TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀNGHIÊNCỨU
Sự hình thành, tích luỹ cacbon hữu cơtrongđất
1.1.1 Khái niệm và nguồn cacbon hữu cơ trongđất
Cacbon hữu cơ trong đất đóng vai trò quan trọng đối với tất cả quá trình xảy ra trong đất và có tác động đến hầu hết các tính chất lý, hoá, sinh học của đất, cacbon hữu cơ là thành phần cacbon có trong chất hữu cơ của đất, ký hiệu là OC Chất hữu cơ trong đất là một trong bốn hợp phần cơ bản của đất: phần khoáng, phần chất hữu cơ, phần không khí đất và dung dịch, cacbon hữu cơ có ý nghĩa quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất, bao gồm các tàn dư thực vật và động vật ở các giai đoạn phân huỷ khác nhau, các tế bào và mô của sinh vật đất và các chất tổng hợp bởi các sinh vật đất.Đâylà hợp phần quan trọng và có tác động mạnh trong quá trình hình thành, phát triển và duy trì độ phì nhiêu của đất Cacbon hữu cơ của đất ảnh hưởng đến nhiều tính chất đất, như khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng hấp thụ, giữ nhiệt và kích thích sinh trưởng cây trồng [5] Cacbon hữu cơ là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh tháiđất.
Trong đất tự nhiên nguồn hữu cơ cung cấp duy nhất cho đất là tàn dư sinh vật bao gồm xác thực vật và phân hữu cơ.
Sinh vật sống trong đất, lấy chất dinh dưỡng từ đất để sinh trưởng, phát triển khi chết để lại những tàn dư sinh vật (xác hữu cơ) Trong tàn tích sinh vật, chủ yếu chiếm tới 4/5 là tàn tích thực vật màu xanh Trong quá trình sống chúng quang hợp tạo chất hữu cơ và khi chết chúng để lại cho đất, thân, rễ, cành, lá, quả và hạt [6].
Thực vật màu xanh có nhiều loại, số lượng và chất lượng chất hữu cơ chúng đưa vào đất cũng khác nhau Cây gỗ sống lâu năm cung cấp chủ yếu là cành, lá khô và quả rụng tạo thành trên mặt đất một tầng thảm mục ở đất rừng, sau đó mới bị phân giải bởi vi sinh vật đất Cây thân cỏ cho lượng chất hữu cơ nhiều và tốt hơn, lượng hữu cơ mà chúng để lại trong đất chủ yếu lại là rễ ở vùng đồng cỏ lượng rễ để lại trong đất ở tầng mặthàngnămlàrấtlớn.Ngoàithựcvậtmàuxanhcòncóxácđộngvậtvàvisinhvật, lượng của chúng không nhiều, song chất lượng lại rất tốt đối với dinh dưỡng cây trồng. Thành phần hoá học của những tàn tích hữu cơ rất khác nhau tuỳ thuộc vào nguồn gốc của chúng Nhìn chung các tàn tích hữu cơ chứa đến 75% - 90% là nước Trong thành phần chất khô, ngoài các chất gluxit, protit, lipit, lignin, tanin, nhựa, sháp, tàn tích hữu cơ còn chứa một lượng nhất định các nguyên tố vô cơ như Si, Ca, Fe, Mg.
1.1.1.2 Phân hữucơ Đối với những nơi có mức độ thâm canh cao thì phân hữu cơ là một nguồn lớn bổ sung chất hữu cơ cho đất Trong những năm 70, 80 của thế kỷ 20, 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 như: 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[1].
Quá trình hình thành hữu cơ trong đất từ các nguồn trên 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 thực vật tồn tại trên mặt đất hoặc trong các tầng đất, trong quá trình phân giải chúng mất cấu tạo, hình dạng ban đầu và biến thành những hợp chất hoạt tính hơn, dễ hoà tan hơn Một phần những hợp chất này được khoáng hoá hoàn toàn, sản phẩm của quá trình này là nước, một số khí và những hợp chất khoáng đơn giản, trong số đó có nhiều chất dinh dưỡng cho thực vật thế hệ tiếp sau Một phần được vi sinh vật dùng để tổng hợp protit, lipit, gluxit và một số hợp chất mới, xây dựng cơ thể chúng và khi chúng chết đi lại được phân huỷ Phần thứ ba biến thành những hợp chất cao phân tử có cấu tạo phức tạp đó là những hợp chất mùn. Những hợp chất mùn này lại có thể bị khoáng hoá.
Quá trình khoáng hoá là quá trình biến đổi chất hữu cơ thành chất vô cơ với sự tham gia của các men do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp sẽ bị thuỷ phân, phân giải và tạo ra những sản phẩm trung gian như protein, peptit, axit amin và cuối cùng là sự oxy hoá hoàn toàn những hợp chất hữu cơ Quá trình này diễn ra theo 2 giai đoạn nhỏ là sự thối mục chất hữu cơ diễn ra trong quá trình hiếu khí và tạo ra các sản phẩm oxy hoá hoàn toàn thành các sản phẩm: (CO2, H2O, NO - 3, PO4 3-SO4 2-… đây là quá trình toả nhiệt Giai đoạn tiếp theo là thối rữa là quá trình vi sinh vật phân giải chất hữu cơ xảy ra trong quá trình kỵkhí(có thể do vi sinh vật hiếu khí phát triển quá nhanh đã sử dụng hết oxy hoặc do thiếu oxy do ngập nước), và bên cạnh những sản phẩm bịoxyhoá hoàn toàn như CO2, H2O còn tạo ra một lượng lớn các chất khử trong điều kiện yếm khí và sản phẩm cuối cùng tạo thành từ các sản phẩm trung gian bao gồm:
CH4, H2S, NH3,PH3, H2, CO2… Khoáng hoá là quá trình phânhuỷcác hợp chất hữu cơ tạo thành các hợp chất khoáng đơn giản, sản phẩm cuối cùng là những hợp chất tan và khí[2].
1.1.2 Vai trò của cacbon hữu cơ trongđất
Chất hữu cơ không chỉ là kho dinh dưỡng cho cây trồng mà còn có thể điều tiết nhiều tính chất đất theo hướng tốt Vai trò của chúng được thể hiện ở những điểm chính sau: Chất mùn có vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc đất và duy trì độ bền cấu trúc của đất Nó gắn kết các phần tử cơ học với nhau tạo thành các đoàn lạp có độ bền cao giúp cho việc chống xói mòn và các ngoại lực khác tác động vào đất [3].
Hàm lượng chất hữu cơ trong đất và độ bền cấu trúc có liên quan chặt chẽ với nhau. Hằng năm do được bổ sung xác hữu cơ thực vật vào trong đất đã làm tăng thêm khả năng duy trì độ bền cấu trúc trong đất Trong đất thường xảy ra quá trình suy thoái chất hữu cơ nhanh hơn quá trình tích luỹ chúng Chính vìvậyviệc duy trì độ bền cấu trúc đất đòi hỏi bổ sung chất hữu cơ cho đất, nhất là đất trồng ở các vùng nhiệt đới, địa hình có độ xáo trộnmạnh.
1.1.2.1 Đối với quá trình hình thành tính chấtđất
Chất hữu cơ và mùn trong đất là dấu hiệu cơ bản phân biệt đất với đá mẹ Sự tích luỹ của chất hữu cơ và mùn trong đất gắn liền với sự phát sinh đất Sự tích luỹ chất hữu cơ và mùn tập trung ở tầng đất mặt là dấu hiệu hình thái quan trọng biểu thị độ phì nhiêu của đất.
- Ảnh hưởng tới lý học củađất
Chất hữu cơ và mùn có tác dụng cải thiện trạng thái kết cấu đất, các keo mùn gắn các hạt đất với nhau tạo thành những hạt kết dính tốt, bền vững, từ đó ảnh hưởng đến 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 thụ và giữ nhiệt tốt hơn), các tính chất vật lý phổ biến của đất, việc làm đất cũng dễ dàng hơn Nhờ đó mà nếu đất giàu chất hữu cơ người ta có thể trồng trọt tốt cả nơi có thành phần cơ giới quá nặng hoặc quá nhẹ.
- Ảnh hưởng tới tính hoá họcđất:
Chất hữu cơ xúc tiến các phản ứng hoá học, cải thiện điều kiện oxy hoá, gắn liền với sự di động và kết tủa của các nguyên tố vô cơ trong đất nhờ có nhóm định chức các hợp chất mùn nói riêng, chất hữu cơ nói chung làm tăng khả năng hấp phụ của đất, giữ được các chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng tính đệm củađất.
1.1.2.2 Đối với sinhvật Đối với các sinh vật sống trong đất, chất hữu cơ và mùn vừa là nguồn thức ăn vừa là môi trường sống của quần thể sinh vật này Đối với cây, chất hữu cơ vừa là kho dự trữ vừa là nguồn cung cấp thức ăn cho cây sinh trưởng và phát triển:
Chất hữu cơ đất (kể cả các chất mùn và ngoài mùn) đều chứa một lượng khá lớn các nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, Ca, Ma và các nguyên tố vi lượng trong đó đặc biệt là
N, những nguyên tố này được giữ một thời gian dài trong các hợp chất hữu cơ đất vừa cung cấp thức ăn thường xuyên vừa là kho dự trữ dinh dưỡng lâu dài của cây trồng cũng như vi sinh vật đất Chất hữu cơ là nguồn lớn cung cấp CO2cho thực vật quang hợp, các hoạt tính sinh học, chất sinh trưởng tự nhiên, men, vitamin) kích thích sự phát sinh và phát triển của bộ rễ, làm nâng cao tính thẩm thấu của màng tế bào, huy động dinh dưỡng Ngoài ra chất hữu cơ còn có tác dụng duy trì bảo vệ đất [5, 7].
1.1.2.3 Chất hữu cơ đất có tác dụng duy trì bảo vệđất
Khái quát vềcâyguột
1.2.1 Đặc điểm sinh học của câyguột
Cây guột có tên khoa học làDicranopteris linearis (D linearis) Nó thuộc bộ Gleicheniales, họ Gleicheniaceae, chi Dicranopteris Họ Gleicheniaceae là một họ thuộc ngành dương xỉ Polypodiophyta GuộtD linearislà loài thực vật ưa sáng, có mặt rộng ở rất nhiều vùng sinh thái trên trái đất, đặc biệt là ở vành đai nhiệt đới và cận nhiệt đới GuộtD linearislà loài chiếm ưu thế phát triển mạnh mẽ ở vùng nhiệt đới ẩm, dưới cường độ ánh sáng cao, ở các khu vực bị xáo trộn mạnh như sạt lở đất hay đất rừng bị suy thoái Chúng sinh sản vô tính, thân rễ mọc ngầm dưới đất và bò lan rộng trên mặt đất và leo lên các thảm thực vật khác, thường tạo thành những cây bụi dày, có thể cao đến hơn 3 mét Lá to, phiến rộng, chia lưỡng phân đều đặn, giữa các nhánh có chồi phủ lông Tận cùng lá là những lá phụ chẻ lông chim sâu, có chùy dạng thuôn dài, tròn đầu, mép nguyên và cuốn lại, màu xanh, gân mảnh dạng lông chim Cây có cuống lá dài nhẵn bóng nâu đậm và phiến lá chia đôi đều đặn và xòe rộng Sự phát triển của cây tạo thành tấm thảm, từng lớp và lan rộng [7] Do đó, khi nó trở thành một tấm thảm dày đặc chúng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc chốnglạisựxâmchiếmcủacácloàingoạilai.Loàinàypháttriểnvàchiếmlĩnhrất nhanh các khu vực đất mới bị phát quang và đóng vai trò tiên phong trong diễn thế sinh thái, phục hồirừng.
Hình 1.1 Hình ảnh cây guột tại vị trí lấy mẫu thuộc huyện Ngân Sơn, Cao Bằng
1.2.2 Ý nghĩa môi trường của câyguột
1.2.2.1 Vai trò của guột trong phục hồi đất và diễn thế sinhthái
Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi tuần tự của quần xã sinh vật qua các giai đoạn khác nhau, từ trạng thái tiên phong được thay thế lần lượt qua các giai đoạn chuyển tiếp bởi các dạng quần xã tiếp theo và cuối cùng dẫn tới một quần xã tương đối ổn định và tồn tại lâu dài theo thời gian Guột là loài phát triển và chiếm lĩnh rất nhanh các khu vực đất mới bị phát quang và đóng vai trò tiên phong trong diễn thế sinh thái, phục hồi rừng Rõ ràng vai trò của guột mang lại một lượng lớn chất hữu cơ đối với sự hình thành và phát triển của đất Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp để nâng cao hàm lượng mùn hay tích lũy nhiều hơn CO2vào sinh khối (dưới đất), bảo vệ chất hữu cơ đất là rất cần thiết, nhất là trong điều kiện ở Việt Nam chất hữu cơ (mùn) dễ bị khoáng hoá và rửa trôi khỏiđất.
Nghiên cứu vai trò của guộtD linearisnhư một loài chỉ thị sinh học cho các vùng đồi núi, địa hình phức tạp, nghèo chất dinh dưỡng luôn bị xáo trộn bởi các tác động của môi trường sẽ có giá trị về mặt kinh tế và môi trường vô cùng lớn Guột là loài cây có vòng đời ngắn chính vì vậy khi kết thúc chu trình sinh học của mình thì lượng hoàn trả sinh khối cho đất hàng năm rất lớn [5], đóng góp tới 74% năng suất sơ cấp trên mặt đất trong khu vực mà chỉ chứa 14% sinh khối thảm mục guột rất khó bị phân hủy sinh học (tạp chí của hiệp hội Sinh thái của Vương Quốc Anh nghiên cứu về cây guột ở HaWaii) Lá và thân câyD linearissau khi chôn vùi vào trong đất phân hủy rất chậm. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng phân giải chậm của guột là do lượng lignin, tỷ lệ C/N và hàm lượng nhôm cao Khi đó các mảnh vụn của lá và thân cây sẽ tạo thành một lớp thảm phủ thực vật dày có thể lên đến một mét đóng vai trò như chất nền riêng để nó phát triển Nếu guột bị loại bỏ, các loài thực vật xâm lấn khác có thể di chuyển và phát triển, vì vậy “một chức năng quan trọng” của guột là ngăn loài xâm lấn xâm nhập vào rừng nhiệtđới.
1.2.2.2 Vai trò của cây guột trong cố định và tích lũy cacbon hữucơ
Các loài thực vật trên mặt đất đều có khả năng cố định cacbon trong sinh khối và trong đó có khoảng một nửa được bổ sung và tích luỹ lại trong đất Do vậy, đất được xem là bể chứa cacbon rất lớn và tham gia tích cực trong chu trình cacbon trong tự nhiên, Thông thường, lượng xác hữu cơ bổ sung từ các thảm phủ thực vật cho đất hàng năm là khá cao Guột giống như các loài thực vật khác có thể tích luỹ cacbon trong cây nhờ vai trò của phytolith hay còn gọi là “tế bào sinh học” được hình thành nhờ quá trình sinh trưởng guột hút thu silic có trong đất và được kết tủa trong thành tế bào của nó. Phytolith có vai trò giữ cacbon lại và sau khi vòng đời của guột kết thúc nó sẽ trả lại cho đất một lượng cacbon hữu cơ và làm chậm quá trình giải phóng CO2từ đất vào khí quyển góp phần giảm biến đổi khí hậu toàn cầu [7,8].
1.2.3 Một số ứng dụng khác của câyguột
Không chỉ có vai trò quan trọng trong môi trường sinh thái mà cây guột còn có nhiều những ứng dụng khác Việc tận dụng guột để làm vật liệu che tủ, phủ đồi núi trọc, hoặc đồi mới khai hoang, nhờ các thảm phủ thực vật này mà các vi khuẩn hoạt động và sử dụng chúng như nguồn thức ăn và sản phẩm là phân huỷ ra các chất hữu cơ cho đất Ngoài ra guột còn là một nguồn nguyên liệu quý giá để phát triển nghề thủ công mỹ nghệ đan đồ gia dụng giúp mang lại nguồn thu nhập đáng kể cho các hộ gia đình ở làngnghề.
Ngày nay, những sản phẩm của làng nghề lấy sợi từ thân cây guột kết hợp với các nguyên liệu khác từ tre, nứa, bèo tây, mây, bẹ chuối tạo nên rất nhiều sản phẩm mỹ nghệ có mẫu mã và chất lượng cao, với ưu thế từ nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, thân thiện với môi trường và dễ dàng tái tạo Nên đã nhận được sự quan tâm của người tiêu dùng trong cả nước và đã bắt đầu được các nước trên thế giới biếtđến.
Guột còn là nguồn dược liệu quý trong đôngy,những bộ phận có thể dùng được như: rễ, chồi và thân (toàn cây) có thể dùng tươi hoặc phơi khô Cây có tính mát, vị ngọt, có tác dụng thanh nhiệt lợi niệu, khu đờm, chì huyết Thường được dùng để chữa bệnh tiết niệu, bạch đới, viêm phế quản cấp Ngọn non dùng để ăn được Nước chiết lá có tính kháng sinh Lá cây được sử dụng ở Madagascar làm thuốc trị hen suyễn Thân rễ được sử dụng trong dân gian làm thuốc trị giun Guột còn mang lại giá trị thẩm mỹ, giải trí cao từ những hình ảnh cảnh quan, khi đất trống đồi trọc được phủ bởi màu xanh của guột ở những vùng núi phía tây bắc này sẽ giúp cho hệ sinh thái, đa dạng sinh học thêm phong phú, tạo cho thiên nhiên những vùngnàythêm sinh động Giúp cho việc khai thác du lịch sinh thái hiện nay đang có tốc độ phát triển nhanh và là nguồn thu lợi lớn của người dân và địaphương.
Ngoài ra trong quá trình canh tác các loại cây công nghiệp ở các vùng đồi núi nghèo chất dinh dưỡng, chất lượng đất rễ bị rửa trôi thì bà con còn dùng cây guột để làm các nguồn nguyên liệu che tủ ở gốc cho cây nhằm tăng cường phục hồi đất trồng cũng như cải thiện chất lượng cây trồng, che tủ còn có tác dụng giảm lượng bốc hơi, điều tiết nhiệt độ của lớp đất mặt Sử dụng tàn dư guột che tủ cho đất vào mùa khô, hạn chế sự bay hơi nước bề mặt Đa dạng cơ cấu cây trồng, tạo sinh khối nhanh, chuyển hoá hữu cơ nhanh, có thể dùng các vật liệu hữu cơ khác nhau như [9].
Khái quát sự hình thành tíchluỹphytolith trong cây vàtrongđất
Trong đất, Si có mặt trong hầu hết tất cả các loại đá mẹ Do đó, Si trở thành một trong những nguyên tố cơ bản có mặt trong phần lớn các loại đất Hàm lượng Si trong các loại đất khác nhau thì khác nhau, phụ thuộc vào bản chất của đá mẹ và quá trình chuyển hóa diễn ra trong đất Si tồn tại khá ổn định và ở các pha bao gồm rắn, lỏng và dạng hấp phụ
Hình 1.2 Các dạng silic trong môi trường đất [10]
Oxit Si rắn phổ biến nhất là khoáng chất silicat (MSi), chiếm hơn 90% của vỏ trái đất và bao gồm các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, có cấu trúc thấp (cấu trúc vô định hình) Si sinh học ở dạng vô định hình trong đất có nguồn gốc chủ yếu từ phần oxit silic kết tủa trong cơ thể thực vật gọi là phytolith và một phần từ tàn tích sinh vật tích lũy Si (ví dụ: diatomit) Dưới tác động của quá trình phong hóa hóa học và sinh học thì
Si trong đá mẹ giải phóng vào trong đất thành các dạng: Si bị hấp phụ với một số hợp chất có trong đất đặc biệt là oxit/hydroxit của Fe và Al; Si tồn tại ở các dạng hòa tan trong dung dịch đất, trong pha rắn Si tồn tại trong các khoáng vô định hình, các khoáng có cấu trúc tinh thể yếu, các tinh thể có cấu trúc micro và khoáng có cấu trúc tinh thể[10].
Các axit silicic hòa tan trong đất được hấp phụ vào một loạt các pha rắn của đất, bao gồm các hạt sét, hydroxit Fe và Al [11] Si trong khoáng vật gồm hai loại lớn: (1) khoáng vật nguyên sinh có nguồn gốc từ đá mẹ (thạch anh, fenspat, mica) và (2) các khoáng vật thứ sinh là kết quả của quá trình hình thành đất và bao gồm bốn giai đoạn:tinh thể (chủ yếu khoáng vật sét), tinh thể thấp (thạch anh autigenic, opa CT,chalcedon), các dạng khoáng vật nano có trật tự thấp (Opal A, imogolite, allophane), oxit silic vô định hình [12] Khoáng vật nguyên sinh có nguồn gốc từ đá mẹ quyết định tính chất vật lý và hóa học của khoáng vật thứ sinh và các loại đất phát triển trên đó Sự hình thành các silicat trong đất thích hợp ở pHH2O> 5,0 [13] Sự hình thành khoáng thứ sinh trong môi trường đất có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH đất, nhiệt độ, sự có mặt của các cation và các hợp chất hữu cơ Quá trình phong hóa khoáng vật nguyên sinh giải phóng ra nhiều cation linh động (Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na + ), một phần Si(OH)4vào dung dịch đất [10] Một phần của Si giải phóng từ cấu trúc khoáng vật phản ứng với Al (và ở mức độ thấp hơn Fe và Mg) để tạo thành các khoáng sét thứ sinh, trong khi phần còn lại bị rửa trôi.
Thành phần chính của dung dịch đất là axit silicic dưới dạng axit silicon monosilicic (Si(OH)4) Axit silicic trong dung dịch đất có nồng độ Si trong khoảng 3,5 và 40 mg/l
[14] Trong môi trường kiềm, axit monosilicic có thể chuyển thành dạng polyme, thường gồm hai hay nhiều nguyên tử Si Axit polysilicic có thể ở các dạng khác nhau như dạng chuỗi, dạng phân nhánh hoặc các khối hình cầu.
Thông thường khi pH < 7, H4SiO4tồn tại dưới dạng không mang điện Khi pH > 9,
H4SiO4sẽ phân ly thành H + + H3SiO4 - Nếu pH > 11, axit monosilicic phân ly thành 2H + + H2SiO4 2-[15] Nồng độ của silic hòa tan trong đất biến thiên đa dạng, mặc dù quá trình rửa trôi của Si từ đất và sự hấp thu của thực vật là quá trình quan trọng trong việc xác định nồng độ Si Phần lớn nồng độ cân bằng được kiểm soát bằng các phản ứng hấp phụ/giải hấp, thành phần khoáng vật, sự cân bằng nước, nhiệt độ và các phản ứng sinh hóa pH đất ảnh hưởng đến độ hòa tan và tính linh động của Si, chẳng hạn như pH cao dẫn đến làm giảm nồng độ và tính linh động của axit monosilic [15] Khi nhiệt độ tăng từ 5 đến 25°C, nồng độ cân bằng của Si trong dung dịch đất tăng lên gấp đôi [15].Dạng Si hoà tan trong dung dịch (DSi), Trong đó dạng DSi có thể biến đổi sang các dạng còn lại và là dạng duy nhất thực vật có thể sử dụng.
Hình 1.3 Sự biến đổi của DSi trong đất [16]
DSi có thể liên kết với Al hoà tan để tạo thành dạng khoáng vật chuyển tiếp như imogolite hoặc allophane [17], hoặc có thể kết tủa từ dung dịch đất lên bề mặt khoáng vật, ngoài ra, DSi còn được hấp phụ hóa học ở bề mặt của các thành phần khác trong đất như cacbonat, oxit hoặc hydroxit sắt và nhôm Trong quá trình này, hydroxit sắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình tương tác giữa thể rắn và thể lỏng trong đất do sự hình thành axit polysilicic từ DSi trên bền mặt của hydroxit này DSi trong dung dịch đất có thể kết tinh lại dẫn đến sự tích tụ Si Trong vùng khí hậu với giai đoạn khô rõ rệt, tầng đất bị cứng hơn bởi sự bổ sung của Si vô định hình gây ra sự gắn kết của các hạt đất Những quá trình này dẫn đến sự chai cứng của đất [18].
Silic sinh học (BSi) được giữ trong đất dưới dạng Si vô định hình (opal A, SiO2.nH2O).
Si vô định hình (ASi) được tìm thấy trong lá cây, thân cây, cơ quan sinh sản, rễ cây và tập trung nhiều nhất ở những nơi có lượng nước mất đi lớn nhất của cây Sau khi lá rụng và cây chết đi, phytolith sẽ được trả lại cho tầng mặt và đóng góp vào bồn ASi ở tầng này Si sinh học trong đất có thể chia thành các nhóm chính: Si (1) từ động vật,
(2) từ thực vật (bao gồm cả phytolith), (3) từ vi sinh vật và (4) từ sinh vật đơn bào(Hình1).
Hình 1.4 Các dạng Si sinh học trong đất [19]
Si sinh học (BSi) trong đất có thể chia thành Si hữu cơ có nguồn gốc từ động vật, Si trong thực vật (Si phytogenic) đặc biệt là các loài thuộc nhóm siêu tíchluỹSi, vi khuẩn và sinh vật đơn bào (chủ yếu là tảo diatomit) (hình1.4) Nhìn chung, hiểu biết về các dạng Si này vẫn còn hạn chế ở hầu hết các loạiđất.
Lượng Si mất đi từ đất trong hệ sinh thái có thực vật bao phủ có thể gấp 2 – 8 lần so với các vùng đất trống, điều này được giải thích là do sự phong hoá dưới tác động của sinh vật đặc biệt là thực vật diễn ra nhanh hơn so với sự phong hoá khoáng do các cơ chế vật lý, hoá học Sự biến đổi trong chu trình tuần hoàn Si trả lại cho đất dưới tác động của con người đã trở thành một vấn đề tác động đến trạng thái cân bằng và phát triển bền vững trong nông nghiệp Nếu coi phytolith là nguồn Si duy nhất chocâytrồng, với tốc độ mất Si là 50 – 100kg/ha/năm và lượng Si phytogenic bổ sung là 1tấn/ha/năm thì bể chứa này sẽ bị cạn hết trong vài thậpkỷ[20] Ở Úc, 30 năm canh tác mía dẫn đến sự sụt giảm của Si dễ tiêu có sẵn trong đất đến khoảng một nửa so với số lượng ban đầu (tương ứng là 5,3 và 13,1 mg/kg) Trong nghiên cứu trên cây lúa nước được thực hiện bởi [21] tại Laguna, Philipin cho thấy, tổng Si hấp thu bởi cây lúa khi thu hoạch là 51,4 – 70,8 g Si/m 2 và phần lớn Si đã được lưu trữ trong tàn dư sau thu hoạch (>86%) Với việc người dân không hoàn trả lượng lớn phụ phẩm sau thu hoạch lại cho đất và hàm lượng Si có trong nước tưới ở dưới giới hạn phát hiện gây ảnhhưởngtớinăngsuấtcủavụkếtiếpchothấytàndưsinhkhốisauthuhoạclàmột nguồn cung cấp Si quan trọng.
Trong hệ sinh thái lúa nước Việt Nam và Philippin, hàm lượng Si cây trồng có thể hấp thụ được trên tầng đất mặt ở Philippin cao hơn so với Việt Nam (222 ± 92 mg/kg so với 37 ± 14 mg/kg) Do ở Việt Nam nguồn Si chủ yếu giải phóng ra từ quá trình phong hoá các tầng đất cổ, trong khi ở Philippin có sự bổ sung từ tro của núi lửa đang hoạt động hoặc nguồn nước chảy ra từ các núi lửa đang hoạt động âm ỉ Ngoài ra, phương thức canh tác trong nông nghiệp, phương thức quản lý dư lượng cây trồng cũng là yếu tố ảnh hưởng Tổng Si hấp thu bởi cây lúa của Philippin cũng cao hơn đáng kể ở Việt Nam, 700 ± 144 kg/ha so với 201 ± 102 kg/ha, sự khác biệt này có thể là do tác động phương thức canh tác nông nghiệp ở mỗi đất nước là khác nhau vì nó sẽ phụ thuộc vào (giống, khí hậu, chế độ thuỷ lợi và đặc biệt là phương thức quản lý dư lượng cây trồng).
1.3.2 Sự tích luỹ sillic và vai trò của phytolith trong thựcvật
Si là nguyên tố giàu thứ hai trong lớp vỏ Trái đất, tồn tại chủ yếu ở dạng oxit silic (SiO2) kết hợp với một loạt khoáng chất mang Si trong pha rắn, pha lỏng và pha hấp phụ [12] Vào đầu những năm 1990, Si được công nhận là một trong 15 yếu tố cần thiết cho sự sống của thực vật Si là thành phần vô cơ chủ yếu ở thực vật bậc cao và có nhiều bằng chứng cho thấy giá trị của Si trong việc cải thiện năng suất cây trồng [12,
22] Về mặt dinh dưỡng, Si từ khoáng vật sẽ được giải phóng vào đất ở dạng axit silicic (H2SiO4) hoặc Si(OH)3O - , từ đó thực vật có thể hút thu cho quá trình sinh trưởng và phát triển Cây lấy Si thông qua hệ rễ sau đó kết tủa trong mô thực vật để hình thành nên các “tế bào Si sinh học”haycòn được gọi là phytolith[23], như trong hình1.5 Khi thực vật chết đi phytolith sẽ được giải phóng và tích lũy trong đất đi kèm với lượng xác thực vật chưa phân hủy So với các khoáng vật silic thì phytolith dễ tan và là nguồn dinh dưỡng tiềm năng cho câytrồng.
Hình 1.5 Phytolith trong cây lúa [24]
Tuy không phải là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đối với cây trồng, nhưng Si vẫn được tìm thấy trong mô tế bào với một khối lượng lớn, ngang bằng với tổng các chất dinh dưỡng thiết yếu (N, P, K, Ca, Mg) Cây trồng hút Si ở một dạng duy nhất là axit monosilicic, phổ biến gọi là axit Ortho-Si và tích lũy thông qua việc hình thành cấu trúc ở lá, thân và hệ thống rễ [25] Vai trò của Si trong vòng đời của cây trồng thể hiện qua một số khía cạnh sau:
1.3.2.1 Tăng khả năng quang hợp, điều hoà dinh dưỡngkhoáng
Mối quan hệ giữa phytolith và cacbon hữu cơtrongđất
1.4.1 Sự hình thành thể hỗn hợp “phytolith – chất hữu cơ” trong thựcvật
Trên thế giới đã có rất nhiều các công trình khoa học đã đề cập và minh chứng về mối quan hệ giữa lượng bổ sung phytolith từ thực vật vào đất và sự tăng lên của cacbon hữu cơ trong đất Si hút thu từ đất được di chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây, và sau đó kết tủa tạo thành các lớp bám trên thành vách các tế bào Sự kết tủa quá mức sẽ dẫn đến sự phát triển và hình thành cấu trúc silic (phytolith) [12, 14, 20], hay vẫn thường gọi là “cây hóa thạch” Cấu trúc phytolith có thể được hình dung như một “thể nhúng” trong các mô hữu cơ của cây, bị bao quanh bởi chất hữu cơ và cũng bọc một lượng chất hữu cơ nhất định trong cấu trúc phytolith [25, 54] Lượng chất hữu cơ bị bọc bởi phytolith được gọi là PhytOC và đây là lượng chất hữu cơ bị chi phối bởi phytolith khi phytolith được hoàn trả về đất Mối quan hệ giữa phytolith và PhytOC trởthànhmộthướngnghiêncứumớimẻvàđượcsựquantâmđặcbiệtcủacộngđồng
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 khoa học [45] Theo thống kê từ dữ liệu trênSicience Direct (Elsevier):Search đã tổnghợp được các tổng số công trình nghiên cứu về mối quan hệ phytolith và cacbon hữu cơ: công trình khoa học đầu tiên công bố về mối quan hệ “Phytolith – khả năng cố định cacbon trong đất” mới chỉ xuất hiện năm 1990; Đến 2017 có tổng cộng 136 công bố khoa học về mối quan hệ này; Hầu hết các công trình về mối quan hệ này được công bố trên các tạp chí hàng đầu (thuộc nhómQ1).
Hình 1.4 Số lượng công bố quốc tế về mối quan hệ giữa phytolith và phytOC được thống kê từ cơ sở dữ liệu của Elsevier trên ScienceDirect (số liệu thống kê
Vai trò của phytolith đối với phytOC và khả năng tích lũy cacbon hữu cơ trong đất được củng cố dựa trên những luận cứ sau [55]: 1) Trong cấu trúc của phytolith có chứa một lượng đáng kể chất hữu cơ; 2) Chất hữu cơ trong phytolith được bảo vệ chống lại quá trình khoáng hóa hay phân hủy bởi các vi sinh vật; 3) Phytolith có thể tồn tại trong đất đến vài trăm năm, thậm chí hàng nghìn năm.
Các ion Si 4+ là các hạt nhân liên kết và nhờ chuỗi các phản ứng polyme hoá để phát triển cấu trúc của phytolith Trong quá trình kết tủa, các màng Si có thể bao bọc các lipit, protein hay cacbonhydrat Lượng chất hữu cơ bị phytolith hấp phụ và tích luỹ trong đất có thể lên đến 5% Tuy nhiên lượng hữu cơ bị phytolith hấp phụ và giữ lại
S Ố L Ư Ợ N G C Ô N G B Ố M Ỗ IN Ă M (B À I) này còn phụ thuộc vào từng loại đất, điều kiện tự nhiên và chúng được gọi chung là phytOC (phytolith-occluded carbon) [56] Ngay cả khi phytolith được đưa trở lại môi trường đất, những hợp chất PhytOC này vẫn có thể được bảo quản trong một thời gian rất dài chống lại sự phân huỷ bởi các vi sinh vật nhờ các màng Si vững chắc [25, 43]. Theo một nghiên cứu mới đây của Đại học Khoa học Trung Quốc [57] cho thấy rằng mật độ PhytOC của đất dao động từ 0,75 đến 23,10 g/m 2 hàm lượng này sẽ khác nhau theo cấu trúc của đất và chủ yếu chịu ảnh hưởng của các cộng đồng thực vật che phủ. PhytOC là thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tập đoàn vi sinh vật có lợi cho các chu trình sinh học của silic Do đó tốc độ khoáng hoá chất hữu cơ chậm lại sẽ góp phần giảm phát thải các khí nhà kính từ đất vào không khí [37].
Nghiên cứu xem xét phần phytOC tích luỹ trên một số vùng đất nhiệt đới tại miền tây nước Anh của Parr và Sullivan (2005) [25] đã đưa ra biểu đồ mô phỏng sự tích luỹ PhytOC trong đất.
Nghiên cứu của Van der Worm (1980) [46], chứng minh khả năng giữ chất hữu cơ của phytolith là rất có ý nghĩa với thực trạng tác động của hiệu ứng nhà kính ngày càng gia tăng như hiện nay Nghiên cứu mô phỏng này dựa trên các điều kiện biên: 1)tỷlệ phân huỷ PhytOC là 20% 100 năm; 2) cây trồng được phát triển liên tục Mô hình thí nghiệm được bố trí trên nền đất “trưởngthành”.
Hình 1.11: Tích luỹ C trong đất trồng có hàm lượng PhytOC khác nhau [46]
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: quá trình tích luỹ C trong tự nhiên tương đối chậm, đạt
≈ 25 kg/m 2 sau khoảng 20.000 năm Quá trình này tăng lên khi thực vật canh tác là kê (≈ 38 kg/m 2 ) và lên tới ≈ 110 kg/m 2 khi canh tác các loài siêu tích luỹ Si như mía Như vậy, các loài siêu tích luỹ như mía có thể giúp cố định C trong đất gấp ≈ 4,4 lần quá trình cố định C trong các hệ sinh thái khác.
1.4.2 Các yếu tố quyết định đến sự hoà tan của phytolith vàphytOC
Khi thực vật chết đi hoặc kết thúc một chu trình sinh học và theo quy luật của tự nhiên thì sinh khối của chúng sẽ được hoàn trả lại cho đất, lúc này hàm lượng cacbon hữu cơ có trong cấu trúc của phytolith sẽ được đưa vào đất cùng với sinh khối và sẽ được các tập đoàn vi sinh vật tiếp nhận để làm thức ăn, cũng đồng thời quá trình phân huỷ cacbon hữu cơ trong đất được xảy ra Quá trình phân huỷ này nhằm cung cấp chất dinh dưỡng cho đất cũng như đảm bảo cân bằng cacbon trên trái đất được duy trì Đồng thời, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ làm “thể nhúng” phytolith được giải phóng ra môi trường đất Khi phytolith tiếp xúc với môi trường (dịch lỏng) sẽ bị hòa tan để giải phóng các chất chứa trong cấu trúc của nó, trong đó có một phần là cacbon hữu cơ(phytOC) Sự hòa tan phytolith diễn ra càng nhanh thì phytOC giải phóng (bị phânhủy hoặc hòa tan) càng lớn Ngược lại, nếu phytolith được bảo vệ và ít bị hòa tan, lượng phytOC sẽ ít bị mất đi và do đó giúp duy trì bồn cacbon hữu cơ trong đất.
Tốc độ hòa tan của phytolith phụ thuộc vào bản chất của chính phytolith (thành phần hóa học, cấu trúc, mức độ già hóa – aging) và phụ thuộc vào môi trường xung quanh (các tính chất lý hóa học đất) Một số nghiên cứu gần đây đã đề cập đến ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học, đặc biệt là Al, trong cấu trúc phytolith đến mức độ bền vững của phytolith [36, 54, 58].Tuynhiên, vai trò của các liên kết hóa học (ví dụ Si- O- Al) đối với độ bền của phytolith vẫn còn là một ẩn số Trong môi trường đất, các yếu tố pH, độ dẫn (EC), thành phần cơ giới, dung trọng, tổng cacbon hữu cơ, các oxit Fe,
Al là những yếu tố quan trọng nhất tác động đến sự hòa tan phytolith Khi pH tăng, sự tăng cường của OH - trong dung dịch đất sẽ thúc đẩy các phản ứng ái hạt nhân (nucleophilic), trong đó OH - có xu hướng tạo liên kết thứ 5, làm suy yếu và tạo điều kiện cho quá trình bẻ gãy các liên kết Si-O trong tứ diện SiO4(đơn vị cơ sở thành tạo nên phytolith) Vì thế, pH tăng sẽ làm phytolith hòa tan nhanh hơn [36, 54] Ngược lại, khi pH giảm, proton H + sẽ liên kết với các nhóm Si-O trên bề mặt phytolith để tạo thành các nhóm Si-OH, SiOH2 (+)Si-OH3 (2+)và các nhóm này sẽ cản trở phản ứng thủy phân bề mặt phytolith Nhờ vậy, phytolith thường được gia cố vững chắc hơn trong môi trường có pH thấp EC biểu diễn lượng muối tan trong đất và cũng có những tác động nhất định đối với quá trình hòa tan phytolith Khi EC cao (nhiều muối tan), bề mặt phytolith được “gia cố” bởi các cation hấp phụ, và các cation này sẽ cản trở OH - tấn công vào nhân Si của các tứ diện SiO4, nhờ vậy có thể giảm độ tan của phytolith
[54] Thành phần cơ giới và dung trọng thể hiện độ rỗng của đất và có thể ảnh hưởng gián tiếp đến sự mất đi của phytolith do di chuyển (rửa trôi) trong đất Các oxit Fe-Al là những keo dương trong điều kiện đất có phản ứng axit, và đây là những keo có điện tích trái dấu với phytolith Do vậy, liên kết tĩnh điện trái dấu có thể xảy ra và ảnh hưởng đến sự di chuyển cũng như sự hòa tan của phytolith Tuy nhiên, mối quan hệ giữa phytolith và các keo oxit Fe, Al cũng chưa hoàn toàn sángtỏ.
Trong số ít các nghiên cứu về quá trình phong hóa lục địa và chu trình sinh địa hóa của
Si, hai tham số được quan tâm phổ biến là Si ở dạng hoà tan – DSi (dissolved silica) và Si ở dạng hạt – PSi (particulate silica) Trong đất, PSi bao gồm 1) dạng Si vô định hình – ASi (amorphous silisca) chủ yếu là phytolith (dạng Si sinh học hình thành sinh trưởng và phát triển của thực vật và được trả lại đất sau khi thực vật chế đi; theo biogenic silica, BSi) [20] Bên cạnh đó, trong đất cũng có thể có các hạt Si hữu cơ khác như xác tảo diatomit, bọt biển, các loại amip [22,39] và phần rất nhỏ Si ở dạng phi tinh thể vô cơ (ISi), [58,59], dạng Si có cấu trúc tinh thể có nguồn gốc từ đá mẹ (các khoáng Si nguyên sinh) hoặc thứ sinh là sản phẩm của quá trình hình thànhđất.
Như vậy việc định lượng phytolith trong đất trở nên khó khăn hơn khi không những phải tách biệt được với dạng Si có cấu trúc tinh thể mà còn phải loại bỏ ảnh hưởng của tảo Silic, bọt biển, các loại amip, đặc biệt là ở các mẫu đất Phương pháp đầu tiên khi tách phytolith được áp dụng dựa trên khả năng tan của phytotith trong các dung dịch nặng có khối lượng là 2,3g/cm 3 Một số dung dịch nặng thường được sử dụng như CdI2/KI, ZnBr2/HCl… Phương pháp này thu được phytotlith tương đối nguyên vẹn và rất có ý nghĩa trong khảo cổ học, tuy nhiên, nó cũng mắc phải những hạn chế nhất định, khả năng tái sử dụng dung dịch nặng thấp, một phần Asi có thể bị hoà tan cùng tác nhân chiết rút, [60] Và khả năng tách không triệt để khi bỏ qua phần phytoltih có kích thước nhỏ tương đồng cấp hạt sét của đất mặc dùtỷlệ của phần này là rất nhỏ. [56].
Hình 1.12 Sơ đồ tách phytolith từ đất bằng dung dịch nặng [58]
Phương phápnghiêncứu
Trên cơ sở các tài liệu đã xuất bản, các báo cáo khoa học được thu thập, kế thừa và sau đó được đánh giá tổng hợp để phục vụ cho luận giải kết quả nghiên cứu Ngoài ra học viên còn tham khảo nhiều kinh nghiệm từ các chuyên gia để thực hiện nghiên cứu của mình.
2.2.2 Phương pháp lấy mẫu ngoài hiệntrường
Khảo sát để lựa chọn các tiêu chí lấy mẫu ngoài thực địa: Để thực hiện được luận văn nhóm nghiên cứu đã đi khảo sát thực địa ở thời điểm mà cây guộtD.linearisphát triển nhất tại 5 điểm lấy mẫu khác nhauở khu vựcmiềnnúiphíaBắc Việt Nam được mô tả chi tiết ở hình 2.2 và bảng 1.1 Và để các kết quả nghiên cứu mang tính đại diện và đảm bảo rằng hàm lượng phytoltih và các thông số về tính lý hoá học của đất không bị chi phối về bất kỳ loại thực vật nào, học viên đã đi khảo sát thực địa lấy mẫu ngoài hiện trường dựa trên những lựa chọn như: về diện tích thảm phủ cây guột phải đủ lớn hơn 400m 2 , sau đó mỗi ô này sẽ chọn lấy 3 ô tiêu chuẩn có kích thước 1 x 1m với khoảng cách tối thiểu là 5 đến 20m Ngoài rahọc viên còn chọn lựathêmmộtsốcácyếutốkhácnhưđịahìnhthổnhưỡng,độdốc,kinhđộvàvĩđộ
Sau khi đã lựa chọn được vị trí lấy mẫu rồi học viên tiến hành lấy mẫu cây bằng cách thu toàn bộ sinh khối, cân khối lượng của guột ở các ô tiêu chuẩn.
Hình 2.3 Hình ảnh lấy mẫu cây guột ngoài hiện trường
Các mẫu đất được lấy sau khi đã thu hồi hết sinh khối của cây guột, sẽ tiến hành lấy đồng thời mẫu đất và được lấy ở 2 tầng (0 - 20 cm và 20 - 40 cm) theo phương pháp hỗn hợp trộn mẫu từ 3 lỗ khoan khác nhau tương ứng theo mỗi tầng.
Hình 2.4 Hình ảnh lấy mẫu đất ngoài thực tế
2.2.3 Phương pháp phân tích trong phòng thínghiệm Để phân tích các chỉ tiêu của 30 mẫu đất và 5 mẫu cây guột, trước tiên học viên phải đồng hoá mẫu cho đồng nhất sau đó là các hoá chất, dụng cụ, thiết bị máy móc kèm theo tại các phòng thí nghiệm của Khoa Môi trường, Khoa Vật Lý, Khoa Địa chất của trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
Chuẩn bị mẫu Đối với cây guột sau khi được thu thập ngoài hiện trường được mang về phòng thí nghiệm phơi khô không khí sau đó nghiền bằng máy và đồng nhất qua rây có kích thước 0,2 mm Đối với mẫu đất sau khi phơi khô được nghiền và đồng nhất qua rây có kích thước 1mm sau đó được bảo quản trong các hộp nhựa.
Hình 2.5 Xử lý mẫu tại phòng thí nghiệm
Hoá chất Để thực hiện được nghiên cứu phân tích các chỉ tiêu lý hoá học của cây và đất trong phòng thí nghiệm phục vụ cho luận văn, học viên đã phải sử dụng nhiều thiết bị dụng cụ, hoá chất để phân tích và ứng với mỗi một chỉ tiêu là các dụng cụ và hoá chất khác nhaunhư:những loại hoá chất là các môi trường dung dịch chuẩn và dung dịch môi trường đệm, các loại chỉ thị như: KCl, K2Cr2O7, muối FeSO4, axit HCl, Na2CO3, axit oxalic, oxalat, axit H2SO4, H2O2, axit ascobic, nước cất 2 lần, thuốc thử amonimolipdat, difeninlamin.
Dụng cụ Để phân tích các thông số trong luận văn theo hướng nghiên cứu, thì cần phải sử dụng rất nhiều loại đồ dụng cụ : như các loại bình nón với dung tích khác nhau dùng để đựng mẫu đất khi cần để chiết rút và chuẩn độ, pipet manl và quả bóp dùng để hút mẫu và hoá chất, buret để chuẩn độ, các loại ống đong, ống ly tâm, bình tia nước cất, ống hút robinson, hộp nhôm, hộpnhựa.
Một số loại máy hỗ trợ cho quá trình định lượng các thông số như: Máy nghiền thực vật, tủ sấy, lò nung, máy đo pH FiveEsay FE20 (Thụy Sỹ), máy siêu âm, bình ổn nhiệt, máy lắc Uiversal SM30, máy đo điện tích bề mặt, máy quang phổ khả kiến (Labnics, L_VIS_400) ở bước sóng 810 nm máy cất nước 2 lần, máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, kính hiển vi điện tử, máy ly tâm, cân phân tích, máy lắc, khoan đất, máy nhiễu xạ huỳnh quang tia X.
Xác định đặc tính cơ bản của mẫu cây và đất
Phân tích hình thái,cấutrúc của guột: Sử dụng phương pháp X-ray tomographic phân mảnh 3D và phần mềm hình ảnh YaDiV phân tích 3D được dùng để tạo ra hình ảnh 3 chiều thể hiện sự phân bố chủ yếu các cấu trúc silic và chất hữu cơ trong chùm mạch của mẫu khô thân cây guộtD linearis.Các mẫu được phân tích tại Swiss Light Source của Viện Paul – Scherer, Villigen, Thụy Sĩ Các chùm TOMCAT (Tomogarphic Microscopy and Coherent rAdiology experimenTs) nhận photon từ một nam châm 2,9
T với năng lượng giới hạn là 11,1 ke V, tạo ra một chùm đơn sắc Mẫu được cố định ở phần tĩnh và ở trung tâm trước kính hiển vi để phát hiện chùm tia X đơn sắc Các thành phần hóa học của mẫu cây guộtD linearissau khi được phơi khô không khí được xác định bởi XRF (Rigaku, NexCG).
Phân tích thành phần hoá học của cây guột: được phân tích bằng máy nhiễu xạ huỳnh quang tia X
Phân tích độ hoà tan mẫu cây guột Xử dụng phương pháp tro hoá mẫu bằng phương pháp tro hoá, sau đó định lượng phytolitt bằng phương pháp so màu molipden
Phân tích các chỉ tiêu lý hóa được mô tả chi tiết như sau: pH KCl :Theo TCVN 5975 - 2007, cân 10 g đất khô không khí được qua rây 1 mm sau đó được trao đổi bằng KCl 1N với tỷ lệ khối lượng/thể tích = 1/2,5 (g/ml) Dung dịch được lắc 15 phút tại 150 vòng/phút bằng máy lắc Uiversal SM30, để yên 2 giờ và đo pH với máy meter Starer 3000, Ohaus, Mỹ. Độ dẫn điện (EC): Cân 5 g đất khô không khí rây qua rây 1 mm và thêm vào 50 ml nước (tỉ lệ 1:10) Sau đó lắc mẫu trong 1h tại 175 vòng/phút, ly tâm 3500 vòng trong 3 phút rồi đo trên máy đo EC (Adwa AD3000, Hungary).
Fe, Al linh động: Dung dịch amonioxalat 0,2M được sử dụng để chiết Fe và Al theo tỷ lệ 1:40 g/ml Fe hòa tan trong amonioxalat được xác định bằng AAS (6800, Shimazdu, Nhật Bản), trong khi đó Al được xác định trên máy ICP-OES (PE 7300 V – ICP, PerkinElmer).
Thành phần cơ giới: Trong luận văn này học viên đã xác định thành phần cơ giới của đất theo phương pháp trong môi trường nước đứng yên, Sau đó dùng phương pháp gạn lắng trong môi trường thủy tĩnh theo phương trình lắng Stockes sử dụng ống Robinson có thể tích 25ml để lấy đến độ sâu quy định để hút thành phần cấp hạt.
KẾT QUẢ VÀTHẢOLUẬN
Đặc điểm, hình thái và tính chất lý hoá học củacâyguột
3.1.1 Hình thái và cấu trúc phytolith của cây guột (D.linearis)
Hình ảnh chụp cắt lớp được mô tả ở hình 3.1 cho thấy cấu trúc xốp rỗng được tạo nên bởi sự gắn kết xen kẽ giữa phytolith và chất hữu cơ trong thân và lá của cây guộtD.linearis Cấu trúc xốp rỗng này có các lỗ rỗng, khoảng hổng khác nhau về kích thước và có hình thù như các bó mạch dạng sợi trong thân cây Không giống như ở cây lúa, Si được tìm thấy để tạo ra một cấu trúc kết nối với mật độ dày đặc để tạo ra các không gian kín [2] Nghiên cứu này dựa trênkỹthuật chụp cắt lớp siêu hiển vi và tái tạo hình ảnh 3D đã cho phép xác định được vị trí khu trú, hình thái của phytolith (oxit silic) có trong cây guộtD linearis Kết quả phân tích thành phần hóa học và phân tích hình ảnh chụp cắt lớp cho thấy phytolith có thể tích lũy trung bình lên đến 3,96 ± 0,97
% (tính theo SiO2) trong cây và có xu hướng được hình thành nhiều hơn ở phần lá so với thân cây và tạo thành các lớp “màng Si” được mô tả ở (hình 3.2) Ở phần thân phytolith hiện diện rải rác, trong khi đó phytolith xuất hiện nhiều hơn ở phần lá ở dạng các lớp mỏng xen kẽ với phần chất hữu cơ Khi lá cây rụng hoàn trả về đất, nhiều khả năng các lớp phytolith này sẽ đóng vai trò “gia cố” làm cho chất hữu cơ khó bị phân hủy và tồn tại lâu dàihơn
Chất hữu cơ gồm 2 pha khác nhau có màu xanh lơ và xanh lục tương ứng biểu thị cho cellulose và chất hữu cơ có mật độ nguyên tố thấp Chất hữu cơ chiếm phần lớn của thân và lá cây, và bị xen kẽ bởi phytolith (đặc biệt quan sát rõ ràng ở phần lá, (hình3.2) Ở lá cây, phytolith có xu hướng phân bố ở gần bề mặt của lá và do đó nó có thể liên quan đến sức chống chịu cơ học hay một số quá trình sinh lý của cây (thoát hơi nước) Khi nghiên cứu về phytolith trong lúa các nhà khoa học đã chứng minh rằng sự hiện diện của phytolith có thể làm tăng sức chống chịu cơ học của lá lúa và giúp lúa chống nấm mốc tốt hơn Ngoài ra, vai trò của phytolith còn làm giảm sâu bệnh và thoát hơi nước cũng đã được đề cập trong nghiên cứu [24] Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn này, các dữ liệu có được chưa cho phép khẳng định về vai trò của phytolith đối với sức chống chịu cơ học hay sự thoát hơi nước của câyguột.
Hình 3.1 Hình ảnh chụp cắt lớp mẫu thân cây guộtD linearismô tả mặt cắt ngang hình ảnh cấu trúc 3D tái tạo trên phần mềm YaDiV.
Hình 3.2 Hình ảnh chụp cắt lớp mẫu lá cây guột D linearis mô tả mặt cắt ngang hình ảnh cấu trúc 3D tái tạo trên phần mềm YaDiV.
3.1.2 Kết quả thành phần hoá học của câyguột
3.1 và 3.2 cho thấy cây guột có hàm lượng cacbon hữu cơ rất cao, dao động trong phạm vi từ 42,6 đến 56,4%, hàm lượng cacbon hữu cơ trong cây guột cao nhất là 56,4% ở Háng Đồng, thấp nhất ở Sủng Là (42,6%) Cacbon hữu cơ có khả năng bị giữ bên trong cấu trúc của phytolith trong suốt quá trình hình thành những tế bào phytolith
[25] Mặt khác, màng cacbon hữu cơ bên ngoài có thể bao bọc phytolith thông qua liên kết Si – hữu cơ với lớp vỏ Si, phần chất hữu cơ này quyết định lượng chất hữu cơ
“đồnghành”cùngphytolithvàomôitrườngđấtvàvaitròcốđịnhcacbonhữucơcủa phytolith Chưa có nghiên cứu cụ thể về mức độ bao bọc và sự bền vững của các liên kết Si - hữu cơ để chỉ ra lượng chất hữu cơ bám trên bề mặt phytolith còn lại sau quá trình phân giải cacbon hữu cơ khi xác thực vật tươi được vùi vào trong đất Lượng chất hữu cơ này có thể lên đến 80% nếu trả lại đất theo phương thức vùi sinh khối [61,62] Bên cạnh đó, khả năng tíchlũySi trung bình là 3,7 ± 0,77% Hàm lượng
Al2O3là 1,23 ± 0,23% cho thấy khả năng chịu đựng lượng Al cao của cây guộtD.linearis Hàm lượng CaO, MgO trung bình lần lượt là 0,42 ± 0,11% và 0,31 ± 0,12% Trong số các nguyên tố đa lượng, K trong các mẫu guộtD lineariscó hàm lượng cao lên đến 0,52% giúp cây có khả năng chống chịu với các tác động từ môi trường làm cho cây ra nhiều nhánh hơn, cây cứng chắc, tăng cường khả năng chịu hạn và chịu rét Trong khi đó N và P có hàm lượng tương đối thấp là 0,54% và0,07%.
Bảng 3.1 Thành phần hoá học của các mẫu cây guột D linearis và sinh khối trên mặt đất (giá trị trung bình với độ lệch chuẩn trongngoặc)
Mẫu Thành phần hóa học (%)
OC N SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO Fe 2 O 3 K 2 O P 2 O 5 LOI * Sinh khối
(* LOI: Mất do đốt cháy)
3.1.3 Tốc độ phân hủy (hòa tan) của phytolith từ câyguột
Sau khi được hoàn trả lại đất (thân, lá rụng), sự tồn tại của phytolith phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, hòa tan của chúng Trong các điều kiện khô hạn, hoặc môi trường đất ẩm chứa những yếu tố không thuận lợi cho quá trình hòa tan (ví dụ: nhiều Al 3+ ) [63,64], phytolith sẽ tồn tại trong thời gian rất dài, và do đó có thể hỗ trợ bảo vệ cho cacbon hữu cơ liên kết với nó, và thúc đẩy tích lũy cacbon hữu cơ trong đất Ngược lại, nếu phytolith bị phân hủy nhanh bởi quá trình hòa tan, cacbon hữu cơ cũng vì thế bị phân hủy nhanh hơn và làm suy hao bồn cacbon hữu cơ trong đất Kết quả xử lý mẫu tro để tính lượng hoà tan phytolith được thể hiện trong bảng3.2.
Bảng 3.2 So sánh độ hoà tan của các mẫu phytolith (các mẫu nhận được từ xử lý theo phương pháp tro hóa khô ở nhiệt độ khác nhau và xử lý tro hóa ướt với H2O2)
Si trong tro hoá khô
Si trong tro hoá ƣớt
Al trong tro hoá khô
Al trong tro hoá ƣớt
7 1,38 1,34 1,54 1,05 0,89 1,09 1,34 1,53 1,16 0,07 0,03 0,06 (mẫu được lấy ở Háng Đồng Sơn La)
Hình 3.3 Thể hiện sự so sánh giữa tốc độ hòa tan của mẫu “hỗn hợp phytolith – chất hữu cơ” (mẫu có được từ xử lý nhiệt ở 400, 600 và 800 o C) và mẫu phytolith (mẫu xử lý ở các nhiệt độ 400, 600 và 800 o C và sau đó xử lý tiếp với H2O2để loại bỏ chất hữu cơ) Các mẫu “hỗn hợp phytolith – chất hữu cơ” có tốc độ phân hủy giải phóng Si hòa tan cao hơn so với các mẫu phytolith riêng biệt (mẫu đã loại bỏ chất hữu cơ) trong vòng 7 ngày Điều này có thể do sự khác biệt về pH của các thí nghiệm Mẫu “hỗn hợp phytolith – chất hữu cơ” có phản ứng kiềm với pH ~ 9, là môi trường thúc đẩy phản ứng hòa tan phytolith để giải phóng Si [61, 65] Ngược lại, mẫu phytolith xử lý với
H2O2có phản ứng trung tính (pH ~7), do đó có tốc độ hòa tan thấphơn.
Sau7ngày, lượngSi hòa tancủamẫuhỗnhợpphytolith–chấthữucơ vàmẫuphytolith riêng biệtlàtươngđốigiống nhau(~1,5 mg/L).Nóichung,mứcđộtan rãnàythấpđángkể so với các loạisilica khác nhau thôngthường như lúa, tảocát; [26,66].Vì guộtD.linearischứa một lượng lớn Al(bảng 3.1)nênyếutố nàyđược cholàmộtnhântốlàmgiảmtỷlệ hòa tan củaphytolith theocơchế nhưđãtrìnhbày ởMục3.2.Tuynhiên,dữliệuthuđượctừcácthínghiệmlàkhôngđủđểlàmsángtỏvaitròcủaAl.Mố itươngquan thuậngiữa Si vàAl hòatan (những ionnàygiảiphóngtừquátrình phânhủyphytolithtrongcác thínghiệm)có thể quansát đượcđối với mẫu“hỗnhợpphytolith– chấthữucơ”trong hình 3.3.Điều này cónghĩarằng lượng Altrong dungdịch tăng lên nhưng không làm cho tốc độ hòa tan củaphytolithgiảm đi.Điềunày cóthể do sựchuyểnhóa củaAl 3+ thành Al(OH) 4- trongmôitrườngkiềm (pH củacácthínghiệmlà ~9),vàAl(OH) 4- không
Al hò at an (m gL -1 ) S ih òa tan (m gL -1 ) có tác dụng làm giảm tốc độ hòa tan của phytolith Đối với mẫu phytolith riêng biệt, tương quan giữa Al và Si giải phóng là không rõ ràng.
Nhưvậy, mặc dù kết quảnghiêncứu chưa chophépnhậnđịnhđược vai tròcủacacbonhữucơđối với mức độbềnvững của“hỗnhợpphytolith– cacbonhữucơ”,tuynhiênthínghiệmxácđịnhtốcđộhòatanphytolithhémởmộtsốthôngtin hữu ích nhưsau:tốc độphânhủycủaphytolithtừ câyguột(kểcảdạng liênkết vớicacbonhữucơ haydạng tồntại riêngrẽ) là thấp hơn rấtnhiềusovới các loạisilic sinhhọckhác(vídụnhư lúa,tre,tảocát);pHcóthể tác động rất đángkểđến tốcđộhòa tanphytolithvà có thể“làmlumờ”vaitrò củacacbonhữucơliên kết vớiphytolithhaysự hiệndiệncủaAltrongdungdịch.
Đặcđiểmtínhchấtlýhoácủađấtrừngcócâyguột
3.2.1 Thành phần hóa học và một số đặc tính lý hóa họcđất
Kết quả phân tích các đặc tính cơ bản của mẫu đất nghiên cứu bao gồm: pH, OC, EC, thành phần cơ giới, hàm lượng Al và Fe được trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu
0-20 9,875,09 3,370,19 5,151.05 21,42.6 26,96,3 6,040,96 9,951,7120-40 8,104,82 3,680.11 2,441,58 12,45.3 22,75.5 6,082,28 6,743,21Dựa trên kết quả phân tích có thể thấy rõ pH đất dao động từ 3,12 đến 3,82, khoảng dao động rất nhỏ, đất ở mức rất chua Giá trị pH trung bình là 3,4 với độ lệch chuẩn bằng 0,16.Thấp nhấtlàtrườnghợpmẫuTX2.1,cao nhất làTX3.2ởHáng Đồng(SơnLa)có giá trịpHlần lượtlà3,12và3,82 (kếtquảchitiếtđã đượctrìnhbày ởphụ lục3trang85). Độ dẫnđiệncókhoảngthayđổikhá lớntrongcác mẫu đấtnghiêncứu, có giá trị từ 6,5-24,9 mS/cm.Độdẫn điện được xácđịnhcao nhất vàthấp nhất trongmẫuởHáng Đồng (SơnLa) lầnlượtlà 24,9mS/cmvà 6,5mS/cm.Giátrị ECtrungbình là16,14±4,52 mS/cm.
Trong cácmẫu đấtnghiêncứu, cấp hạt chiếmtỷ lệphần trăm cao nhấtlàlimon (48,77±8,35%), (kếtquả chi tiếtđãđược trìnhbày ởphụ lục3trang 85) thànhphần cấphạtcó sự thayđổilớn hàm lượng sét từ 8,4-42,4%,hàmlượng limon từ 7,52– 69,7%vàhàmlượngcát từ9,94–53,26% Kếtquả chothấyhầu hếtcác mẫuđất thuộc thịt pha sét, thịtphasétvàphalimon.
Sự sẵn có của Altrongđất chịu ảnhhưởngrất lớn bởi pH đất Giá trịpHnhỏ hơn 5,5làmgia tăngtínhlinhđộngcủa Al.Hàm lượng Fe vàAl củacác mẫu đấtnghiêncứuđược thể hiện trong biểuđồhình3.4.HàmlượngAltrung bìnhlà3,51±1,82g/kg.Hàm lượng Alcaonhất là 3.2(8,83 g/kg)ởHángĐồng,Sơn La Cònmẫu QB1.1ởQuản Bạ,HàGiangcó hàm lượng Al thấpnhất (1,22 g/kg).Hàm lượngtrung bìnhFelinh độnglà5,54±3,04g/kg.Giá trịFecao nhấtlà(12,23 g/kg) Theo [44]hàm lượng Fetrongđất dao động từ8,19±0,29 g/kg và119,16±0,14 g/kg[31].Do đó hàm lượngFetrongcácmẫuđấtnghiêncứunằmtrongphạm vitrungbình vàkhôngcóbằng chứng chothấyảnh hưởngcủaFetrongmẫuđất.
Hình 3.4: Hàm lượng Al và Fe chiết bằng amonioxalat của các mẫu đất nghiên cứu
3.2.2 Đánh giá hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất nghiêncứu
Trêncơ sở phân cấp hàmlượng cacbonhữucơtheoWalkley–Black của Siderius,1992 có thể đánh giá đượctình trạng cacbonhữucơcủa đấtnghiêncứu được thể hiệnởbảng
3.4.Kếtquảnghiêncứuvềcacbonhữucơtrongmẫuđấtnghiêncứuchothấycósựchênh lệchrất lớngiữacác mẫu đấtnghiêncứu.Hàmlượng cacbonhữu cơ của các mẫunghiêncứu dao động từ 0,14–6,83%OC, vàtrungbìnhlà2,53±2,01%.Theo phântíchtheoWalkley– BlackcủaSiderius, (1992)thì đấttrongkhuvựcnghiêncứucóhàmlượng cacbonhữucơtừnghèocho đếnrấtgiàu.
Cácmẫuđấtlấyởkhuvựcnghiêncứuđượclàmlặplại3lầnvớitừngmẫuvàlấykếtquả là giá trịtrung bìnhcủa3lần lặp lại Từ kếtquảphân tích hàm lượng chất hữucơ ở 5điểm nghiêncứu chothấyrằngvới các nền thổnhưỡng khácnhauhaynói cách khác trên cácnền đá mẹquaquátrình phonghoá vàpháttriển của hệ thực vật thì cho kết quả cũngkhác nhaurất rõrệt.
Bảng 3.4 Hàm lượng cacbon hữu cơ tổng số trong các mẫu đất nghiên cứu
Mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Độ ệch chuẩn % OC
Mẫu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Độ ệch chuẩn % OC
Giải thích các ký hiệu mẫu nghiên cứu: (1.1; 1.2; 2.1; 2.2; 3.1; 3.2) đã được chút h í c h tại phụ lục 1 trang 80.
Như vậy kết quả định lượng trên cho thấy, tuy cùng một điều kiện là đồi núi nhưng có sự khác nhau về vị trí địa lý và loại đá hình thành đất cũng như trọng lượng sinh khối của cây guột thì hàm lượng cacbon hữu cơ cũng cho kết quả khác nhau Và hàm lượng
OC chủ yếu tập trung ở tầng đất từ 0 - 20 cm.
Hình 3.5 So sánh kết quả OC tích lũy ở các tầng đất 0 – 20 cm và 20 – 40 cm
Từ kết quả thu được của cacbon hữu cơ trong đất đã thu sinh khối của cây guột học viên đã xây dựng được mối tương quan với sinh khối của cây guột cho thấy, giữa chúng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau theo tỷ lệ thuận cứ nơi nào thu được sinh khối cây guột nhiều thì ở đó hàm lượng phytolith và chất hữu cơ cao được thể hiện ở hình 3.6 Vì sinh khối của guột là thu tổng sinh khối, nên ở bảng này cacbon hữu cơ được tính trung bình ở cả tầng A và tầng B cho cả 3 ô lấy mẫu ở một địa điểm để tính mối tương quan với sinh khối của guột.
Hình 3.6 Tương quan giữa hàm lượng cacbon hữu trong đất và sinh khối của guột của các ô tiêu chuẩn.
Xây dựng mối tương quan giữa phytolith và các tính chất cơ bảncủađất
3.3.1 Hàm lượng phytolith trong đất nghiêncứu
Hàm lượng phytolith trong đất ở các địa điểm nghiên cứu được thể hiện ở bảng 3.5, cho thấy hàm lượng phytolith dao động trong phạm vi từ 0,23 đến 1,71% (chi tiết được trình bày ở phụ lục 2) Kết quả định lượng cho thấy sự tích lũy của phytolith trong đất ở các địa điểm nghiên cứu là khác nhau Hàm lượng trung bình phytolith ở các điểm nghiên cứu là 8,23,1 và 6,42,1 g/Kg tương ứng cho tầng mặt (0 – 20 cm) và tầng dưới (20 – 40 cm) Như vậy, sự tích lũy phytolith có xu hướng giảm dần theo chiều sâu phẫu diện Hàm lượng phytolith cao nhất là 1,71%, phát hiện được ở tầng mặt của mẫu đất tại Háng Đồng (Bắc Yên, Sơn La) Ngược lại, hàm lượng phytolith thấp nhất là 0,23%, phát hiện được ở mẫu đất tầng mặt ở Quản Bạ (Hà Giang) Các mẫu còn lại có giá trị phân tích được trong khoảng từ 0,3 - 1,19%.
Bảng 3.5: Hàm lượng phytolith trong các mẫu đất nghiên cứu
Mẫu Phytolith trung bình (%) Độ ệch chuẩn Mẫu Phytolith trung bình (%) Độ ệch chuẩn
Hình 3.7 So sánh phytotlith ở 2 tầng đất nghiên cứu
Sự tích lũy phytolith ở tầng đất mặt có thể quan sát được ở rất nhiều các hệ sinh thái khác nhau, ví dụ như rừng tre nứa, đất trồng lúa, đồng cỏ và đất ngập nước [44]. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng sự tích lũy phytolith trong đất ở những nơi cây guột chiếm lĩnh trong một thời gian dài tại các địa điểm lấy mẫu trong nghiên cứu này Thì cho thấy hàm lượng phytolith tích lũy là 8,23,1 g/Kg ở tầng mặt (0 – 20 cm) và 6,4
2,1 g/Kg ở tầng dưới (20 – 40 cm), chứng tỏ rằng guột có khả năng cung cấp phytolith ở mức độ tương đối cao được thể hiện ở hình 3.7 Lượng tồn tại của phytolith trong đất phụ thuộc vào cân bằng giữa “lượng phytolith bổ sung” (từ xác cây, lá rụng) và “lượng phytolith mất đi” (do hòa tan, rửa trôi, lấy đi sinh khối) Trong môi trường tự nhiên, khi lượng bổ sung có thể coi là ổn định (đều đặn qua các năm) thì sự mất đi sẽ đóng vai trò quyết định đối với lượng phytolith tích lũy trong đất Sự mất đi của phytolith thông qua quá trình hòa tanphụthuộc vào các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, lượng mưa, độ che phủ, độ dốc, dòng chảy và hoạt động của vi sinh vật) và các yếu tố thuộc về bản chất của phytolith (thành phần hóa học, tỷ lệ Al/Si, mức độ liên kết với chất hữu cơ)[61,66].
Rừng hỗn giao ôn đới Rừng sồi châu Âu Đồng cỏ
Guột D Linearis Đồng cỏ Đất canh tác khô hạn Rừng thông Đất lúa
Rừng hỗn giao nhiệt đới Đồng lúa mì
Hình 3.8 So sánh hàm lượng phytolith trong một số hệ sinh thái
Từ kết quả thu được của 30 mẫu phân tích phytolith trong đất cho thấy Hàm lượng phytolith trong đất dao động từ 0,5 – 2%, cho thấy hệ sinh thái guột có mức độ tích lũy phytolith tương đối cao so với các hệ sinh thái khác.
Hàm lượng phytolith trong đất nằm tập trung ở tầng từ 0 - 20cm và có su hướng giảm dần ở tầng 20 - 40cm Từ kết quả của các mẫu nghiên cứu học viên đã so sánh với kết quả phytolith của các hệ sinh thái khác như rừng hỗn giao, lúa mì, đồng cỏ đã được công bố thì thì cho thấy hàm lượng phytolith trung bình ở mẫu đất nghiên cứu nằm ở mức tương đối cao.
3.3.2 Mối tương quan giữa phytolith, cacbon hữu cơ và các tính chấtđất
Sự tồn tại của phytolith trong môi trường đất không chỉ phụ thuộc vào bản chất của nó (thảo luận ở mục 3.1) mà còn phụ thuộc vào các yếu tố môi trường đất Motomura, K, Fuji, T, Suzuki, M (2004) [63] đã chứng minh rằng pH là yếu tố có mối tương quan nghịch trong khi các yếu tố khác như EC, OC, hàm lượng sét, Al và Fe có mối tương quan thuận với sự tích lũy phytolith trong môi trường đất nông nghiệp (đất trồng lúa)
[26] Nghiên cứu này cho phép bước đầu đưa ra được nhận định về mối quan hệ giữa phytolith trong đất guột với các tính chất lý hóa học môi trường đất, đặc biệt là với hàm lượng cacbon hữu cơ trongđất.
H àm lư ợ ng ph yt ol ith (g Kg -1 )
Thống kê về dữ liệu phytolith, cacbon hữu cơ và các tính chất lý hóa học đất được trình bày trong bảng 3.6 Từ các dữ liệu thí nghiệm thu được cho thấy mối quan hệ của phytolith, cacbon hữu cơ với các tính chất của đất được thiết lập dựa trên hàm phân tích tương quan (Pearson) được mô tả ở bảng 3.7 Kết quả phân tích tương quan cho thấy cacbon hữu cơ tích lũy trong đất có tương quan thuận (vớip < 0,01) với tất cả các các thành phần và tính chất lý hóa học (cụ thể là: phytolith, khoáng sét, EC, Al và Fe) và tương quan nghịch với pH Ngoài ra, từ kết quả thu được của phytolith trong cây, trong đất và hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất nghiên cứu cho thấy được giữa chúng có mối quan hệ thuận và chặt chẽ nghiên cứu đã minh chứng cứ ở đâu có thảm phủ cây guột lớn thì ở đất đó có hàm lượng phytolith lớn và đồng nghĩa cacbon hữu cơ cũng lớn Như vậy, các yếu tố như phytolith, hàm lượng sét, EC, Al và Fe cũng là những yếu tố thúc đẩy sự tích lũy cacbon hữu cơ trong đất Trong khi đó, pH lại là yếu tố không hỗ trợ cho sự tích lũy cacbon hữu cơ (pH tăng thì chất hữu cơgiảm).
Bảng 3.6 Hàm lượng trung bình phytolith và tính chất lý hoá của đất.
Thông số đất Min Max Trung bình Độ lệch chuẩn pH 3,12 3,82 3,4 0,16
Bảng 3.7 Hệ số Pearson biểu diễn mối tương quan giữa phytolith, chất hữu cơ, pH,
EC, hàm lượng sét và hàm lượng Al, Fe linh động trong đất
Phytolith pH EC OC Hàm
Alox Feox lượng sét Phytolith 1 0.086 0.539 ** 0.629 ** 0.652 ** 0.480 ** 0.332 pH 1 -0.251 -0.138 -0.301 0.237 -0.038
(** thể hiện mối tương quanPearson chặt chẽ hơn p