Ảnh hưởng của biochar và kỹ thuật quản lý nước lên một số đặc tính hóa học và sinh học đất cuối vụ lúa tại quận bình thủy thành phố cần thơ

Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số Chuyên đề Môi trường Biến đổi khí hậu (2021)(1): 67-78 DOI:10.22144/ctu.jsi.2021.030 ẢNH HƯỞNG CỦA BIOCHAR VÀ KỸ THUẬT QUẢN LÝ NƯỚC LÊN MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HĨA HỌC VÀ SINH HỌC ĐẤT CUỐI VỤ LÚA TẠI QUẬN BÌNH THỦY-THÀNH PHỐ CẦN THƠ Đỡ Thị Xn1*, Trần Sỹ Nam2, Nguyễn Hữu Chiếm2, Nguyễn Quốc Khương3 Phạm Thị Hải Nghi1 Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ Khoa Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ * Người chịu trách nhiệm viết: Đỗ Thị Xuân (email: dtxuan@ctu.edu.vn) Thông tin chung: ABSTRACT Title: Effects of biochar amnedments and water managment regimes on some soil chemical and biological characteristics in paddy soil at Binh Thuy district, Can Tho city The aim of this study was to investigate effects of biochar and water management on some soil chemical and biological parameters as well as rice yields grown on the early winter-spring crop in 2019-2020 at Binh Thuy district, Can Tho city The field experiment was set up as a randomized complete block (RCB) design with a total of six treatments (n=3) from two factors including biochar kinds/types and water management regimes Results showed that biochar amendments as well as water management regimes increased soil pH, organic matter content in soil (%C) and decreased EC parameters significantly in comparison to those of the control treatment Presence of arbuscular mycorrhizal fungal community as well as the density of phosphorus solubilizing bacteria were affected by either biochar amendments or/and water management regimes The density of the total bacteria, total fungi, free nitrogen-fixing bacteria, cellulolytic bacteria, and rice yield were not affected by these factors in this study Ngày nhận bài: 12/04/2021 Ngày nhận sửa: 18/10/2021 Ngày duyệt đăng: 15/11/2021 Từ khóa: Biochar, khơ - ngập ln phiên, ngập liên tục, nấm rễ nội cộng sinh arbuscular mycorrhiza Keywords: Alternative wetting and drying, arbuscular mycorrhizal fungi, biochar, continuous flooding TÓM TẮT Nghiên cứu thực nhằm đánh giá ảnh hưởng biochar kỹ thuật quản lý nước lên số đặc tính hóa học sinh học đất suất lúa vụ Đông Xuân sớm 2019 – 2020 tại Bình Thủy, Cần Thơ Thí nghiệm đồng ruộng bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên với tổng cộng nghiệm thức (n=3) từ hai nhân tố bao gồm loại biochar kỹ thuật quản lý nước Kết phân tích cho thấy bổ sung biochar quản lý nước tưới kết hợp biochar quản lý nước giúp gia tăng giá trị pH đất, tăng hàm lượng chất hữu đất, giảm EC, ảnh hưởng diện nấm rễ nội cộng sinh (AM) mật số vi khuẩn khòa tan lân Mật số vi khuẩn tổng số, mật số nấm tổng số, nhóm vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn phân hủy cellulose suất lúa nghiệm thức chưa thể khác biệt so với nghiệm thức đối chứng không bổ sung biochar kỹ thuật quản lý nước 67 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số Chuyên đề Môi trường Biến đổi khí hậu (2021)(1): 67-78 nước vào mùa khô gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến vùng chuyên canh trồng lúa nước, tác động làm thay đổi đặc tính hóa, lý sinh học đất Mơ hình quản lý nước khơ ngập ln phiên (Alternate Wetting and Drying - AWD) canh tác lúa xem phương pháp thích ứng canh tác lúa tại số nơi ĐBSCL sử dụng phương pháp tiết kiệm nước canh tác lúa nhiều quốc gia giới (Cabangon et al., 2012; Chapagain & Yamaji, 2010; Dong et al., 2011; Rejesus et al., 2011) Tuy nhiên việc quản lý nước q trình canh tác lúa khơ ngập ln phiên ảnh hưởng đến chu trình dinh dưỡng số đặc tính sinh học đất (Gordon et al., 2008; Tan et al., 2017) Việc bổ sung vật liệu hữu biochar xem phương pháp giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính cải thiện chất lượng đất (Glaser, 2007; Liang et al., 2017; Nguyen et al., 2020; Warnock et al., 2007) Do nghiên cứu thực với mục tiêu đánh giá ảnh hưởng hai loại biochar phương pháp quản lý nước canh tác lúa đến số đặc tính hóa học, sinh học suất lúa ĐẶT VẤN ĐỀ Vi sinh vật có vai trị quan trọng tham gia vào chu trình sinh địa hóa đất giúp cân hệ sinh thái đất (Hill et al., 2000) Những thay đổi thành phần số lượng vi sinh vật đất phản ánh thay đổi chất lượng đất (Franchini et al., 2007) Vi sinh vật có lợi đất cộng đồng nấm rễ nội cộng sinh, vi khuẩn hòa tan lân, vi khuẩn cố định đạm có vai trị quan trọng việc huy động cung cấp chất dinh dưỡng cho trồng (Sahu et al., 2018) Sự cân quần thể vi sinh vật đất thường bị tác động nhiều yếu tố, có hoạt động canh tác nơng nghiệp Do đó, việc trì cân sinh học hệ sinh thái đất canh tác có ý nghĩa quan trọng giúp trì độ phì nhiêu đất, giúp canh tác nông nghiệp bền vững thân thiện với môi trường (Alori & Babalola, 2018) Biochar (than sinh học) biết đến chất cải tạo đất (Lehmann et al., 2006) Theo Woolf et al (2010), biochar có tiềm việc làm giảm biến đổi khí hậu thơng qua q trình cố định nguồn carbon giảm phát thải nitơ Bổ sung biochar vào đất làm thay đổi đặc tính hóa học, sinh học đất, tăng khả giữ dinh dưỡng, nước bảo vệ cộng đồng vi sinh vật đất Một số nghiên cứu xác định tác dụng than sinh học sinh trưởng suất trồng đạt cao bón kết hợp biochar với phân khống hợp lý(Ishii & Kadoya, 1994; Lehmann et al., 2003; Warnock et al., 2007) PHƯƠNG TIỆN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương tiện Thí nghiệm đồng ruộng thực đất phù sa có tính phèn nhẹ (Thionic Gleysols) theo hệ thống phân loại WRB/FAO (2006) với số đặc tính hóa học đất trình bày Bảng Giống lúa IR50404 có thời gian sinh trưởng 90 - 95 ngày Phân bón theo khuyến cáo 80N - 40P2O5 40K2O kg ha-1 (Vo et al., 2017) chia thành lần bón vào giai đoạn 9, 23 38 ngày sau sạ Trong năm gần đây, biến đổi khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến canh tác lúa Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) Hiện tượng thiếu Bảng 1: Đặc tính hố học đất đầu vụ Nghiệm thức ĐC -AWD Biochar trấu- AWD Biochar tràm AWD ĐC-CF Biochar trấu -CF Biochar tràm - CF pH 4,8 5,3 4,7 4,8 4,5 5,2 Dung trọng (g.cm-3) 0,98 ± 0,09 0,70 ± 0,03 0,71 ± 0,005 1,01 ± 0,13 0,86 ± 0,03 0,86 ± 0,10 Tỷ trọng (g.cm-3) 2,22 ± 0,13 2,02 ± 0,07 1,91 ± 0,0 2,44 ± 0,01 2,04 ± 0,06 1,93 ± 0,10 Độ xốp (%) 55,9 ± 5,3 65,1 ± 2,1 62,9 ± 4,2 58,79 ± 5,3 57,90 ± 2,1 55,59 ± 3,3 CHC (%C) 3,18 4,76 4,50 4,06 4,08 3,96 P2O5 (mg.kg-1) 43,6 ± 9,1 50,0 ± 7,8 57,4 ± 6,4 40,61 ± 9,3 50,52 ± 15,3 51,76 ± 10,6 Ghi chú: Thanh sai số thị sai số chuẩn (±SD) nghiệm thức CF- Ngập liên tục, AWD – Khô ngập luân phiên ĐC – nghiệm thức không bổ sung biochar, Biochar trấu – 10 biochar trấu.ha-1, Biochar tràm – 10 biochar tràm/ha-1 Đặc tính đất đầu vụ thí nghiệm tham khảo từ nghiên cứu Trần Sỹ Nam ctv (2020), Hồ Minh Nhựt (2020) Nguyễn Ngọc Bảo Trâm (2020) Biochar sử dụng thí nghiệm bao gồm loại: biochar trấu (Công ty Mai Anh, Đồng Tháp) biochar tràm (Phụng Hiệp, Hậu Giang) với số đặc tính hóa học biochar tình bày Bảng 68 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số Chuyên đề Môi trường Biến đổi khí hậu (2021)(1): 67-78 Bảng 2: Một số đặc tính hóa học biochar sử dụng nghiên cứu (Trần Sỹ Nam ctv, 2020; Hồ Minh Nhựt, 2020; Nguyễn Ngọc Bảo Trâm, 2020) CEC Ntot C Chỉ số I2 Ptot (g/kg) (cmol.kg-1) (g/kg) (g/kg) (mg/g) Biochar trấu 9,56 13,2 0,13 3,26 253,5 515,2 Biochar tràm 7,54 9,55 0,33 2,50 291,8 449,1 trước vùi lại đất, tiến hành làm đất Thiết bị sử dụng gồm rây mẫu đất ( = chuẩn bị gieo sạ Diện tích mỡi lặp lại 20 m2 với cm) với mắt rây 500 µm, 300 µm, 210 µm, 106 khối lượng lúa sạ 150 g/20m2 µm 25 µm, giấy lọc có chia hãng Sartorius, kính hiển vi quang học Olympus (Model CX21FS1), Quản lý nước tưới: Trong mơ hình tưới ngập liên kính hiển vi soi Olympus (Japan, S2-ST) Các tục, mực nước kiểm soát khoảng – 15 hóa chất sử dụng nghiên cứu bao gồm acetic cm mặt ruộng suốt thời gian sinh trưởng acid (CH3COOH), boric acid (H3BO3) 2,4%, lactic lúa Giai đoạn 15 ngày trước lúc thu hoạch acid (C3H6O3), dung dịch Melzer sử dụng cho ruộng rút nước giữ ẩm Ở mơ hình tưới khơ nhuộm bào tử nấm AM, đường sucrose 50%, FeSO4 ngập luân phiên, mực nước giữ ruộng 0,5N, H2SO4, H3PO4 đậm đặc, K2Cr2O7 1N, KOH, độ sâu - cm đến giai đoạn lúa 10 ngày trypan blue 0,05% sử dụng cho nhuộm rễ lúa tuổi (10 NSS) tiến hành để nước cạn đến giai xử lý đoạn 15 NSS; mực nước giảm xuống -10 cm so 2.2 Phương pháp với bề mặt đất ruộng tiến hành cho nước vào khoảng cm so với bề mặt đất ruộng Từ giai đoạn Thí nghiệm đồng ruộng thực tại 15 NSS đến gia đoạn 45 NSS, nước bơm lần phường Thới An Đơng, quận Bình Thủy, thành phố Ở giai đoạn lúa từ 45 đến 60 NSS, lúa giữ nước Cần Thơ vào vụ Đông Xuân năm 2020 Thí nghiệm ngập liên tục độ sâu cm so với mặt đất ruộng bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên Đến giai đoạn lúa 70 NSS, lúa thêm nước với tổng cộng sáu nghiệm thức ba lần lặp lại, hai lần cuối với độ sâu mực nước cm Mười lăm nhân tố bao gồm loại biochar trấu biochar ngày trước thu hoạch lúa nước rút hết để tràm (nhân tố A) biện pháp quản lý nước tưới thuận tiện cho thu hoạch (Hình 1) khơ ngập ln phiên (AWD) tưới ngập liên tục Nguồn biochar pH EC (µS/cm) 1836 722 (continuously flooded - CF) Tồn rơm rạ vụ Hình 1: Diễn biến mực nước ruộng lúa hai mô hình canh tác lúa vụ Đơng Xn năm 2019- 2020 rễ già rễ có biểu bất thường xử lý theo mô tả Phạm Thị Hải Nghi ctv (2020) Đối với mẫu đất, loại bỏ xác bã thực vật, trộn Mẫu đất chia thành phần, phần sử dụng để xác định mật số vi sinh vật phần lại phơi khơ nhiệt độ phịng để xác định số tiêu hóa học đất 2.3 Phương pháp thu mẫu Tại thời điểm thu hoạch lúa, mẫu đất vùng rễ lúa rễ lúa thu độ sâu – 15 cm Ở mỡi thí nghiệm, tiến hành thu vị trí theo hình chữ Z, cho vào bọc trộn đại diện cho mẫu đất bảo quản điều kiện mát Mẫu rễ rửa sạch, loại bỏ 69 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số Chuyên đề Môi trường Biến đổi khí hậu (2021)(1): 67-78 2.4 Phương pháp đánh giá tiêu sinh học hố học đất 2.5 Phương pháp xử lí số liệu Sử dụng phần mềm Microsoft Excel (phiên bản 2016) để tổng hợp, xử lý số liệu Các tiêu hóa học sinh học đất đánh giá sử dụng phần mềm Minitab 16.2 để phân tích phương sai sử dụng phép thử Tunkey để đánh giá khác biệt nhân tố nghiên cứu Một số tiêu sinh học đất: Mẫu đất tươi sau xử lý xác định mật số bào tử nấm rễ nội cộng sinh đất vùng rễ theo phương pháp mô tả Phạm Thị Hải Nghi ctv (2020) Mật số vi sinh vật ruộng lúa xác định sử dụng môi trường PDA (Potato Dextrose Agar) cho nhóm nấm tổng số, TSA (Trytone Soya Agar) cho nhóm vi khuẩn tổng số (Clark, 1965), mơi trường NBRIP cho nhóm vi khuẩn hịa tan lân, mơi trường Burk khơng đạm cho nhóm vi khuẩn cố định N tự đất (Park et al., 2005) môi trường CMC (Carboxyl Methy Cellulose) cho nhóm vi khuẩn có khả phân hủy cellulose (Ulrich et al., 2008) Mẫu đất phơi khơ khơng khí nghiền qua mắt rây mm 0,5 mm tiến hành phân tích tiêu hoá học đất bao gồm pHH2O EC (tỉ lệ đất: nước 1:2,5) đo pH kế (Hanna HI 8314) EC kế (Schott Prolab 2000 – Đức), chất hữu (%C, Walkley Black) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng biochar lên số đặc tính hóa học đất Kết quả phân tích mẫu đất cuối vụ trồng lúa cho thấy thay đổi số tính chất hóa học đất khơng đáng kể đất đầu vụ đất cuối vụ nghiệm thức thí nghiệm Tuy nhiên, tại thời điểm thu hoạch lúa, giá trị pH, EC, chất hữu nghiệm thức khác bị ảnh hưởng loại biochar, phương pháp quản lý nước tương tác nhân tố lên đặc tính hóa học đất (Bảng Bảng 3) Bảng Ảnh hưởng kỹ thuật quản lí nước hàm lượng biochar đến pH, EC chất hữu đất CF AWD Trung bình (A) F(A) F(B) F(A x B) CV(%) CF AWD Trung bình (A) F(A) F(B) F(A x B) CV(%) CF AWD Trung bình (A) F(A) F(B) F(A x B) CV(%) Đối chứng Biochar trấu Biochar tràm pH (đất) (tỉ lệ đất: nước= 1: 2,5) 4,76d 4,81c 4,92a d b 4,73 4,87 4,83bc 4,74C 4,84B 4,87A EC(µS/cm) (tỉ lệ đất: nước= 1:2,5) 428,7b 422,0bc a 493,5 405,3c 461,1A 413,7B Trung Bình (B) 4,83Y 4,81Z ** * ** 1,33 384,4c 425,1bc 404,8B 411,7Z 441,3Y ** ** ** 1,38 3,82cd 3,80d 3,81C CHC (%C) 4,25a 4,08b 4,16A 4,02b 3,90c 3,96B 4,03Y 3,93Z ** ** ** 8,18 Ghi chú: Giá trị trung bình cột (FB), hàng F(A) số liệu ma trận nghiệm thức có ký tự theo sau khác khác biệt ý nghĩa thống kê mức 1% qua phép kiểm định Duncan **: khác biệt mức ý nghĩa 1%, *: khác biệt mức ý nghĩa 5%, ns: khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê CF: ngập liên tục, AWD: khô ngập luân phiên 70 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Tập 57, Số Chuyên đề Môi trường Biến đổi khí hậu (2021)(1): 67-78 al., 2011; Liang et al., 2017) Phương pháp giữ nước ngập liên tục CF ruộng giúp trì hàm lượng chất hữu cao khác biệt có ý nghĩa thống kê (p