng có thể là các hợp chất napthelenic Hàm lượng peptides hay phenolic có thểthay đổi rất lớn phụ thuộc vào hàm lượng và loại nguồn đạm và các điều kiện khác Các polymer donấm hình thành này có tính chất tương tự như humic acid trong đất về mặt CEC, tổng độ chua, hàmlượng carbon các gốc phenolic
Các phenolic đơn trong đất không bị phân giải hoàn toàn như những chất hữu cơ dễ phân giải:glucose, acetic acid, amino acid, proteins, và polysacchrides Các phenolic có hoạt tính thấp, nếucác vòng thơm bị phá vỡ, thì carbon của phenol sẽ bị mất tương tự như sự mất carbon trên các hợpchất dễ dàng phân giải khác Điều này cho thấy là một phần của vòng phenolic nằm trong cấu trúccủa mùn trong đất, được bảo vệ bởi sự hiện diện của mùn hay sét, hay sự liên kết thành các polymerphenolic bởi một số loại vi sinh vật đất
Các nghiên cứu với các hợp chất hữu cơ bằng C14 đánh dấu cho thấy rằng các chất mùn mới,mặc dù tương đối bền đối với sự phân giải của vi sinh vật, vẫn tiếp tục phân giải với tốc độ cao hơntốc độ phân giải của mùn đã được hình thành lâu đời Điều này có thể là do một phần các phân tửmới nhạy cảm với sự phá vỡ của vi sinh vật hơn Các polymer có cùng dạng humic acid do nấm tạothành có thể bị phân giải 5 – 30 % trong thời gian 3 - 6 tháng
Mô phỏng các polymer phenolase được thực hiện với các hợp chất có chứa C14 đánh dấu chothấy là các đơn vị amino acid, peptides, amino đường được liên kết với nhau thành các polymerphân giải với tốc độ nhanh hơn các carbon trong vòng của các đơn vị phenolic, carboxyl, các chuỗinhánh, và các carbon của OCH3 của các đơn vị phenolic dễ bị phá vỡ hơn các C trong phenolicvòng Khi tăng lượng các gốc carboxyl trong các polymer phenolic có thể làm giảm sự hữu hiệu củacác chuỗi nhánh, amino đường, các carbon của amino acid của các polymers đối với các vi sinh vật.Theo thời gian, các carbon dễ hữu dụng sẽ được sử dụng và phần dư thừa sẽ trở nên bền vững hơnđối với sự phân giải của vi sinh vật
Trang 8Sự hình thành mùn
Các dư thừa thực vật hữu cơ thông th ngườ
Lignin và các hợp chất
polyphenolic khác
Phân giải của các vi sinh vật
Các đơn vị polypenolic nhỏ
hơn, phenol trung gian
Đường, acid hữu cơ và các hợp chất hữu cơ khác
Tổng hợp và chuyển hóa của vi sinh vật
CO
2, H
2O, NH
3Các hợp chất vô cơ khác
Sinh khối vi sinh vật
Giải phóng và tổng hợp các polymer của vsv
Mono, di, trihydroxyphenols,
Benzoic acid …
Các gốc phenolic và
amino đường…
Phân giải của các vi sinh vật
Phân giải của các vi sinh vật
Sự oxy hóa các chuỗi nhánh
Hydroxyl hóa vòngKhử carbonyl
Polymer hóa
Trang 92.4.2 Polysaccharides
Polysacchrides là thành phần cấu tạo hay là các sản phẩm trao đổi chất của các sinh vật chủyếu trong đất Hầu hết polysaccharides của thực vật, động vật và vi sinh vật là các chất rất dễ phângiải, nhưng cũng có một số ít khá bền với sự phân giải này, và có từ 10 – 30 % chất hữu cơ trongđất chứa polysaccharides, thành phần khá bền đối với sự phân giải của vi sinh vật Phần lớn cácpolysacchrides của thực vật và các vi sinh vật có 12 đơn vị cấu trúc (hay cao hơn)
Tất cả các phương pháp hiện đại dùng để tách các phân tử hữu cơ trong tổng hợp mùn được
áp dụng đối với polysaccharide của đất, nhưng tất cả các thành phần thu được chỉ chứa khoảng 10đơn vị cấu trúc Do đó người ta kết luận rằng có thể các quy trình sử dụng tách polysaccharideskhông đúng, nhưng cũng có thể là thành phần polysaccharides được hình thành trong trạng tháitương tự như humic acid
Các đơn vị polysaccharides của thực vật và vi sinh vật trong tất cả các giai đoạn phân giải cóthể tác dụng như là những khung hình thành nên những polymer riêng biệt đối với môi trường đất.Các kết hợp của các chất tương đối bền vững thông qua sự hình thành các mối hay các phức chấtvới các ion kim loại hay các sét có thể hình thành các thành phần polysaccharides bền vững củachất hữu cơ trong đất Polysaccharides với các đơn vị amino đường có thể bền vững do sự liên kếtthông qua các gốc amino tự do với các phân tử humic acid
Các thành phần cấu tạo có dạng polysaccharides của màng tế bào vi sinh vật bao gồm rấtnhiều đơn vị cấu trúc, bao gồm nhiều amino đường và amino acids Một số các chất này, hay mộtphần của các phân tử phức tạp, sẽ trải qua quá trình liên kết với các polymer phenolic trong đấtthông qua các gốc amoni và vì vậy chúng trở nên bền vững hơn
2.5 Vai trò chất hữu cơ trong đất
2.5.1 Cải thiện các tính chất vật lý đất
Nếu các thành phần cấp hạt cát, thịt và sét của đất có tính phân tán cao làm cho nước khôngthể xâm nhập vào đất và rễ cây trồng không thể xuyên phá lớp váng cứng vào trong đất, thì năngsuất cây trồng sẽ bị giảm nghiêm trọng, ngay cả khi các chất dinh dưỡng hiện diện đầy đủ trong đất(Harric và cộng tác viên, 1966) Trên quan điểm vật lý học, một loại đất tốt là đất trong đó có hạtđất nhỏ được liên kết thành những hạt kết bền vững với tác động của nước Những loại đất khônghình thành lớp váng cứng như thế, sẽ có tốc độ thấm ban đầu rất nhanh khi mưa hay sau khi tưới,làm giảm được sự xói mòn, đất có thể được canh tác dễ dàng hơn độ thoáng sẽ tăng cao hơn, và sẽtăng cường được khả năng hô hấp của rễ cây và các hoạt động của vi sinh vật trong đất (Russell,1961) đã cho rằng trong một loại đất nông nghiệp tốt nhất trên thế giới thì các chất liên kết trong tự
Trang 10nhiên phần lớn là các chất hữu cơ và chúng được hình thành trong quá trình phân giải vi sinh vậtcủa các dư thừa hữu cơ trong đất
Thông thường các dư thừa hữu cơ chứa một tỷ lệ tương đối cao các thành phần hữu dụng cótác động tạo nối nhanh nhất và lớn nhất trong đất, nhưng ảnh hưởng đến sự hình thành các hạt kếtchỉ kéo dài trong một thời gian ngắn nhất Các vật liệu càng bền vững yêu cầu thời gian càng lâu dài
để hình thành các hạt kết, nhưng tác động đến việc hình thành hạt kết kéo dài theo thời gian Bónnhiều chất hữu cơ cho đất sẽ có hiệu quả hơn trong việc hình thành các hạt kết, và sự tạo hạt kếtthường tăng nhanh trong trường hợp đất có hàm lượng hạt kết thấp Sự sinh trưởng của cây trồng,nhất là các đồng cỏ, có thể làm tăng sự hình thành hạt kết trong đất (Jonsonton, 1942) Điều này cóthể là do một khối lượng rễ cỏ rất lớn được để lại trong đất, các vi sinh vật đất sẽ sử dụng, và cũng
có thể do rễ cỏ phân bố khá đều trong toàn bộ thể tích đất
Sau khi bón các dư thừa hữu cơ vào trong đất, hay cày vùi các đồng cỏ, các hạt kết trong đất
sẽ giảm Để duy trì cấu trúc đất tốt, cần thiết phải bón các dư thừa hữu cơ theo chu kỳ hay luân canhcây trồng Nhiệt độ thấp sẽ thích hợp cho việc kéo dài thời gian hình thành hạt kết, trong khi nhiệt
độ cao sẽ nhanh chóng làm hủy hoại các chất liên kết các hạt đất (Harros, 1966)
Trong thời gian hoạt động của vi sinh vật xảy ra mạnh mẽ sau khi bón các dư thừa hữu cơ, các
tế bào và hệ sợi nấm có thể liên kết cơ học với các hạt đất với nhau (Aspiras, 1971), nhưng các chấtđược tổng hợp bởi các sinh vật đất thường được xem là có tầm quan trọng hơn Các thành phầnkhác nhau của chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt đến quá trình hình thành hạt kết trong đấtnhưng thành phần polysaccharide cũng có thể có tầm quan trọng đặc biệt Tác động cement hóa caocủa các keo polysaccharides do (i) chiều dài và cấu trúc thẳng của chúng cho phép chúng tiếp xúcđược với nhiều hạt đất, (ii) bản chất uyển chuyển cho phép chúng tiếp xúc được với nhiều điểm trên
bề mặt các hạt đất, (iii) với số lượng lớn các gốc OH, tạo được nối hydrogen, và (iv) các gốc COOHcho phép tạo nối thông qua các cation
2.5.2 Hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ trong đất
Trong quá trình hình thành và phát triển đất, chất hữu cơ được tích lũy từ các dư thừa thực vậtsinh trưởng trên đất tại chỗ Chất hữu cơ trong đất được tích lũy liên tục cho đến khi đạt được sựcân bằng giữa tốc độ tích lũy và tốc độ phân giải chất hữu cơ
Chất hữu cơ thường hiện diện với hàm lượng cao ở tầng đất mặt và giảm dần theo độ sâu củađất Sự phân bố chất hữu cơ theo độ sâu của đất luôn tương ứng với hàm lượng N trong đất
Thông thường, khi bón nhiều dư thừa hữu cơ, hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ tăng Do
đó, chúng ta có thể hiểu được là đất trong các sa mạc sẽ chứa hàm lượng hữu cơ thấp Khi lượngmưa tăng, kèm theo sự gia tăng sản xuất chất khô của thực vật nên hàm lượng chất hữu cơ trong đất
sẽ gia tăng
Trang 11Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ bình quân hàng năm tăng có thể làm giảm hàm lượngchất hữu cơ trong đất Một nguyên nhân chính là khi nhiệt độ tăng tốc độ hoạt động của vi sinh vật
và sự phân giải chất hữu cơ sẽ tăng Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng với vùng nhiệt đới
ẩm, trong những vùng này, hàm lượng chất hữu cơ trong đất đôi khi cao hơn so với các loại đấtvùng ôn đới
Điều này có thể do trong vùng nhiệt đới không có băng giá nên thích hợp cho sự phát triểncủa thực vật, nên làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất Nhiều loại đất trong vùng nhiệt đới cóhàm lượng khoáng sét cao và chứa nhiều loại khoáng sét vô định hình (allophanes), khoáng nàytương tác với chất hữu cơ và bảo vệ chống lại sự phân giải chất hữu cơ
Trong cùng một điều kiện khí hậu, người ta nhận thấy đất đồng cỏ thường có hàm lượng chấthữu cơ trong tầng đất mặt và các tầng đất sâu bên dưới cao hơn so với đất rừng Điều này, có thể là
do sự khác nhau về mặt sinh trưởng của thực vật và dư thừa thực vật được vùi lại trong đất Rễ củathực vật đồng cỏ có chu kỳ sinh trưởng ngắn, và hàng năm đều có sự phân giải các rễ chết, gópphần vào hàm lượng chất hữu cơ được mùn hóa trong đất Ngoài ra, hàm lượng rễ cũng tăng dầntheo độ sâu của đất Ngược lại, trong đất rừng, rễ cây có chu kỳ sống lâu dài hơn và sự bổ sung các
dư thừa hàng năm chủ yếu thông qua các lá rụng và phần gỗ chết rơi trên tầng đất mặt
Các nghiên cứu cho thấy rằng trong mỗi hệ sinh thái, tổng hàm lượng chất hữu cơ tương tựnhau, nhưng trong đất rừng phần lớn các chất hữu cơ được liên kết chặt trong phần cây sống (đangsinh trưởng) Trong khi đó, đối với đất đồng cỏ có đến 90 % chất hữu cơ lại hiện diện trong đất Khicon người khai hoang trong rừng, họ đốt hay khai thác gỗ, họ lấy đi ½ chất hữu cơ trong hệ sinhthái rừng Nhưng khi cày vỡ đất đồng cỏ, toàn bộ chất hữu cơ sẽ được bỏ lại trong đất, ngay cả khingười ta đốt cỏ làm đất Những khác biệt về hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ là một trongnhững lý giải tại sao năng suất cây trồng trên đất đồng cỏ cao hơn đất phát triển trên thảm thực vậtrừng
Hàm lượng chất hữu cơ có thể bị giảm do quá trình canh tác, nhưng nếu canh tác có sự bổsung liên tục các loại dư thừa hữu cơ có thể làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất Ngay cả khiđất không bị xói mòn, nếu canh tác liên tục, hàm lượng chất hữu cơ có thể bị mất nhanh chóng.Người ta nhận thấy rằng tốc độ mất chất hữu cơ của đất xảy ra rất nhanh khi đất mới được khai pháđưa vào sản xuất nông nghiệp, sau đó tốc độ mất giảm dần và hàm lượng chất hữu cơ đạt tới mứccân bằng mới
Các loại đất vùng khô hạn chứa hàm lượng chất hữu cơ rất thấp Nhưng nếu vùng đất khôhạn được canh tác và có tưới thì hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ đạt mức cân bằng mới cao hơnmức cân bằng trước đó
Trang 122.5.3 Tính bền vững về mặt sinh học của các chất hữu cơ trong đất
Khi chúng ta dùng thuật ngữ “tính bền vững sinh học”, không có nghĩa là chất hữu cơ của đấthoàn toàn kháng lại sự phân giải bởi các vi sinh vật Nghĩa của tính bền vững sinh học ở đây là mộtkhái niệm, trong đó chất hữu cơ tương đối ổn định đối với sự tấn công về mặt sinh hóa bởi các tácnhân sinh học trong đất Nguyên nhân tạo tính bền vững chất hữu cơ trong đất hay mùn chưa đượchiểu biết rõ ràng Những nguyên nhân được nhận biết là: (a) tính bền vững của một số thành phầnhóa học của các dư thừa thực vật, động vật đối với sự tấn công của vi sinh vật; (b) tính bền vững vềmặt sinh học của các hợp chất sinh học của các hợp chất mùn; (c) sự bảo vệ của chất hữu cơ chốnglại sự tấn công sinh hóa thông qua sự tương tác của chúng với sét, và (d) các yếu tố sinh học và/ haycác môi trường sinh học nhất định hiện diện ở các điểm có sự tích lũy chất hữu cơ
Ngoài các yếu tố nhiệt độ và ẩm độ, yếu tố địa hình ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng chấthữu cơ trong đất Chất hữu cơ có xu hướng tích lũy nhiều trong đất ngập nước hay các vùng đầmlầy so với các vị trí có khả năng tiêu nước tốt và chất hữu cơ được tích lũy trong đất sét nhiều hơn
so với đất cát Tuy nhiên, trong đất ngập nước, hay đất than mùn, đầm lầy, xu hướng tích lũy chấthữu cơ có thể chịu ảnh hưởng bởi (a) hàm lượng dư thừa thực vật sản xuất hàng năm, (b) chất lượnghay bản chất hóa học các dư thừa thực vật, hay (c) tốc độ và thời gian phân giải trong môi trườngyếm khí Các loại đất có sa cấu mịn thường sản xuất với khối lượng thực vật cao hơn so với đất cát
do độ phì nhiêu thường cao hơn và các quan hệ về nước đất trong môi trường này thích hợp hơn cho
sự phát triển của thực vật Ngoài ra, trong môi trường này sự phân giải chất hữu cơ bị chậm hơn dotác động bảo vệ của các khoáng sét chiếm ưu thế trong đất có sa cấu mịn so với đất có sa cấu thô
2.5.4 Duy trì chất hữu cơ trong đất
Vấn đề chính mà nông dân ngày nay thường phải đối đầu đó là việc duy trì sự cung cấp đầy
đủ chất hữu cơ cho đất Kinh nghiệm cho thấy rằng rất khó làm tăng hàm lượng hữu cơ trong đất.Thực tế, tốc độ giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất bị mất do quá trình canh tác thường rất chậm,thường từ 3 đến 5 % mỗi năm, trong khi đó các tính chất khác của đất ảnh hưởng đến năng suất câytrồng như cấu trúc đất, bị giảm với tốc độ nhanh hơn rất nhiều Vì vậy, chỉ khi hàm lượng chất hữu
cơ thấp hơn một ngưỡng nào đó thì đất sẽ không còn khả năng sản xuất nữa Nhiều loại đất canh táccây trồng cạn của chúng ta có thể hàm lượng chất hữu cơ gần đạt mức ngưỡng này nên cần thiếtphải có các biện pháp ngăn chặn sự mất chất hữu cơ trên các loại đất này
Mặc dù có sự kiệt quệ chất hữu cơ nhanh chóng trong các loại đất ngay sau khi khai phá đểsản xuất nông nghiệp trong các vùng khí hậu ẩm, nhưng tốc độ này thường không kéo dài quá lâu
Trong quá trình canh tác lâu dài, chất hữu cơ trong đất sẽ đạt đến mức độ ổn định Mức độ
ổn định này được quyết định bởi các điều kiện môi trường kết hợp với một loại đất nhất định Mộtlần nữa, khi hàm lượng chất hữu cơ giảm đến mức độ thấp, muốn nâng hàm lượng này lên mức độ
Trang 13như nguyên thủy, cần thiết phải thiết lập lại thảm thực vật nguyên thủy trên đất này Trong thời kìcủa mức độ cân bằng mới của chất hữu cơ trong đất phải đạt được mức độ bằng với mức độ trướckhi đất này được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp.
Khi đất được canh tác, chúng hoàn toàn có thể nhưng rất tốn kém để duy trì hàm lượng chấthữu cơ đạt đến mức độ như trạng thái nguyên thủy Do đó, nếu duy trì hàm lượng chất hữu cơ trongđất cao hơn mức độ thích hợp cho năng suất cây trồng cao sẽ là biện pháp không kinh tế Vì vậy,nên chú ý đến chu kỳ bón chất hữu cơ cho đất, có thể là bón thường xuyên các vật liệu hữu cơ tươi,mỗi lần bón một lượng nhỏ, thay vì duy trì chất hữu cơ trong đất bằng biện pháp bón chất hữu cơkhông theo chu kỳ với một khối lượng lớn trong một lần bón
Do có nhiều ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất có liên quan đến các tính chất biến độngcủa chúng, nên có thể ta cần chú ý tập trung việc duy trì cung cấp đầy đủ các dư thừa hữu cơ dạngphân giải trong đất hơn là cố gắng làm tăng hàm lượng các chất hữu cơ đã phân giải hoàn toàn (ổnđịnh) Các biện pháp kỹ thuật canh tác duy trì việc cung cấp các chất hữu cơ thường có xu hướngduy trì hơn là hoàn thiện mức độ sản xuất cây trồng
3 Sự cần thiết phải duy trì chất hữu cơ trong đất
Ảnh hưởng của hệ thống cây trồng
Hệ thống cây trồng và tập quán canh tác ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi chất hữu cơ trongđất:
- Canh tác du canh, du mục:
Khai thác đất đai của đồng bào thiểu số: làm rẫy, chặt, đốt rừng và dùng tro có các chất dinhdưỡng Ca, Mg, K và chất hữu cơ có sẵn trong đất để trồng trọt, đất rẫy trơ ra ánh sáng, chất mùnchịu tác dụng của nhiệt độ cao và ẩm độ lớn vào mùa mưa sẽ biến đổi, khoáng hóa nhanh chóng
- Canh tác định canh:
Trên đất cao thoáng khí vùng nhiệt đới, cây rừng có rễ ăn sâu, hấp thu nước và các chất dinhdưỡng ở dưới sâu, cây quang hợp thành chất hữu cơ như cành, lá; khi rụng lại cung cấp chất hữu cơcho đất, dinh dưỡng trong đất sẽ được duy trì
- Hệ thống cây trồng:
Luân canh: cây trồng sử dụng chất dinh dưỡng hợp lý
Ảnh hưởng của việc bón phân vô cơ và hữu cơ:
- Bón phân vô cơ ở dạng dễ tiêu, dễ hòa tan v.v sẽ phát sinh ra những sự mất cân bằngtrong dinh dưỡng, các chất dinh dưỡng được bón vào đất sẽ đẩy các ion hấp phụ trên bề mặt keo đất
ra dung dịch đất
- Bón phân hữu cơ, làm tăng độ hấp phụ của đất
Trang 14BÀI 2 : PHÂN HỮU CƠ
I Phân chuồng
1 Vai trò của phân chuồng trong sản xuất nông nghiệp
Phân chuồng là một khâu trong chu kỳ luân chuyển chất dinh dưỡng, những chất dinh dưỡng
mà cây trồng lấy đi từ đất và từ các loại phân đã được bón vào đất, một phần lớn được gia súc sửdụng và làm các nguyên liệu độn chuồng rồi từ đấy trở ra đồng ruộng theo phân gia súc
Phân chuồng không những có tác dụng làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năngtăng cường hiệu lực của phân hóa học
Phân chuồng tăng cường khả năng quang hợp (trong quá trình phân hủy chất hữu cơ thải ranhiều khí CO2)
Cung cấp một lượng lớn mùn và các chất dinh dưỡng vô cơ trong đất
2 Đặc điểm
2.1 Ưu điểm
- Phân chuồng là một loại phân toàn diện, chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng đa lượng, vilượng, chậm tiêu và dễ tiêu
Vì phân chuồng là những chất mà cây hút từ đất lên thông qua sự tiêu hóa của gia súc lại trở
về bón cho đất nên chứa đủ những yếu tố mà cây cần dùng Ngoài ra trong phân chuồng còn chứanhiều loại hợp chất có khả năng tác động tích cực đến dinh dưỡng của cây và hoạt động của vi sinhvật trong đất như auxin, vitamin C, B12…
- Các chất dinh dưỡng trong phân chuồng thường ở dạng dễ tiêu đồng thời cũng có nhữngchất dự trữ ở dạng khó tiêu nhưng dưới tác động phân giải của vi sinh vật sẽ khoáng hóa dần chocây sử dụng Do đó, bón phân chuồng với lượng phân dẫu có thừa đi cũng không đến nỗi tác hại,không gây hiện tượng héo lá, sốt rễ hoặc đổ lốp như phân vô cơ
- Đất được bón phân chuồng độ phì đất tăng lên, tăng độ xốp, cải tạo chế độ nước và khôngkhí, dễ cày, tăng khả năng trao đổi cation, tỷ lệ keo đất tăng lên, tạo điều kiện cho đất có thể chịuđựng được những lượng phân hóa học cao và ít bị rửa trôi chất dinh dưỡng
- Đối với những vùng lạnh, ít ánh sáng, bón phân chuồng nhờ vi sinh vật hoạt động mạnh,
có khả năng tăng nhiệt độ, quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất sinh ra nhiều khí CO2, tăngcường khả năng quang hợp
Nước phân: nước tiểu và nước rửa chuồng:
- Đạm trong nước phân ở 3 dạng: ure, acid uric và acid hyppuric
- Acid hữu cơ: acid benzoic, acid propionic
- Muối khoáng ở dạng carbonat, acetate, sulfat, phosphat,
- Chất kích thích thuộc dạng - indolacetic có khả năng kích thích rễ cây phát triển
- Kháng sinh: penicillin, aureomycine, tetracillin,
- Vitamin: C, B12,
- Vi sinh vật