Ảnh hưởng của độc tố sắt đối với lúa trên đất phèn đồng bằng sông cửu long và một số biện pháp khắc phục thiệt hại do độc tố sắt gây ra

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTVIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---TRƯƠNG MINH NGỌC ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-TRƯƠNG MINH NGỌC

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA – TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP

MƯỜI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-TRƯƠNG MINH NGỌC

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA – TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP

MƯỜI

Chuyên ngành: Khoa học đất

Mã số

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Võ Đình Quang

2 TS Nguyễn Quang Chơn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả số liệu, kết quả nghiêncứu được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án, con bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến bố mẹ và gia đình,những người thân yêu luôn ở bên cạnh con, luôn yêu thương và cho con chỗ dựa trongsuốt thời gian thực hiện đề tài

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn vô hạn đến TS Võ ĐìnhQuang – Giám đốc Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP HCM – Người thầyhướng dẫn chính cho công trình nghiên cứu này Thầy đã có công giáo dục, chỉ bảo,bồi dưỡng kiến thức, phương pháp luận, tư duy và giúp đỡ em trong suốt 15 năm làmviệc cùng thầy Trong luận án này, thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất,nhân lực, tài lực, trí lực, tâm huyết và những kiến thức quý báu của thầy để giúp emhoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Nguyễn Quang Chơn – Phótrưởng Bộ môn Khoa học đất, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam –Người thầy đồng hướng dẫn cho công trình nghiên cứu này Thầy đã tận tình hướngdẫn, giúp đỡ, động viên, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý trong ngànhkhoa học đất, thầy đã cung cấp cho em nhiều tài liệu quý trong suốt thời gian thực hiệnluận án

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn KS Nguyễn Xuân Nhiệm – Phân Việnquy hoạch và thiết kế Nông nghiệp Miền Nam đã không quản nắng mưa, đường xa đểtham gia việc khảo sát điều tra thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa tại tỉnh Long An

và Tiền Giang trong vụ Hè Thu năm 2017 và 2018 Cảm ơn bác đã xác định vị trí cácđiểm đất phèn, phân loại các mẫu đất, thu thập mẫu đất để phục vụ cho việc nghiên cứucủa đề tài Cảm ơn bác đã truyền đạt nhiều kiến thức quý báu về phân loại đất và phátsinh học đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, các anh chị Phòng đàotạo - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiệnthuận lợi nhất để cho em được học tập và hoàn thành công trình nghiên cứu này

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô giáo ở Viện Khoa học

Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam, Trường Đại học Cần Thơ và Trường đại học Nông

lâm TP HCM đã truyền đạt những kiến thức quý về khoa học đất, trồng trọt và nhữngkinh nghiệm thực tiễn trong quá trình học tập và nghiên cứu Xin chân thành cảm ơnquý Thầy, Cơ ở Bộ mơn Khoa học đất, Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ em trongviệc phân tích một số chỉ tiêu hố học trong 20 mẫu đất nghiên cứu

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn quý Thầy, quý Cơ đã tham gia Hội đồngđánh giá điều kiện bảo vệ luận án cấp cơ sở; Hội đồng đánh giá luận án cấp cơ sở, quýThầy, Cơ tham gia phản biện độc lập đĩng gĩp nhiều ý kiến quý giúp em hồn thiệnluận án Cảm ơn quý Thầy, Cơ đã tham gia chấm chuyên đề và phản biện các bài báo,đĩng gĩp nhiều ý kiến quý giúp em hồn thiện các chuyên đề, các bài báo mà phần lớn

đã được em sử dụng trong luận án này

Xin chân thành cảm ơn KS Lê Thị Mỹ Hạnh – Chi nhánh Viện Ứng dụng Cơngnghệ tại TP HCM, cảm ơn em đã bỏ nhiều tâm sức và thời gian tham gia thực hiện thínghiệm ủ đất, thí nghiệm trồng lúa trong dung dịch và phân tích một số chỉ tiêu lý hốtrong cơng trình nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn ThS Lê Thanh Bình – Trưởng phịng Phát triển Cơngnghệ và Dịch vụ, Chi nhánh Viện Ứng dụng Cơng nghệ tại TP HCM; bạn Huỳnh CơngHải, Trường đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP HCM; bạn Raphặl Cabanis và bạnLea Sidelski, Trường Polytech’Lille, Đại học tổng hợp Lille, Cộng hồ Pháp đã thamgia hỗ trợ tơi thực hiện một số thí nghiệm lúa ngồi đồng ruộng

Xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn đồng nghiệp tại Chi nhánh ViệnỨng dụng Cơng nghệ tại TP HCM đã luơn đồng hành, sát cánh, hỗ trợ và tạo mọi điềukiện thuận lợi nhất để tơi cĩ thể hồn thành khố học và thực hiện cơng trình nghiêncứu này

Xin chân thành cảm ơn đến quý bà con nơng dân tại tỉnh Long An, tỉnh TiềnGiang đã cung cấp thơng tin về thực trạng độc sắt và tình tình sản xuất lúa Hè Thu năm

2017, 2018 Cảm ơn gia đình anh Đặng Văn Hồng, ấp Hịa Thuận, xã Thạnh Hịa,huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang và gia đình anh Nguyễn Văn Xem, ấp Tân HưngTây, xã Tân Hịa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang đã cho mượn ruộng và tíchcực giúp tơi trong việc triển khai các nghiên cứu ngồi đồng

Xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1 Vị trí địa lý và sản xuất lúa gạo vùng Đồng bằng sông Cửu Long 6

1.1.1 Đặc điểm vị trí địa lý 6

1.1.2 Sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long 6

1.1.3 Một số giống lúa phổ biến vùng Đồng bằng sông Cửu Long 7

1.2 Đặc điểm phát sinh học và lý hóa trên đất phèn 9

1.2.1 Định nghĩa đất phèn 9

1.2.2 Nguồn gốc hình thành đất phèn 9

1.2.3 Đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 12

1.2.4 Một số độc chất trong đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 17

1.3 Sắt trong đất và quá trình khử sắt trong đất ngập nước 18

1.3.1 Sắt trong đất 18

1.3.2 Một số nhóm sắt phổ biến trong đất 19

1.3.3 Động thái khử sắt trong đất ngập nước 20

1.3.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến động thái khử sắt trong đất ngập nước 22

1.4 Ngộ độc sắt và một số giải pháp giảm ngộ độc sắt với lúa 22

1.4.1 Ngộ độc sắt đối với lúa 22

1.4.2 Một số nghiên cứu ngưỡng ngộ độc sắt trên cây lúa 24

1.4.3 Một số nghiên cứu về giảm ngộ độc sắt đối với lúa 26

1.4.3.1 Nghiên cứu về lân (P) 26

1.4.3.2 Nghiên cứu về kali (K) 27

1.4.3.3 Nghiên cứu về canxi (Ca) 28

1.4.3.4 Nghiên cứu về kẽm (Zn) 29

1.4.3.5 Nghiên cứu về giống 29

1.4.3.6 Nghiên cứu về điều tiết nước 30

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Nội dung nghiên cứu 33

2.2 Phương pháp nghiên cứu 33

2.2.1 Điều tra, đánh giá thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 33

2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ sắt đến khả năng hút dinh dưỡng và sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long 35

2.2.3 Động thái Fe của đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngập nước trong mối2+ quan hệ với tính chất đất 36

2.2.4 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa vùng rễ, sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 2.2.4.1 Thí nghiệm trong chậu 39

2.2.4.2 Thí nghiệm ngoài đồng ruộng 41

2.2.5 Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến tình trạng ngộ độc sắt trên cây lúa vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 42

2.3 Phương pháp phân tích mẫu đất, mẫu thực vật và xử lý số liệu 44

2.3.1 Phương pháp phân tích mẫu đất 44

2.3.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Fe2+ , pH và Eh trong dung dịch chiết từ 20 mẫu đất ngập nước 46

2.3.3 Phương pháp phân tích mẫu thực vật và tính lượng dinh dưỡng cây hút 46

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả điều tra, đánh giá thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa trên đất phèn vụ Hè Thu Đồng bằng sông Cửu Long

3.1.1 Thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu năm 2017

3.1.2 Kết quả theo dõi thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu năm 2018

3.1.2.1 Triệu chứng bronzing lá, hàm lượng Fe ts trong lá và năng suất lúa vụ Hè Thu 2018

3.1.2.2 Quan hệ giữa hàm lượng Fe ts trong lá và năng suất lúa vụ Hè Thu năm 2018

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ sắt đến khả năng hút dinh dưỡng và sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Fe trong dung dịch đến sự tích lũy Fe2+ lúa

3.2.2 Ảnh hưởng của các nồng độ Fe2+ đến sự tích lũy dinh dưỡng trong thân lá

3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến cấp độ độc sắt (bronzing) trên cây lúa

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451

3.3 Động thái Fe 2+ của đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngập nước trong mối quan hệ với tính chất đất

3.3.1 Phân bố các nhóm sắt trong đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long

3.3.2 Diễn biến nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất trong quá trình ngập nước đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long

3.3.2.1 Diễn biến thế năng oxy hóa khử Eh và pH của 20 mẫu đất phèn

Fe2+ hòa tan 80

3.4 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa vùng rễ và sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 91

3.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa

vùng rễ và sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long trồng

3.4.1.3 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đến một số chỉ tiêu sinh

trưởng của cây lúa 94

3.4.1.4 Quan hệ giữa sự thay đổi khả năng oxy hóa và các chỉ tiêu sinh trưởng của

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 104

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

PHỤ LỤC 129

1.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa OM 5451

1.4 Diện tích một số nhóm đất vùng Đồng bằng sông Cửu Long

2.1 Tiêu chuẩn đánh giá ngộ độc sắt

2.2 Một số tính chất cơ bản của 20 mẫu đất phèn nghiên cứu

2.3 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Hòa Thuận, xã ThạnhHòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang

2.4 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Tân Hưng Tây, xã TânHòa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang

3.1 Cấp độ bronzing và năng suất lúa canh tác trên đất phèn vụ Hè Thu năm2017

3.2 Cấp độ độc bronzing, hàm lượng Fets trong lá và năng suất lúa tại 20điểm đất phèn trồng lúa vụ Hè Thu năm 2018

3.3 Ảnh hưởng của các nồng độ sắt trong dung dịch đến sự tích lũy Fe

thân lá trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451

3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến tích lũy dinh dưỡngtrong thân lá của 02 giống lúa IR50404 và OM 5451

3.5 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến cấp độ độc sắt(bronzing) trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451

3.6 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến khả năng sinh trưởng của

02 giống lúa IR50404 và OM 5451

3.7 Thành phần các nhóm sắt trong đất phèn ĐBSCL trước thí nghiệm

3.8 Hệ số tương quan (r) giữa các nhóm sắt trong 20 mẫu đất phèn ĐBSCL

3.9 Tốc độ thay đổi nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất ngập nước (ppm/tuần)

3.11 Hệ số tương quan (r) giữa nồng độ Fe2+ tại các thời điểm và một số tính

chất đất trước thí nghiệm

đất

Cửu Long tại một số thời điểm ngập nước

phèn Đồng bằng sông Cửu Long

số thời điểm ngập nước

hóa khử (Eh) vùng rễ ở giai đoạn 40 NSG

lượng Fe trong lá ở giai đoạn 40 NSG

3.24 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với một số chỉtiêu sinh trưởng

3.25 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Znđến năng suất lúa trên đất phèn ĐBSCL

3.26 Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến hàm lượng Fets tích luỹtrong lá và năng suất lúa trên đất phèn

DANH MỤC HÌNH

2018

Ca và Zn cây hút đối với giống lúa IR 50404

P, K, Ca và Zn cây hút đối với giống lúa OM 5451

NSG

ngập nước

chẩn đoán và nồng độ Fe2+ đo được thực tế tại một số thời điểm ngậpnước

lá ở giai đoạn 40 NSG3.11 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với trọng lượng thân lá ở 40

NSG

Thuận, xã Thạnh Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang

3.13 Tương quan giữa hàm lượng Fets với năng suất lúa cuối vụ tại ấp Tân

Hưng Tây, xã Tân Hòa Tây, Tân Phước, tỉnh Tiền Giang

MỞ ĐẦUTính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Với diện tích trên 1,6 triệu ha, đất phèn giữ một vị trí quan trọng trong nền nôngnghiệp của nước ta, đặc biệt đối với ngành trồng lúa Đất phèn thường có hàm lượngchất hữu cơ cao, với đặc điểm phát sinh học chủ đạo trong đất đó là sự hình thành vậtliệu sinh phèn (pyrite) và quá trình oxy hoá pyrite, nên nhóm đất này tích lũy lưu huỳnhcao trong phẫu diện và pH thấp, tạo ra nhiều yếu tố hạn chế trong canh tác lúa, trong đó

có ngộ độc sắt [67] Quá trình khử do ngập nước trong đất phèn có thể làm tăng pH đếnmức trung tính giúp làm giảm nguy cơ độc nhôm đối với cây lúa nhưng lại gây nênnguy cơ ngộ độc Fe2+ [131], [133] Ngộ độc sắt là một trong những nguyên nhân chínhbên cạnh tình trạng thiếu lân làm giảm năng suất lúa trồng trên đất phèn [73], [118],[135] Ngộ độc sắt tác động đến nhiều quá trình sinh lý, sinh hoá trong cây lúa như:làm rối loạn quá trình chuyển hóa lipids, proteins và nucleic acids làm cho cây lúangừng sinh trưởng [43] Cây lúa bị ngộ độc sắt không tổng hợp được chlorophyll, láchuyển sang màu nâu (bronzing) và hệ thống rễ tổn thương không phát triển [113],[120], [165] ảnh hưởng đến khả năng hút các khoáng chất quan trọng như K, Zn, Mn,dẫn đến sự rối loạn trong quá trình tổng hợp ADN và thay đổi cấu trúc của tế bào trongcây [63] Ngộ độc sắt có thể xảy ra ở các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa; tuy nhiên,giai đoạn cây con và đẻ nhánh dễ mẫn cảm nhất Ở giai đoạn cây con, nếu bị ngộ độcsắt cây lúa kém phát triển, còi cọc, đẻ nhánh kém [32] Ở giai đoạn đầu của sinh trưởngsinh thực, nếu cây lúa bị ngộ độc sắt sẽ trổ kém, quá trình thụ phấn giảm và năng suấtlúa giảm nghiêm trọng [154] Ngộ độc sắt có thể gây thiệt hại năng suất lúa từ 13 - 30%

và trong nhiều trường hợp năng suất lúa giảm 100% tùy vào nồng độ Fe2+ trong dungdịch đất [38], [44], [146]

Vấn đề ngộ độc sắt đối với lúa trên đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Longvốn đã nghiêm trọng, cùng với xu thế biến đổi khí hậu như hiện nay sẽ càng nghiêmtrọng hơn Bên cạnh đó, nhiều Quốc gia ở thượng nguồn sông Mekong đang đắp đập

ngăn dòng nước, dẫn đến tình trạng khô hạn, thiếu nước ngọt rửa phèn, rửa độc tố sắttrong đất vùng ĐBSCL Do vậy, việc canh tác lúa trên đất phèn đang đứng trước nhiềuthách thức và hiện nay vẫn chưa có giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này.

Trong khi vấn đề ngộ độc sắt trên đất phèn được cho là rất phổ biến và được tậptrung nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới thì ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu liênquan đến bản chất của vấn đề ngộ độc sắt Do vậy, nghiên cứu để hiểu rõ ngộ độc sắtđối với cây lúa trồng trên đất phèn vùng ĐBSCL và tìm hiểu các biện pháp khắc phụcthiệt hại do ngộ độc sắt gây ra nhằm ổn định và tăng năng suất lúa là rất cần thiết

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung

Đánh giá được thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa; động thái và bản chất củaquá trình khử sắt, thiết lập được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ trong dungdịch đất và đề xuất được một số giải pháp làm giảm thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra trêncây lúa vùng ĐBSCL

- Đánh giá được động thái của quá trình khử sắt, từ đó xác định được thời điểm

và mức độ ngộ độc Fe2+ cao trong đất phèn ngập nước

- Xác định được bản chất của quá trình khử sắt trong đất phèn ngập nước, thiết lập

được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ tại một số thời điểm ngập nướcquan trọng làm cơ sở dự báo khả năng ngộ độc sắt đối với cây lúa trên đất phènĐBSCL thông các kết quả phân tích đất ban đầu

- Thông qua việc nghiên cứu cơ chế tác động của một số yếu tố dinh dưỡng (P,

K, Ca, Zn) và nghiên cứu tác động của một số biện pháp quản lý nước trên ruộnglúa

đề xuất được một số biện pháp nhằm giảm tác hại của hiện tượng ngộ độc sắt trên cây lúa

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

 Cây lúa: Nghiên cứu trên 2 giống lúa chịu phèn phổ biến ở ĐBSCL (IR 50404 và

OM 5451)

 Đất: Nghiên cứu trên 20 mẫu đất phèn trồng lúa ở tỉnh Long An và Tiền Giang

có biểu hiện ngộ độc sắt ở các mức độ khác nhau từ nhiều vụ trước

 Địa bàn nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu tại 2 tỉnh Long An và Tiền Giang

là vùng tập trung và đại diện cho diện tích đất phèn canh tác lúa ở Đồng bằng sôngCửu Long Do sự phức tạp về mặt cơ chế gây độc giao thoa giữa yếu tố mặn vàđộc sắt cho nên đề tài không đề cập đến nhóm đất phèn nhiễm mặn

 Các thí nghiệm trong chậu được thực hiện tại Chi nhánh Viện Ứng dụng Côngnghệ tại TP HCM và các thí nghiệm ngoài đồng ruộng được thực hiện ở vụ HèThu tại tỉnh Long An và Tiền Giang

 Thời vụ nghiên cứu: Do trong vụ Đông Xuân trải qua quá trình ngập lụt đã rửatrôi phần lớn độc tố sắt trong dung dịch đất và ngộ độc sắt không phải là vấn đềnghiêm trọng cho nên nghiên cứu chủ yếu tập trung trong vụ Hè Thu có nhiềunguy cơ về độc sắt đầu vụ

 Do quá trình khử trong đất ngập nước làm tăng pH đất về giá trị trung tínhgiúp gần như triệt tiêu nguy cơ độc nhôm cho nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứuđộc sắt như một độc tố chính gây ảnh hưởng lúa trên đất phèn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

- Đề tài đã thiết lập được mối quan hệ giữa nồng độ Fe tích lũy trong lá lúa –mức độ bronzing – năng suất lúa và đã xác định được ngưỡng tích lũy Fe trong látối ưu và ngưỡng Fe gây độc đối với giống lúa IR 50404

- Xác định được mối tương quan giữa hàm lượng Fe tích lũy trong lá và năngsuất như một tiêu chí để dự báo tình trạng độc sắt và năng suất dự kiến cuối vụthông qua chỉ tiêu phân tích Fe trong lá ở giai đoạn 40 ngày sau sạ

- Đề tài đã xác định ngưỡng nồng độ Fe2+ trong dung dịch gây ảnh hưởng mạnhđến khả năng hút dinh dưỡng và khả năng sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 vàOM

5451 và đã chỉ ra được giống có khả năng chịu độc sắt cao hơn

- Đề tài đã làm sáng tỏ được các thành phần sắt trong đất tham gia vào quá trìnhkhử

Fe2+ trong đất phèn ngập nước, trong đó đã chỉ ra được các oxyhydroxides sắt dạng vôđịnh hình và sắt cấu trúc tinh thể kém (Feo) tham gia vào quá trình khử sắt từ

giai đoạn sau 7 ngày ngập nước và giữ vai trò chủ đạo cho đến cuối kỳ ngập nước;các oxyhydroxides sắt tinh thể (Fett) tham gia phản ứng khử chậm hơn và chỉ bắtđầu có ý nghĩa từ thời điểm 42 ngày ngập nước; pH là yếu tố quan trọng tác độnglên quá trình khử sắt từ ngày thứ 7 cho đến cuối kỳ ngập nước, trong khi đó hữu cơchỉ đóng góp có ý nghĩa trong quá trình khử sắt chủ yếu trong giai đoạn 7 ngày đầungập nước

- Đề tài đã chứng minh được vai trò của 2 nguyên tố dinh dưỡng P và Zn trong việc nâng cao khả năng oxy hoá vùng rễ cây lúa, giúp giảm ngộ độc sắt đối với câylúa

Ý nghĩa thực tiễn

- Xác định được giống lúa IR 50404 có khả năng chịu ngộ độc sắt cao hơngiống lúa OM 5451 làm cơ sở cho việc khuyến cáo sử dụng giống lúa IR 50404như là một giống đặc thù chịu ngộ độc sắt cho các vùng đất phèn có nguy cơ ngộđộc sắt cao.

- Xây dựng được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ tại một số thời điểmngập nước thông qua tính chất đất ban đầu có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuấttrong việc dự báo tác động của ngộ độc sắt tại từng thời điểm cụ thể trong việccanh tác lúa trên đất phèn vụ Hè Thu.

- Chứng minh được hai nguyên tố P và Zn trong việc cải thiện khả năng oxy hóavùng rễ làm cơ sở cho việc đề xuất ứng dụng P và Zn như một biện pháp giảm thiệthại do ngộ độc sắt gây ra và cải thiện năng suất lúa vụ Hè Thu

- Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của một số biện pháp quản lý nước trênruộng lúa cho phép nghiên cứu đề xuất thay và điều chỉnh nước ruộng lúa như mộtbiện pháp kỹ thuật bổ sung giúp hạn chế ngộ độc sắt đối với cây lúa trồng trên đấtphèn trong vụ Hè Thu

Đóng góp mới của luận án

- Chứng minh được các dạng oxyhydroxide sắt vô định hình và tinh thể yếu (Feo)

đóng vai trò chính trong quá trình khử Fe2+; các dạng oxyhydroxide sắt có cấu trúctinh thể (Fett) đóng vai trò thứ yếu trong quá trình khử Fe2+; pH là yếu tố quantrọng tác động lên quá trình khử sắt từ ngày thứ 7 cho đến cuối kỳ ngập nước trongkhi đó hữu cơ chỉ đóng góp có ý nghĩa trong quá trình khử sắt chủ yếu trong giaiđoạn 7 ngày đầu ngập nước

- Luận án đã chứng minh được vai trò P và Zn trong việc tăng khả năng oxy hoávùng rễ lúa góp phần hạn chế ngộ độc sắt của cây lúa trồng trên đất phèn vùngĐBSCL

1.1 Vị trí địa lý và sản xuất lúa gạo vùng Đồng bằng sông Cửu Long

TP Hồ Chí Minh ĐBSCL gồm có 13 đơn vị hành chính: thành phố Cần Thơ và

12 tỉnh (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Kiên Giang, TràVinh, Bạc Liêu, Hậu Giang, Sóc Trăng, Cà Mau và An Giang), với diện tích đất tựnhiên khoảng 4 triệu ha chiếm 12% diện tích của cả nước, trong đó đất nông nghiệpchiếm 2,97 triệu ha [14]

1.1.2 Sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long được xem là vùng sản xuất lúa lớn nhất nước, từ lâungành sản xuất lúa gạo đã trở thành sản phẩm chủ lực của ĐBSCL Tổng diện tích đấtlúa của toàn vùng gần 2 triệu hecta, chiếm 46,9% diện tích đất lúa cả nước [5] Theo sốliệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam (2018) [25], chỉ tính riêng trong 2 năm 2017 và

2018 diện tích gieo sạ lúa tính trong cả năm toàn vùng là 4.185.000 ha trong năm 2017

và 4.107.000 ha trong năm 2018, năng suất bình quân đạt 5,64 tấn/ha và sản lượng đạttrên 23 triệu tấn năm 2017 và trên 24 triệu tấn năm 2018 Sản xuất lúa gạo ở ĐBSCLchiếm trên 50% sản lượng của cả nước và chiếm 90% sản lượng gạo xuất khẩu, đónggóp vào kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam trên 2 tỷ USD/năm Với những số liệu nêutrên cho thấy, ĐBSCL có vị trí quan trọng trong ngành trồng lúa của cả nước, một mặtvừa đảm bảo an ninh lương thực Quốc gia, mặt khác vừa đóng góp trong kim ngạchxuất khẩu nông sản của Việt Nam

1.1.3 Một số giống lúa phổ biến vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Kết quả điều tra của Trần Xuân Định và ctv (2015) [6] cho thấy, vùng ĐBSCL

có tổng 52 giống lúa đang được gieo trồng thuộc 3 nhóm: lúa tẻ 45 giống với diện tích

4,15 triệu ha, chiếm 98,9%; lúa lai 5 giống diện tích 31,57 nghìn ha chiếm 0,8%, lúa

nếp diện tích 15,84 nghìn ha chiếm 0,4% Trong số 45 giống lúa tẻ có 10 giống lúa

đang được trồng phổ biến nhất; trong đó, giống IR 50404 và OM 5451 có diện tích

gieo sạ lớn nhất vùng ĐBSCL theo thứ tự là 1,33 và 0,63 triệu ha (Bảng 1.1) Hiện nay,

giống lúa OM5451 được canh tác với diện tích gần một triệu hecta mỗi năm [3]

Bảng 1.1 Diện tích mười giống lúa phổ biến nhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long Đơn

Giống lúa IR 50404 có nguồn gốc từ Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và

được nhập vào Việt Nam đầu năm 1990 Giống IR 50404 được Bộ Nông nghiệp và

Phát triển Nông thôn (NN&PTNT) [3] công nhận là giống lúa mới theo Quyết định số74/2004/QĐ-BNN ngày 16/12/2004 Giống IR 50404 có một số đặc tính sinh trưởngđược thể hiện tại Bảng 1.2 sau:

Bảng 1.2 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa IR 50404

Thời gian sinh trưởng

Chiều cao cây

Nguồn: Học Viện Nông nghiệp Việt Nam (2020) [12]

Giống lúa OM 5451 được chọn từ tổ hợp lai Jasmine 85/OM 2490 và được BộNông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận là giống lúa mới theo Quyết định số711/QĐ-TT-CLT ngày 07 tháng 12 năm 2011 [3] Giống OM 5451có một số đặc tínhsinh trưởng thể hiện tại Bảng 1.3

Kết quả điều tra do Bộ NN& PTNT thực hiện năm 2015 cho thấy, 2 giống lúa

IR 50404 và OM 5451 có diện tích gieo trồng phổ biến nhất ở vùng Đồng bằng SôngCửu Long Do vậy, đề tài đã chọn 2 giống lúa này để thực hiện việc nghiên cứu ngộđộc sắt

Bảng 1.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa OM 5451

Thời gian sinh trưởng

Chiều cao cây

thành sulfide trong điều kiện yếm khí, chất hữu cơ là nguồn năng lượng cho các vikhuẩn sử dụng trong quá trình khử sulfate Ngoài ra, sắt (Fe2+) thường được tạo ra doquá trình khử các hợp chất sắt III Do đó sự kết hợp của sulfate từ nước biển, chất hữu

cơ, điều kiện yếm khí và sự có mặt của Fe2+ tạo thành pyrite

Theo Dent (1986) [67] mô tả tiến trình hình thành pyrite gồm:

- Khử các ion sulfate thành sulfide có sự tham gia của các vi khuẩn khử sulfate

và phân giải chất hữu cơ

- Quá trình oxy hóa một phần sulfide tạo thành nguyên tố lưu huỳnh (S)

- Sự tạo thành các monosulfide sắt (FeS) là do sự kết hợp giữa sulfide hòa tanvới sắt Sắt có nguồn gốc từ sắt III và silicate trong trầm tích bị khử tạo thànhsắt II do tác động của vi khuẩn

- Hình thành pyrite do sự kết hợp giữa monosulfide và nguyên tố lưu huỳnh, sự hình thành pyrite có thể được biểu diễn bằng phương trình tổng quát như sau:

Fe2O3 + 4 SO42- + 8 CH2O + 1

2 O2 

2 FeS2 + 8 HCO3- + 4

H2O Điều kiện cần thiết cho quá trình hình thành pyrite [69]:

- Phải có sự hiện diện của Fe

- Điều kiện kỵ khí phải chiếm ưu thế để cho phép khử sunfat và oxide sắt

- Phải có nguồn sulfate hòa tan

- Phải có các vi khuẩn khử sắt và sulfat

- Cần có chất hữu cơ như là một nguồn năng lượng cho vi sinh vật

- Thủy triều lên xuống phải đủ mạnh để loại bỏ độ kiềm tạo ra trong quá trình hình thành pyrite

- Quá trình lắng đọng phải chậm

Cơ chế tích tụ pyrite về cơ bản như sau: Vi sinh vật khử ion sắt (Fe3+) thành các ionsắt (Fe2+), sunfate (SO42-) thành sunfua (S2-) trong điều kiện thiếu oxy (ngập nước) Chấthữu cơ bị phân hủy trong quá trình này, cuối cùng thành bicarbonate Do đó, một

hợp chất tiềm ẩn acid (pyrite) và các hợp chất kiềm (bicacbonate) được hình thànhtrong một hệ thống ban đầu là trung tính Thuỷ triều giúp xả nước loại bỏ độ kiềm(HCO3-) nhưng chất tiềm ẩn acid (pyrite) vẫn còn sót lại [69].

 Quá trình oxy hóa pyrite:

Pyrite ổn định trong điều kiện khử, khi đất thoát nước điều kiện oxy hóa hìnhthành, bắt đầu diễn ra tiến trình oxy hóa pyrite và tạo ra tính acid Việc thoát nước cóthể xảy ra một cách tự nhiên do mực nước biển hạ thấp hoặc do thủy triều lên xuống,hoặc do hạ mực nước ngầm, hoặc quá trình khai thác quặng làm mực thủy cấp xuốngthấp hoặc cũng có thể do tác động của con người trong việc đào các kênh mương dẫnnước

Theo Dent (1986) [67], tiến trình oxy hóa pyrite trong đất phèn diễn ra nhiềugiai đoạn, liên quan đến quá trình hóa sinh học trong đất, ban đầu oxy hòa tan phảnứng chậm với pyrite tạo ra sắt II và S theo phản ứng:

FeS +2

Quá trình oxy hóa lưu huỳnh bởi oxy xảy ra rất chậm nếu thiếu sự tham gia của các vi sinh vật:

SO42

Quá trình oxy hóa cũng có thể xảy ra do sự oxy hóa monosulfide (FeS):

2 FeS +Trong điều kiện pH < 4, Fe3+ trở lên dễ hòa tan và tham gia quá trình oxy hóapyrite để tạo thành Fe2+ và S:

FeS2Quá trình oxy hóa sắt Fe3+ với S được biểu diễn như sau:

FeS + 14 Fe3+ + 8 H

2

Khi có sự hiện diện của oxy, Fe2+ sinh ra từ các phản ứng nêu trên sẽ nhanh

chóng bị oxy hóa thành Fe3+ Trong điều kiện pH < 3,5 và có sự tham gia của vi khuẩn

Thiobacillus ferrooxidans và Fe3+ trả về cho hệ thống theo phản ứng sau:

4

Quá trình oxy hóa pyrite nhờ Fe3+ nhưng phản ứng nhanh hay chậm lại phụ

thuộc vào pH, vì pH < 4 mới hòa tan Fe3+ và ở pH thấp thì vi khuẩn Thiobacillus

ferrooxidans mới hoạt động.

1.2.3 Đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long

Theo Nguyễn Xuân Nhiệm (2008) [24] Đồng bằng sông Cửu Long có cơ cấu

đất sản xuất nông nghiệp khá đa dạng, trong đó đất phèn chiếm tỷ trọng lớn nhất trong

cơ cấu đất sản xuất của toàn vùng, số liệu tại Bảng 1.4 sau:

Bảng 1.4 Diện tích một số nhóm đất vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng Tháp Mười (ĐTM) là vùng phèn nặng ngập nước ở ĐBSCL có diện tích697.000 ha, với diện tích đất phèn chiếm 273.831 ha [19], trải rộng 3 tỉnh Đồng Tháp,Tiền Giang và Long An Theo Tôn Thất Chiểu và ctv (1991) [4] đất phèn ĐTM đượchình thành trên những vùng biển đầm lầy hoá, là một vùng lụt kín được bao quanh bởi

gò cao của sông, biển với dấu tích của những giồng cát Tân Hiệp – Nhị Quý Đặc trưngcủa ĐTM là đầm lầy rộng lớn chứa nhiều xác hữu cơ của những thực vật nước lợ, lớpđầm lũ phủ ven sông Tiền và mỏng dần khi vào vùng trũng Long An và bắc Cái Bè,Cai Lậy Tại các lớp sét tích luỹ nhiều vật liệu sinh phèn pyrite lộ ra gần trên mặt, hìnhthành loại đất phèn nặng với độc chất cao, khó cải tạo Nghiên cứu của Trần Văn Hùng

và ctv (2017) [15] cho thấy đất phèn ĐTM có hàm lượng độc chất Al3+ và Fe2+ cao.Theo Ngô Ngọc Hưng (2009) [14], đất phèn ĐTM có pH trung bình là 3,84 giá trị caonhất là 4,30 Hàm lượng Al3+ trao đổi trung bình là 9,63 cmolc/kg, giá trị tối đa có thểđạt là 14,3 cmolc/kg Hàm lượng Fe tự do trung bình là 0,84% Fe2O3, giá trị tối đa cóthể đạt đến 2,11% Fe2O3 Hàm lượng SO42- hoà tan trung bình là 0,54%, giá trị tối đa

là 1,54%

Tứ giác Long Xuyên (TGLX) nằm ở phía Tây Bắc của ĐBSCL và được baoquanh bởi biên giới Việt Nam – Campuchia, sông Bassac, kênh Cái Sắn và Vịnh TháiLan [4] Đất phèn vùng TGLX tương đối đồng nhất về quá trình hình thành và độcchất Phần lớn khoảng 1 km sát biển đất phèn bắt nguồn từ trầm tích sét than bùn, đôikhi không thấy rõ các vết của jarosite trong tầng sulfuric, mà thường xuất hiện tầngperdysic (phèn giả) có màu xám nâu [4] Đất phèn TGLX có pH trung bình 3,95 vớigiá trị tối đa 5,4 Hàm lượng Al3+ trao đổi trung bình 5,38 cmolc/kg, với giá trị tối đa14,5 cmolc/kg xuất hiện ở đất có tầng sulfuric gần tầng mặt Hàm lượng Fe tự do trungbình 1,75% Fe2O3 với giá trị tối đa 3,64% Fe2O3 Hàm lượng SO42- hoà tan trung bình

là 0,41% với giá trị tối đa 1,27% [14]

Bán đảo Cà Mau (BĐCM) tập trung chủ yếu ở Cà Mau và một phần ở tỉnh KiênGiang (U Minh Thượng), một phần cục bộ ở Bạc Liêu và Sóc Trăng Nếu như vùng

ĐTM và TGLX đất phèn rất tập trung, thì ở vùng BĐCM đất phèn xuất hiện kiểu dabáo, đất phèn xen giữa đất mặn và đất phù sa Đất phèn vùng BĐCM hình thành trêntrầm tích sông biển hỗn hợp chứa pyrite được phủ một lớp trầm tích sông mỏng bêntrên, do đó đất phèn vùng BĐCM thường có độc chất không cao Quá trình khai tháclâu năm, đất phèn vùng BĐCM đa số đã được rửa trôi phèn và độc chất trong đất, khảnăng gây ngộ độc cho cây thấp [4] Đất phèn BĐCM có pH trung bình 4,13 với giá trịtối đa 5,33 Hàm lượng Al3+ trao đổi trung bình 2,96 cmolc/kg, với giá trị tối đa 9,62cmolc/kg xuất hiện ở đất có tầng sulfuric gần tầng mặt Hàm lượng Fe tự do trung bình0,85% Fe2O3 với giá trị tối đa 2,89% Fe2O3 Hàm lượng SO42- hoà tan trung bình0,22% với giá trị tối đa 0,96% [14].

Tây Sông Hậu (TSH) nằm chủ yếu ở tỉnh Vĩnh Long và TP Cần Thơ Đặc trưngnhất là vùng phèn Hoà An với các loại đất phèn hoạt động nông chiếm 10%, với tầngsulfuric ở độ sâu 0 - 50 cm; đất phèn trung bình chiếm 50% với tầng sulfuric ở độ sâu

50 – 100 cm và có 30% đất phèn nhẹ với tầng sulfuric ở độ sâu 100 – 150 cm, còn lại

là đất phù sa nằm dọc theo những sông và kênh lớn [4] Đất phèn TSH có pH trungbình 4,05 với giá trị tối đa 4,90 Hàm lượng Al3+ trao đổi trung bình 4,7 cmolc/kg, giátrị tối đa đạt 10,3 cmolc/kg xuất hiện ở tầng đất có tầng sulfuric gần tầng mặt Hàmlượng Fe tự do trung bình 0,9% Fe2O3 với giá trị tối đa 5,0% Fe2O3 Hàm lượng SO42-

hoà tan trung bình 0,17% với giá trị tối đa 0,54% [14]

Theo Võ Thị Gương và ctv (2016) [8], đất phèn ĐBSCL được hình thành từ cáctrầm tích sông đầm lầy, biển đầm lầy hoặc sông biển đầm lầy, có chứa vật liệu sinhphèn (pyrite) Trong hệ thống phân loại, đất phèn được xác định bởi hai loại tầng chẩnđoán chính là tầng phèn và tầng sinh phèn Đất chỉ có tầng sinh phèn gọi là đất phèntiềm tàng Đất có tầng phèn và tầng sinh phèn gọi là đất phèn hoạt động

Đất phèn tiềm tàng (Sp): Loại đất này có diện tích khoảng gần 600.000 ha Đấtđược phân loại do sự có mặt của tầng sinh phèn (Sulfudic Horizon), là tầng tích luỹ vậtliệu chứa phèn, là tầng sét và tầng hữu cơ ngập nước thường xuyên ở trạng thái yếm

khí, có chứa FeS2 > 1,7% (tương đương với > 0,7% S); khi oxy hoá tầng này trong điềukiện tự nhiên pH xuống dưới 3,5 Sự chênh lệch độ pH giữa trạng thái khử và trạng tháioxy hoá thường đạt trên 2 đơn vị Đất phèn tiềm tàng được tạo thành chủ yếu do vậtliệu pyrite (FeS2), hợp chất này thường chiếm khoảng 2 - 10% trong đất Tầng chứa vậtliệu sinh phèn (pyrite) thường xuyên bị bão hoà nước Tầng chứa khoáng (pyrite) cóthể hiện diện ở độ sâu khác nhau trong cột đất, cùng với sự hiện diện của hữu cơ và xác

bã thực vật bán phân huỷ và chứa nhiều độc chất Fe, Al và SO42-

Đất phèn hoạt động (Sj): Đất phèn hoạt động được nhận diện và phân loại do cótầng phèn (tầng sulfuric) là một dạng của tầng B xuất hiện trong quá trình phát triểncủa đất phèn tiềm tàng Khi tầng chứa vật liệu sinh phèn pyrite được thoáng khí do quátrình hạ thấp mực thuỷ cấp hoặc do các hoạt động xới xáo của con người sẽ tạo điềukiện để oxy hoá vật liệu sinh phèn hình thành nên đất phèn hoạt động Tầng chứa vậtliệu sinh phèn (pyrite) bị oxy hóa hình thành tầng jarosite (J) với màu vàng rơm đặc

trưng Đất phèn hoạt động có độ chua cao (pHKCl: 2 - 4), hàm lượng độc tố cao chủ yếu

là (Al3+ và Fe2+), hàm lượng lân dễ tiêu thấp (P2O5: 2,5 - 3,8 mg/100 g đất), hàm lượng

chất hữu cơ cao (OM > 4%), hàm lượng đạm và kali trung bình đến khá (N: 0,15 0,5%; K2O: 1,0 - 1,3%)

-Tuỳ vào độ sâu xuất hiện tầng sinh phèn và tầng phèn, đất phèn có thể chia racác tiểu nhóm đất phèn khác nhau: Đất phèn hoạt động nặng (độ sâu xuất hiện tầngsulfuric hoặc tầng có chứa vật liệu sulfidic từ 0 – 50 cm), đất phèn hoạt động trungbình (độ sâu xuất hiện tầng sulfuric hoặc tầng có chứa vật liệu sulfidic từ 50 – 100 cm)

và đất phèn hoạt động nhẹ (độ sâu xuất hiện tầng sulfuric hoặc tầng có chứa vật liệusulfidic từ 100 – 150 cm) [9]

Qua việc tổng quan về đất phèn ĐBSCL có thể thấy vùng phèn Đồng ThápMười khá tập trung, phèn nặng và diện tích canh tác lúa lớn Do vậy, đề tài đã chọn 2tỉnh Tiền Giang và Long An thuộc vùng phèn Đồng Tháp Mười làm đại diện cho vùngĐBSCL trồng lúa để tiến hành nghiên cứu về ngộ độc sắt đối với lúa

H nh 1.1 Bản đồ đất Đồng bằng sông Cửu Long (Nguồn:

Phân Viện quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp Miền Nam,

2011) [26]

1.2.4 Một số độc chất trong đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long

Trong điều kiện oxy hoá, khoáng pyrite trong đất phèn tiềm tàng sẽ bị oxy hoáthành đất phèn hoạt động Như vậy, cứ 1 mole FeS2 khi bị oxy hoá sẽ sinh ra 4 mole

H+ theo phản ứng sau:

FeS +

Sự gia tăng H+ sẽ làm gia tăng độ chua trong đất, môi trường đất có pH < 3,5 vàkhi đó phần lớn các hydroxide Fe và hydroxide Al đều bị hoà tan vượt ngưỡng gây ngộđộc cho lúa [51], [67] Độc tố nhôm (Al3+) có thể gây ngộ độc cho cây lúa ở nồng độrất thấp từ 1-2 ppm, Al ở dạng hoà tan sẽ tích luỹ trong tế bào rễ lúa, ngăn cản tế bàophân chia và phân dài rễ, ngăn cản quá trình tổng hợp các emzyme liên quan đến quátrình tổng hợp vách tế bào [67] Ngoài ra, Al3+ còn ngăn cản quá trình hấp thu dinhdưỡng khác như Ca và Phospho Ngộ độc nhôm trên cây lúa thường xuất hiện ở lá giàtrước, biểu hiện đặc trưng bởi màu vàng lục, màu trắng lục trên các gân lá Trongtrường hợp nặng các phần màu lục sẽ bị hoạt tử [86]

Độc tố Fe2+ thường xuất hiện trên đất phèn, trong điều kiện ngập nước các chấtoxy hoá (NO3-, Mn4+, Fe3+, SO42-) hoạt động như chất nhận điện tử, khi đó O2 và NO3

khử trước, tiếp theo là sự khử Mn4+ và Fe3+ Sự gia tăng nồng độ Fe2+ xảy ra sau vàituần ngập nước và có thể gây ngộ độc cho lúa [126] Trong điều kiện có oxy, Fe2+ sẽ bịoxy hoá thành Fe3+ có màu vàng nâu đỏ Fe3+ có độ hoà tan thấp nên ít gây ngộ độchoá học cho cây lúa nhưng Fe3+ có khả năng bám vào rễ cây làm cho khả năng trao đổichất của cây lúa bị hạn chế [1]

Ngoài ngộ độc do Al3+ và Fe2+ trong đất phèn còn có một số độc chất khác như độclưu huỳnh, ngộ độc acid hữu cơ và tình trạng dinh dưỡng thấp Trong đất phèn, lưu huỳnh(S) có thể ở dạng FeS, FeS2, H2S, S tự do, S dạng hữu cơ hoặc SO3, SO42- Trong đó cácdạng gây ngộ độc cho lúa là H2S, SO42-, SO32- Trong quá trình khử sulfate dẫn đến sựtích tụ H2S cao, làm ngăn cản quá trình hô hấp của rễ lúa, ảnh hưởng

đến việc trao đổi chất của cây, độc tố lưu huỳnh còn làm ngưng tụ cao các muối có hạicho cây [2] Acid hữu cơ như acid metanic, acid acetic được tạo ra từ quá trình phângiải chất hữu cơ, xác bã sinh vật trong điều kiện yếm khí Các acid hữu cơ này có thểngăn cản quá trình vươn dài của rễ, làm giảm khả năng hô hấp và hút dinh dưỡng của

rễ cây lúa Hàm lượng các acid hữu cơ có xu hướng tăng cùng với quá trình ngập nước

và sau đó giảm dần khi pH đất tăng trên 6,5 Cây lúa bị ngộ độc acid hữu cơ có biểuhiện triệu chứng lùn cây, đẻ nhánh kém, lá có màu vàng hoặc nâu, nhiều hạt lép [128]

Đất phèn với đặc tính tích luỹ lưu huỳnh cao trong phẫu diện và có nhiều yếu tốhạn chế trong canh tác lúa như đã đề cập ở trên Do điều kiện thời gian và kinh phí cóhạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về tác hại của ngộ độc sắt nhị (Fe2+) đến sinhtrưởng và năng suất của cây lúa, để tìm ra các biện pháp giảm giảm ngộ độc sắt duy trìnăng suất lúa trong vụ Hè Thu vùng Đồng bằng sông Cửu Long

1.3 Sắt trong đất và quá trình khử sắt trong đất ngập nước

1.3.1 Sắt trong đất

Sắt chứa 5% lớp vỏ trái đất, phần lớn đất trên thế giới đều giàu sắt và lượng sắttrong đất dao động từ 7.000 - 500.000 mg/kg [72] Trong đất thoáng khí hàm lượng Fe3+thường chiếm ưu thế hơn Fe2+ và ngược lại, trong điều kiện khử hàm lượng Fe2+ chiếm ưuthế và dễ dẫn đến gây ngộ độc cho cây trồng Khi pH tăng lên 1 đơn vị, lượng Fe3+ giảm1.000 lần, trong khi đó Fe2+ giảm 100 lần, tương tự như vậy đối với Mn2+, Zn2+ và Cu2+[107] Ở mức pH bình thường của đất canh tác, sắt hữu dụng không đủ để đáp ứng yêu cầucủa cây, hiện tượng thiếu sắt thường xảy ra ở đất có pH cao, do Fe2+ thường kết tủa dướidạng Fe(OH)3 nên cây trồng không hấp thu được Ngược lại, đất có pH thấp hàm lượng

Fe2+ hòa tan trong dung dịch cao có thể gây ngộ độc cho cây Dạng sắt trong đất phụ thuộcrất chặt với pH, khi pH đất thấp < 5 dạng sắt hòa tan chiếm ưu thế, nhưng khi pH > 6 sắt

dễ liên kết chặt với các dạng phosphate tạo thành các hợp chất humic Fe(Al)-P [78] Khảnăng hòa tan từ Fe3+ thành Fe2+ sẽ bị giảm khi

- Các oxide sắt có cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh, đại diện là geothite (FeOOH);haematite (Fe2O3)… [167] Oxide sắt có cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh thườngthấy trên đất phèn đã khai hóa nhiều năm [127].

- Các oxide sắt không có cấu trúc tinh thể (noncrytalline) và các oxide sắt cócấu trúc tinh thể yếu (poorly crystaline) đại diện là ferrihydrite (5Fe2O3.9H2O)

… [49], [57] Theo Ponnamperuma và ctv (1973) [127] và Pons (1973) [129]các

dạng oxide sắt có cấu trúc tinh thể yếu hoặc không có cấu trúc tinh thể thường thấy ở đất phèn trẻ

Để xác định các thành phần của oxide sắt một số phương pháp phân tích sau thường được áp dụng bao gồm:

Phương pháp chiết các oxide sắt tự do (free iron oxides) (Phương phápDithionite-Citrate-Bicarbonate (DCB)): Sử dụng chất khử mạnh dithionite-citrate-bicarbonate (DCB) để trích các oxide sắt tự do bao gồm các oxide sắt cócấu trúc tinh thể, oxide sắt vô định hình và cả oxide sắt có cấu trúc tinh thể yếu.Mặc dù có một số nghiên cứu chỉ ra rằng tính chọn lọc của phương pháp DCB

chưa cao, nhưng phương pháp này vẫn được đánh giá cao trong việc ước lượngoxide sắt của nhiều loại đất, đặc biệt trong những đất bị rửa trôi mạnh, nghèokhoáng dễ phong hóa ở nhiều loại đất nhiệt đới [50].

Phương pháp chiết các oxide sắt vô định hình và các oxide sắt có cấu trúc tinhthể yếu (Phương pháp oxalate): được dùng phổ biến để xác định hàm lượngoxide sắt vô định hình và sắt có cấu trúc tinh thể yếu, sử dụng phương phápbằng cách chiết mẫu bằng hỗn hợp NH4-oxalate-oxalic acid tại pH 3 trong bóngtối [48]

1.3.3 Động thái khử sắt trong đất ngập nước

Trong điều kiện ngập nước, khi các tế khổng trong đất chứa đầy nước, oxy bịđẩy ra khỏi tế khổng và điều kiện kỵ khí hình thành và tiến trình khử trong đất bắt đầudiễn ra Trong điều kiện yếm khí các vi sinh vật háo khí trở lên bất động hoặc chết đi,các vi vinh vật kỵ khí hình thành và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sử dụng các chất oxyhóa trong đó có Fe3+ để tạo ra phản ứng khử mà sản phẩm là Fe2+ được hình thành.Phản ứng khử Fe3+ thành Fe2+ được Ponnamperuma (1972) [126] diễn tả như sau:

Fe(OH)3 + e- + 3H+ Fe2++ 3H2O3Fe(OH)3 + e- + H+ Fe3(OH)8+ H2O

Fe3(OH)8 + 2e- + 8H+ 3Fe2++ 8H2ONghiên cứu của Dent (1986) [67] cho thấy, đất phèn ngập nước các vi khuẩn kỵkhí phân hủy chất hữu cơ và sinh ra năng lượng thúc đẩy quá trình khử oxide sắt và tạo

ra các sản phẩm là Fe2+ và H2S là hai độc chất chính trong tiến trình khử của đất phèn: