Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu khả năng tích lũy Cacbon hữu cơ trong đất rừng có cây Guột và đề xuất giải pháp tăng cường dự trữ cacbon trong đất

LỜI CAM DOAN

Học viên: Lê Hương Giang Lớp24KHMTII — MãHV: 1681440301002

“Chuyên ngành dio tạo: Khoa học môi tru ie Mã số: 60440301

dưới sự hướng dẫn của PGS.TSuyễn Ngọc Minh với đề tà

“Tôi xin cam đoan luận văn được chính tôi thực hi

‘Va Đức Toàn và PGS.TS NNghiên cứu khả năng tíchluỹ cacbon hữu cơ trong dit rừng có cây guột và đề xuất giải pháp tang cường đục

trữ cacbon trong đắt" Các kết qua nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bat kỳ một nguồn nào Kết quả nghiên cứu là một phản trong bài báo gửi đến tap chi Catena trong đỏ tôi là đồng tác giả Việc sử dụng các tà liệu

trích din trong luận văn đã được ghỉ nguồn theo đúng quy định

Hà Nội ngày thing nữm2017

Hee viên

Lê Hương Giang

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá win thực hiện nghiên cứu luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm

giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện tốt nhất từ sự hướng dẫn tận tình quý báu của các

thầy cô và các bạn đã hỗ trợ cho học viên hoàn thành luận văn.

Lời đầu itn cho học viên xin gửi lời cảm on đến Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Môi trường đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và

hoàn thành luận văn này.

Đặc biệt với lòng biết ơn sâu sắc học viên xin được chân thành cảm ơn PGS.TS Vũ.Đức Toàn bộ môn Hoá cơ sở, Khoa Môi trường, Trường Đại học Thuỷ Lợi vàPGS.TS Nguyễn Ngọc Minh, Bộ môn Thỏ nhường và Môi trường Đắt, Khoa Môi

trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Dai học Quốc gia Hà Nội đã trực tiếp

hướng dẫn, tận tỉnh giúp đỡ và góp ý cho học viên trong việc hoàn thành nghiên cứuluận van,

Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đỉnh, bạn bè và các cán bộ

cùng làm việc tại Bộ môn Thổ nhường và Môi trường đất, Bộ môn Công nghệ môi

trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Ha Nội, đã luôn giúp đỡ tôi hoànthành luận văn của mình.

Š ài thục hiện vẫn còn nhiều thiểu sốt do bạn chế về mặt thi gian, kinh nghiệm và

kiến thức Vi vậy học viên rất mong nhận được sự đồng góp và chỉ bảo của các thầy cô

để luận văn được hoàn chỉnh hơn,

Hoe viên xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày tháng năm2017

Học vi

Lê Hương Giang

DANH MỤC HÌNH ANH

DANH MỤC BANG BIEU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẢ: MỞ ĐẦU

'CHƯƠNG 1~ TƠNG QUAN CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 4

1-1 Sự hình thành ích luỹ cacbon hữu cơ trong dit 41.1.1 Khái niệm và nguồn cacbon hữu cơ trong đất 4

1.1.2 Vai trị của cacbon hữu cơ trong đất 6

5991.13 Các yêu tổ ảnh hưởng đến hầm lượng chất hãu cơ trong đất

1.2 Khai quit về cây guột

1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây gust

1.22 Ý nghĩa mơi trường của cây guột 01.2.3 Một số ứng dụng khác của cây guột u

1.3 Khai quát ự hình thành ích luỹ phytolith trong cây và trong dit R 1.31 Siie trong đất 2

1.32 Sự tích lu sillic và vai td của phytolth trong thực vật 01.33 Swrhinh thành phytoÏth trong thực vật

1.3.4 Con đường tích luỹ phytolith vào đất

1.4, Mỗi quan hệ giữa phytolth và cacbon hữu cơ rong đt 29 1.4.1, Sự hình thành the hỗn hop “phytolith ~ chất hữu cơ" trong thực vậ 29 1442 Các yêu tổ quyết định đến sự hồ tan của phytolith và phytOC 2

1.4.3 Định lượng phytolith trong đất 33

1.5 Tình hình nghiên cứu vẻ phytolith ở Việt Nam 36 'CHƯƠNG 2: ĐƠI TƯỢNG, PHAM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 382.2 Phương php nghiên ein 402.2.1 Thu thập tà liệu 40

2.2.2 Phương pháp lay mẫu ngồi hiện trường 40

2.23 Phương pháp phân ích trong phịng thí nghiệm "2.2.8, Phương pháp thơng kế 46

CHUONG3- KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN ceosecscesccceccceceoceeesđỂ

3.1 Bie điểm, hình thái va tính chất ý hố họ của cây But 48

3.1.1 Hình thái và cau trúc phytolith của cây guột (D linearis) 48

3.1.2 Kết qua thành phần hố hoc của cây guột 503.13, Tắc độ phân hãy (hịa an) của phytolih từ cây guột 51

32 Đặc điểm tính chit If hố của dt rừng cĩ cây guột 54

3.2.1 Thành phần hĩa học và một số đặc tính lý hĩa học đất sa

3.2.2 Đánh giá him lượng cacbon hữu cơ trong 563.3 Xây dựng mỗi trơng quan giữa phytoith và 593.3.1, Ham lượng phytolith trong dit nghiên cứu 593.3.3, Ham lượng phytolth va các tinh chất đắt bằng hồi quy da biển 65

3.4, Dé xuất giải pháp tăng cường dự trữ cacbon trong đắt nghiên cứu 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

PHY LUC.

DANH MỤC HÌNH ANH

Hình 1.1 Hình ảnh cây guội tại vị y mẫu thuộc huyện Ngân Sơn, Cao Bằng 10

Hình 1.2 Các dang sili trong môi trường đắt [10] B

Hình 1.3 Sự biến đổi của DSi trong dit [16] 1s

Hình 1.4 Các dang Si sinh học tong đắt [19] 16Hình 1.5 Phytolith trong cây lúa [24] 18inh 1.6, Vai td của Si wong việc giảm tác động của kim loại năng ở thực vật (43] 21Hình 1.7 Vòng tuần hoàn của phytolith trong đất [36] 2Hình 1.8 Quá trình polyme hóa axit monosilicic trong thực vật [50] 26Hình 1.9 Hình thái thường gặp của phytolith [Nguyễn Ngọc Minh 2016] 2

Hình 1.10 lượng C bị giữ hi trong đất bối phytoith PhytOC) so với C tổng vỗ được

vải vào đắt qua thời gian (25) 31Hình 1.11: Tích luy C trong đất trồng có hàm lượng PhytOC khác nhau [46] 32

Hình 1.12 Sơ đồ tích phytolith từ đắt bằng dung địch nặng [58] 34

Hình 1.13, Minh hoạ cho phương pháp luận sit dụng để giải thích cho sự hoà tan ding

thời Sỉtừ khoáng trong suốt quá tình chiết dang ASi |4] 35

Hình 2.1 Thảm phủ guột ở mẫu nghiên cứu 38Hình 22 Sơ đồ địa di 39Hình 2.3 Hình ảnh lấy mẫu cây guột ngoài hiện trường 40

Hình 2.4 Hình ảnh lấy mẫu đất ngoài thực tế 41 Hình 3.1 Hình ảnh chụp cắt lớp mẫu thân cây guột D linearis mô tả mặt ct ngang

tinh ảnh cấu trúc 3D tái tạo trên phần mễm YaDiV 49

Hình 3.2 Hình ảnh chụp cất lớp mẫu lí cây gust D nears mô tả mặt cắt ngang hình

ảnh ấn trú 3D ti tạo trên phần mém YaDiV 50Hình 3.3, Tốc độ hòa tan các mẫu phytolith có được từ xử lý nhiệt và xử lý với HO;(a) và mối quan hệ giữa AI và Si giải phóng từ quá tình hòa tan các mẫu phytolth (b).53

Hinh 3.4: Him lượng AI và Fe chiết bằng amonioxalat của các mẫu đất nghiên cứu 55 Hình 3.5 So sánh kết quả OC tích lũy ở các ting dit 0~ 20 cm và 20 = 40 cm S8

Hình 3.6 Tương quan giữa hàm lượng cacbon hữu trong đất và sinh khối của guột củacác 6 tiêu chuẩn 58

Hình 3.7 So sánh phytotlth ở 2 tằng đất nghiên cứu 6

Hình 3.8, So sinh ham lượng phytolith trong một số hệ sinh thái 61Hình 3.9 Chỉ số FI so với E2 cho thấy sự khác biệt giữa him lượng phytolith trong

đất và tính chất đất đã chọn 6

Hình 3.10 So sinh (a) và tương quan chéo (b) giữa him lượng Si phân tích và hàmlượng Si dự đoán sử dụng mô hình hồi quy đa 66

Hình 3.11 So sánh phytolith trong cây guột D linearis so với phytolith đất (Si) va

tổng lượng Si trong đắt 61

DANH MỤC BANG BIEU

Bang I.1 Thông tin cơ bản về khu vực nghiên cứu 39Bảng 3.1 Thành phần hoá học của các mẫu cây guột D linearis và sinh khdi trên mặt

đất (gi tr rung bình với độ lệch chun trong ngoặc) si

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 ớt với H.O;) 52 Bang 3 3: Tính chit cơ bản của mẫu đất nghiên cứu 54

Bảng 3.4, Hàm lượng cacbon hữu cơ trong các mẫu đắt nghiên cứu 56

Bảng 3.5: Hàm lượng phytoith trong các mẫu đất nghiên cứu 39

Bảng 3.6 Hàm lượng phytolith và tinh chit lý hoá cia dit 6

Bảng 3.7 Hệ số Pearson biểu diễn mỗi tương quan giữa phytolith, chất hữu cơ, pH, EC, him lượng sét và him lượng AI, Fe lính động trong đắt đ Dựa trên số liệu đã phân tích các chỉ tiêu lý hoá học trong dat nghiên cứu ở bảng 3.3 sau đô sử dụng phần mém SPSS 20 dé tinh cho ra được bảng kết gia phân tí hồi quy

Bảng 3.10 Kết quả phân tích hồi quy da biến dự đoán him lượng phytolith 65

DANH MỤC CHỮ VIẾT TAT

ASi Site vô định hình

Bsi Silie sinh hoe Dsi Silic hòa tan

Msi Silie tong khoáng vật

oc Cacbon hữu cơ

Psi Si ở dạng hạt

PCA Principal Components Analysis

Aly Ham lượng Al đi động được chiết bing oxalat

Fe Hàm lượng Fe di động được chiết bing oxalat

Lot Lượng mắt do bay hơi

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

'Cacbon hữu cơ trong đất, đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành độ phì nhiêu cửa đất cacbon hữu cư tác động ti tt cổ các quá tình sin ý, hoá học xây rà ở trong

dắt Sự chuyển hoá cacbon hữu cơ trong dit còn đóng vai tr lâm cân bằng cacbon trêntrái dit Ở Việt Nam với diện tích đồi núi chiếm khoảng %4 diện tích đắt tự nhiên, lại

nằm tong vùng nhiệt đới khí hậu, nóng dm mưa nhiều, là điều kiện thuận lợi để chất khoáng hoá xảy ra nhanh hơn, dẫn đến phan

núi có him lượng chất hữu cơ không cao

hữu cơ trong đất bị phân giải và quá

gn tích đất tự nhiên ở các vùng d

nghèo chất dinh dưỡng Trong tự nhiên nguồn cung cấp, bố sung cacbon hữu cơ duy nhất là thực vật và phân hữu cơ [1] Chính vì thé việc tim ra một loài cây có khả năng.

sống trong môi trường khắc nghiệt nghèo chất đỉnh dưỡng mà luận văn hướng tới đóchính là cây guột Guột cũng như các loài thực vật khác trong quả trình sinh trưởng nổ

hút thu các chất dinh dưỡng từ đất trong đó có Sĩ võ cơ ở dạng hoà tan, và lượng Sỉ vô cơ hoà tan này sẽ kết ta thành cầu trúc phytolith ở dang vô định hình tong sinh khối của cây gudt, và cấu trúc phytolith này có khả năng bao bọc và cô lập chất hữu cơ trong cấu trúc của nó Khi được hoàn trả về môi trường đắt, phytolith như một “lá chin” bảo vệ chất hữu cơ trong cấu trúc của nó khỏi các tác động lý hóa (ví dụ: quá

trình hòa tan), các tác nhân sinh học (phân hủy do vi sinh vat), Nhờ đó, chất hữu co

trong cấu trúc phytolih được bảo vệ và lưu git trong mdi trường đắt lâu dải hơn [2]

Nghiên cứu mỗi quan hệ giữa phytoith và sự tích lũy cacbon hữu cơ trong đắt được để

cập trong rit nhiều nghiên cứu gin đây, đặc biệt tập trung vào các hệ sinh thái nơi có

các loài thực vật có khả năng hút thu nhiều Sỉ (siêu tích lũy Si) ví dụ như: đất lúaxy nhiên, có rất ít thông tin về sự hình thành và tích lũy

tynhiều Sỉ và xuất hiện rất phổ biển ở vùng nhiệt đới hay á nhiệt đới Do vậy, đồng góp.

đồng có, rừng tre nứa [3].

phytolith trong các loài thuộc họ đương xi, là những loài cồng có khả năng tí

của cây guột đối với sự tích lũy phytolh và cacbon hữu cơ trong đất vẫn còn là một

câu hỏi mở cần được quan tâm,

"Nên nghiên cứu đã lựa chọn để tài: *Nghiên cứu khả năng tích luỹ cacbon hiểu cơ

trong dit rừng có cây guột và đề xuất giải pháp tăng cường dy trữ cacbon trong đất”, nghiên cứu sẽ tập trung vào các vùng có cây guột và lựa chọn những mục tiêu

chính sau,

2 Mục tiêu cũa đề tài

+ Nghiên cứu được khả năng tích lu cacbon hữu cơ trong dt rừng cổ cây guột«Xây đựng được mối quan hệ giữa phytolúh với hàm lượng cacbon hữu co

trong đất

« Ba xuất gi phip ting cường dự trữ cacbon hữu cơ trong đắtlung nghiên cứu.

‘+ Xác định cấu trúc, bình thtốc độ hoà tan của phytolith và thành phần hoá họctrong cây guột

+ Xác định sự tích lup của phytolith và thành phần hoá học trong đắt

+ Đánh gid him lượng cacbon hữu cơ trong đất và xây dưng mỗi quan hệ với

phytolith từ cây guột Dicranopreris linearis.

+ Dinh giá ảnh hưởng của một số yếu tổ môi trường đất đến sự tổn ti của

phyiolith và tích ly eacbon hữu cơ trong đất

4, Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

+ Đối tượng của nghiên cửu: Cacbon hữu cơ trong dit rừng có cấy guột và

Phytolith trong đắt và cây

© Pham vi nghiên cứu: VỀ mặt không gian Các mẫu nghiên cứu của luận văn

được lấy ở 5 địa điểm nghiên cứu khác nhau nằm rai re tại các tỉnh một số

vùng ở miễn núi phía Bắc Việt Nam trong đợt khảo sát tháng 12/2016 theo.

tuyển lấy mẫu Hà Nội ~ Bắc Kạn -Cao Bằng ~ Hà Giang ~ Sơn La

‘* Phạm vi nghiên cứu về mặt thời gian: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng.

10 thing Các mẫu đất và cây được phân tích trong phòng thí nghiêm để ạo ra

cơ sở dữ liệu và các dữ liệu nảy được xử lý thống ké để tim ra những yêu tổ “quyết định đối với sự tích lay chất hữu cơ trong đất

+ Cách tiếp cận của để tài: Dé tài tiếp cận một cách gián tiếp bằng cách xây dựng. các mỗi tương quan giữa chất hữu cơ với phytolith, tương quan với các yếu tố

lý hoá học môi trường, sau đó xây dựng được công thức tính ngoại suy lượngphytolith trong đất

Phuong pháp nghiên cứu

Phuong pháp thu thập số liệu:

Nghiên cửa đã tham khảo và kế thừa gồm 67 t liệu, báo cáo khoa học đã xuất bản

để sn cơ sở đánh giá tổng hợp để phục vụ cho luận giải kết quả nghiên cứu + Phương pháp khảo sắt thực dja va lấy mẫu ngoài hiện trường;

Khảo sát thực địa và lấy mẫu được thu thập tại dis điểm lấy mẫu trên các địa hình và nên thé nhưỡng khác nhau va lấy theo phương pháp của chuyên gia, hỗn hợp và ngẫu.

‘Phuong pháp phân tích trong phỏng thí nghiệm

Phan tích X-ray Tomography (cắt lớp siêu hiển vi tia X) là kỹ thuật mới sử dụng déxác định hình thái và vị tí khu trú của oxit sie (phytolih) và chất hữu cơ trong mẫu,cây gust

Phân tích thành phần hoá học của cây guột bằng nhiễu xạ huỳnh quang

XXác định him lượng phytolith trong đắt theo phương pháp hòa tan trong Na,CO, [4]Một thông số ý hóa mỗi tường đất (bao gồm cả cacbon hữu cơ) theo các phương

pháp thông dụng.

« Phương pháp thống kê

mềm thông dụng (cxesl, SPPS, PCA, SPSS 20)

trong đó có mỗi quan hệNghiên cứu này sử dụng một s

inh toán và xây dựng him tương quan giữa các bigiữa cacbon hữu cơ và phytolith trong đất

5 Cấu trúc của luận văn.

CHUONG 1~ TONG QUAN CÁC VAN DE NGHIÊN CUU

1.1 Sy hình thành, tích luỹ eacbon hữu cơ trong đất

LLL Khải niệm và nguẫn cacbon hữu cơ trong đất

Cacbon hữu cơ trong đất đồng vai trd quan trọng đối với tắt củ quá tình xảy ra tong hoá, sinh học của đất,

ký hiệu là OC Chat hữu cơ trong dat

là một trong bốn hop phần cơ bản của đất phần khoáng, phần chit hữu cơ, phần

iebon hữu cơ là

đất và có tác động đến hầu hết cá tính chất

thành phin cacbon có trong chất hữu cơ của đi

không khí dat và dung địch, cacbon hữu cơ có ý nghĩa quan trọng đối với độ phì nhiêu.

của đất bao gdm các tần dr thực vật và động vật ở các giả đoạn phân huỹ khác nhau,

các tế bào và mô của sinh vật đắt và các chất tổng hợp bởi các sinh vit đấ Đây là hợp

phần quan tong và có t c động mạnh trong quá trình hình thành, phát trivà duy trì

Ất, như độ phi nhiêu của đất Cacbon hữu cơ của đắt ảnh hưởng đến nhiều tính chi

khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, kha năng hấp thy, 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 thái đất

“rong đất tự nhiên nguồn hãu cơ cung cắp duy nhất cho đất là tần dư sinh vật bao cm

xác thực vật và phân hữu cơ,

1.1.1.1 Tân dự sinh vật

Sinh vật sống trong đất, lấy chất dinh dưỡng từ đt ễ sinh trưởng, phát iển kh chết để lại những tàn dư sinh vật (xác hữu cơ) Trong tàn tích sinh vật, chủ yếu chiếm tới 4/5 là tần tích thực vật màu xanh Trong quả tình sống chúng quang hợp tạo chit hữu

cơ và khi chết chúng dé lại cho dat, thân, rễ, cảnh, I qua và hạt [6]

“Thực vật màu xanh có nhiễu loi, 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 cảh, lá khô và quảrụng tạo thành trên mặt đắt một ting thảm mục ở dat rừng, sau đó mới bị phân giải bởi

vi sinh vật đắt, Cây thân có cho lượng chit hữu cơ nhiễu va tốt hơn, lượng hữu eo mà chúng dé lại trong đắt chủ yếu lại là rễ ở vùng đồng cỏ lượng rễ để lại trong đắt ở tầng.

mặt hàng năm làit lớn Ngoài thực vật mau xanh côn có xác động vật va vi sinh vật,

lượng của chúng không nhiễu, song chit lượng lạ tốt đối với dịnh dưỡng cây trồng “Thành phần hoá học cia những tàn tích hãu cơ rt khác nhau uỷ thuộc vio nguồn gốc của chúng, Nhin chung các tàn tích hầu cơ chứa đến 75% - 90% là nước, Trong thành phần chit khô, ngoài các chit ghost, posit lpi, lignin, tain, nhựa, hấp, tn tích hữu! sơ còn chứa một lượng nhất định các nguyên tổ vô cơ như Sỉ, Ca, Fe, Me.

11.1.2 Phân hữu cơ

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 thé kỹ 20, ở nhiều vũng đất,

người dân thu hoạch cả hạt lin cây, vì vậy phân hữu cơ gin 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 chit lượng của chúng tuỷ theo trinh độ kỹ

thuật canh tác, thâm canh cây trồng ở mỗi nơi [1]

(Qua trình hình thành hit cơ trong đt ừ các nguồn trên Sự biển hoá xác hữu cơ trong

đất là một quá trình sinh hoá học phức tạp, xảy ra với sự tham gia trực iếp của vi sinh

vat, động vật, oxy không khí và nước, Xác thực vật tổn gi trên mặt đắt hoặc trong các tng đắt trong quá tình phân giải chẳng mắt edu tạo, hình dạng ban đầu và biến thành những hợp chất hoạt tính hơn, đễ hoà tan hơn Một phần những hợp chất này được

Khoáng hod hoàn toàn, sin phẩm của quá trình này là nước, một sỗ khí và những hợpchất khoáng đơn giản, trong số đó có nhiều chất định dưỡng cho thực vật thể hệ tiếp

sau Một phin được vi sinh vật dùng để tng hop protit, lipit, gluxit va một số hợp chit

mới, xây dựng cơ thể chúng và khi chúng chết di lại được phân huỷ Phần thứ ba biển

thành những hợp chất cao phân từ có cấu tạo phúc tạp đổ là những hợp chất min

"Những hợp chất min này lại có thé bị khoáng hoá.

(Qué tinh khoáng hod là quả tình biến đổi chit hữu cơ thành chất vô cơ với sự tham

gia của các men do vỉ sinh vật tết 9, ce chất hữu cơ phúc tap sẽ bị thuỷ phân, phân

giải và tạo ra những sản phẩm trung gian như protein, peptit, vi amin và cuối cùng làsự oxy hoá hoàn toàn những hợp chit hữu cơ Qui trinh này diễn ra theo 2 giai đoạn

nhỏ là sự thối mục chit hữu cơ diễn ra trong quá tình hiểu khí và tạo ra các sản phẩm ‘oxy hoá hoàn toàn thành các sản phẩm: (COs, HO, NO's, PO,`SO/Ÿ đây là quá

trình tộ nhiệt, Giai đoạn tiếp theo là thối rữa là quá trình vi sinh vật phân giải chấthữu cơ xảy ra trong quá trình ky khí (cĩ thé do vi sinh vật hiểu khí phát tiễn quá

nhanh đã sử dụng hết oxy hoặc do thiểu oxy do ngập nước), và bên cạnh những sản phẩm bị oxy hố hồn tồn như COs, H,O cơn tạo ra một lượng lớn các chất khử trong

điều kiện yếm khí và sản phẩm cuối cùng tạo thành từ các sin phẩm trung gian bao

sồm: CH, H;S, NH, PHy, Họ, COs Khống hố là quá tinh phân huỷ các hợp c

hữu cơ tạo thành các hợp chất khống đơn giản, sin phẩm cuối cùng là những hợp chất|

tan và

1.1.2 Vai trị của cacbon hữu cơ trong đất

‘Chat hữu cơ khơng chỉ là kho dinh dưỡng cho cây trồng mà cịn cĩ thể điều tiết nhiều tính chit đt theo hướng tt Vai trỏ của chúng được thể hiện ở những điểm chỉnh sau

Chất min cĩ vai trỏ quan tong trong sự hình thành cấu trúc đất và duy t độ bền cầu

trúc của đất, Nĩ gắn kết các phần từ cơ học với nhau tạo thành các đồn lap cỏ độ ben

ao giúp cho việc chẳng xĩi man và các ngoại lực khác tác động vào đất [3]

Ham lượng chất hữu cơ trong đắt và độ bền cấu trúc cĩ liên quan chặt chế 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 thối

chất hữu cơ nhanh hơn quá trình tích luỹ chúng Chính vì vậy việc duy tri độ ban cầutrúc dit đồi hỏi bổ sung chất hữu cơ cho đất, nhất là đắt trồng ở các ving nhiệt đi, diaình cĩ độ xáo trộn mạnh.

1.1.2.1 Đất với quá trình hình thành tinh chắt đắt

Chất hữu cơ và min trong đt là di đá mẹ Sự tích luy

của chất hữu cơ và mùn trong đắt gắn lễ với sự phát nh đất Sự ích luỹ chất hữu cơ

và min tập trung ở ting đắt mặt la dấu bigu bình thái quan trọng biễu thị độ phì nhiều

của đất,

- Ảnh hưởng tới lý học của đắt

Chất hữu cơ và min cĩ tác dung cải hiện trạng thi kết cấu đất, các keo min gắn các hat đt với nhau tạo thành những hạt kết dính tốt, bền vũng, từ đĩ ảnh hưởng đến tồn

tinh của đất như chế độ nước (tinh thắm va giữ nước tốt hơn), chỉ

nhiệt (sự bắp thụ và giữ nhiệ tốt hơn), các tính cht vật ý phổ biển của i, việc làm

đất cũng đễ dàng hon Nhữ đó mà nếu đất giàu chất hữu cơ người ta có thé trồng trọt tốt cả nơi có thành phần cơ giới quá nặng hoặc quả nhẹ.

- Anh hưởng tới tính hoá học đất

Chất hữu cơ xúc tin các phân ứng ho ho L sẵn lên vớiủi thiện điều kiện oxy hisự di động và kết tủa của các nguyên tổ vô cơ trong đất nhờ có nhóm định chức các

hợp chất mùn nồi riêng, chất hữu cơ nói chung làm tăng khả năng hip phụ của đất, giữ

được các chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng tính đệm của đất

1.1.2.2 Đổi với sinh vật

Đối với các sinh vật sống trong đất, chất hữu cơ và min vừa là nguồn thie ăn vừa là môi trường sống của quần thể sinh vật này Đối với cây, chất hữu cơ vừa là kho dự trữ vita là ngudn cung cấp thức ăn cho cây sinh trưởng và phát tiễn

Chit hữu cơ đất (kể cả ác chất min và ngoài min) đều chứa một lượng khá lớn các

nguyên tổ dnh dưỡng N, P, K, Ca, Ma và các nguyên tổ vi lượng trong đó đặc biệt là

N, những nguyên tổ này được giữ một thời gian dài trong các hợp chit hữu cơ đắt vừa

cung cắp thức ăn thường xuyên vừa là kho dự trữ dinh dưỡng lâu dài của cây trồng cũng như vỉ sinh vật đất Chit hữu cơ là nguồn lớn cưng cấp CO; cho 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 ning cao tính thẩm thấu của ming tẾ bảo, huy động

dinh đưỡng Ngoài ra chất hữu cơ còn có tác dụng duy trì bảo vệ đắt (5, 7].

1.1.2.3 Chất hit cơ đất có tắc dụng du tì bảo vệ đắt

Chit hữu cơ chia các hợp chất kháng sinh cho thực vật chống lại sự phát sinh sâu

bệnh và lá của thực vật rất lớn làm tăng hoạt tính của hầu hết vi sinh vật dat Tang cường sự phân giải của vi sinh vật hoặc xúc tác cho sự phân giải các thuốc bảo vệ thực vật trong đất, chất hữu cơ còn đóng vai trò như một chất mang và hap phụ cổ định các chit gây 6 nhiễm trong đất lim giảm mức độ dễ tiêu của các chit độc cho thực vật

1.1.3 Các yếu tổ ảnh hướng đến hàm lượng chất hữu cơ trong đắt

Chất hữu cơ trong đất có vai tò vô cùng quan trọng đối với đất dai và cây tồiTuy

hiên quá tình hình thành chất hữu cơ cũng như để đuy tả mức độ ôn định của chất dinh đưỡng trong đất cồn phụ thuộc vào rất nhiều các yếu t sinh học, hoá học và lý học của đắt, những yếu tố này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hàm lượng el hữu cơ thông aqua Gn ích sinh vật có ừ ắtlâu đời tên bê mặt đất nhs

- Thảm phủ thực vật: Việc thường xuyên duy tì thảm phủ thực vật sẽ giúp cung cấp

cho bé mặt đất một lượng lớn chit hữu cơ, giúp cho vỉ sinh vật dit có nguồn thức ăn

cũng như quả trình trao đổi hoá sinh làm tăng khả năng min hoi, làm cho đắt có độ toi

xếp giữ được độ ẩm dat Tuy nhiên khi con người can thiệp và canh tác cây trồng và chất và kỹ thuật không hợp lý cũng sẽ là nguyên nhân dẫn đến sự ảnh hưởng đối v

lượng của chất hữu cơ trong

= Thành phan xác hữu cơ: qua trình khoáng hoá các hợp chất hữu cơ khác nhau không,giống nhau Khoáng hoá mạnh nhất là các loại đường, tinh bột, sau đó đến protit,

hemicenlulo và ccnlulo, bền vững hon cả là ignin, sp, nhựa, cho nến đối với những tần ich sinh vật khác nhan, có thành phần hoá học khác nhan th ốc độ các qu tình khoáng hoá không thé giống nhau Tỷ lệ C/N trong thành phin hữu cơ là yếu t6 đặc biệt quan trọng đối với tốc độc phân hủy chit hữu cơ l5]

- Vi sinh vật: Trong đắt nhờ có các vi sinh vật phân huỷ xách vật và tổng hợp thành

min thực vật cũng cắp vật chất hữu cơ cho dit, phá huỷ đá động vật sống trong đất sóp phần làm biến đổi tinh chất đắt

độ min hóa dé hình thành chat hữu cơ và + Các tính chất lý hỏa mỗi trường đắt

khoáng hóa dé phân hủy chất hữu cơ cũng phụ thuộc vào pH, thành phi

độ ẩm, nhiệt độ [2] Khoáng hoá cin điều kiện thoáng khí, nước, nhưng nếu độ ẩm cao

ẩm khoảng 70%, đủcơ giới đất,

quá gây ra yếm khí, vi sinh vật khó hoạt động Ở các điều kiện đ

ánh sáng, pH 6,5 - 7.5, nhiệt độ 25° - 30°C là thích hop cho sự hoạt động của vi sinhvật, và do d6 khoáng hoá xây ra mạnh mẽ Những điều kiện này thích hợp với đắt cónhiệt độ m như ở Việt Nam, cho nên ở nước ta các quá trình khoáng hoá rắt mạnh,

phân giải ra nhiều chất dinh dưỡng cho cây trồng, nhưng đồng thời chit hữu cơ và

mùn rong đất bị phá huỷ nhanh chồng làm cho đắt không nhiễu min và ít đạm, vi vậy dối với đắt nhẹ, cin có biện pháp giảm tốc độ khoáng hoá

~ Một số yéu tổ khác: Đá mẹ và địa hình cũng có thể có vai trò nhất định đối với sự

tích lay chất hữu cơ Địa hình cũng là một trong những yếu tổ quyết định

Khí hậu không

lâm thay đổi nhiệt độ, độ âm sẽ làm mắt kha năng giữ các chất dink lượng của chất hữu cơ trong đất, nếu ở môi trường điều kiện địa

thuận lợi thì

cđưỡng và làm nghèo vi sinh vật có li, địa hình cũng dẫn đến xói mòn rửa ôi các chất

dinh dưỡng, dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trongait

ih tổng hợp chất hữu cơ trong.

Ngoài ác yêu trên thì hiện tượng xói mon, sa mạc bo, hạn hin, chính sich đất đu,

luật dit dai và tinh hình thực hiện, cơ cấu cây trồng nghèo min, phá rùng cũng là

những yếu tổ ảnh hướng rit lớn đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất1.2 Khái quát về cây guật

1.2.1 Đặc diém sinh học của cây guột

Cây guột có tên khoa học là Dicranopteris linearis (D linearis) Nó thuộc bộGleicheniales, họ Gleicheniaceae, chỉ Dicranopteris Họ Gleicheniaceae là một họ

thuộc ngành dương xi Polypodiophyta Guột D linearis là loài thực vật ưa sáng, có trặt rộng ở rit nhiều vũng sinh thải rên trái đắt đặc biệt là ở vành đai nhiệt đói và cận

nhiệt đới Quột D linearis là loài chiếm wu thé phát triển mạnh mẽ ở vùng nhiệt đớiâm, đưới cường độ ánh sáng cao, ở các khu vực bi xéo trộn mạnh như ạt lở đắt hayđất rừng bị suy thoái Chúng sinh sản vô tính, thân rễ mọc ngầm đưới đất và bò lanrộng trên mặt divà leo lên các thảm thực vật khác, thường tạo thành những cây bụi

dy, số thể cao dén hơn 3 mất, Lá to, phiéa rộng, chia lưỡng phân

nhánh có et

su dan, giữa các

ủi phủ lông Tận cùng lá là những lá phụ ché lông chim sâu, có chùy dạng

thuôn dải, tròn đầu, mép ngụcata li, màu xanh, gân mảnh dang lông chim,

Cy có cuống lí đi nhẫn bóng nâu đậm và phiên lá chia đồi đều đạn và xòe rộng Sự phat tiễn của cây tạo thành tắm thảm, từng lớp và lan rộng [7] Do đổ, khi nó trở

thành một tắm thảm dây đặc chúng có thé đóng mỘt vai xd quan trọng trong việt

chống lại sự xâm chiếm của các loài ngoại li Loài này phát triển và chiếm lĩnh rit

nhanh các khu vục dit mới bị phát quang và đông vai tr tiền phong trong sinh thú, phục hồi rừng

Hình 1.1, Hình anh cây guội tại vị trí lắy mẫu thuộc huyện Ngân Sơn, Cao Bằng

1.2.2 Ý nghĩa môi trường của cây guột

1.2.2.1 Vai trỏ của guội trong phục hồi đất và diễn thé sinh thái

Din thể sinh thai là quả tình bin đổi twin tự của quần xã sinh vật qua các giải đoạn

khác nhau, từ trạng thai tiên phong được thay thé lần lượt qua các giai đoạn chuyển tiếp bởi các dạng quần xã tiếp theo và cuối cùng dẫn tới một quản xã tương đối én định và tồn tại lâu đãi theo thai gian Guột là loài phát triển và chiếm Tinh rất nhanh các khu vực đất mới bị phát quang và đóng vai trỏ tiên phong trong điễn thé sinh thai,

phục hồi rừng Rõ ràng vai td của guột mang lại một lượng lớn chất hữu cơ đổi với sựhình thành và phát triển của dat Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp để nâng cao.

hàm lượng mùn hay tich lũy nhiều hơn CO; vào sinh khối (dưới di), bảo vệ chất hữu sơ đất là rit cin thếc nhất là trong điều kiện ở Việt Nam chất hữu cơ (màn) dễ bị khoáng hoá và rửa trôi khỏi đất

Nghiên cửu vai trồ của guột D linearis như một loài chỉ thị sinh học cho cúc ving đồinúi, địa hình phức tạp, nghèo chất đinh dưỡng luôn bị xáo trộn bởi các tác động của.

mỗi trường sẽ có giá trì về mặt kính tế và môi trường vô cũng lớn Gust loài cây có

vòng đời ngắn chính vì vậy khi kết thúc chu trình sinh học của mình thi lượng hoàn trả

sinh khối cho đất hang năm rất lớn [5], đồng góp tới 74% năng suất sơ cắp trên mặt đất

trong khu vực mà chỉ chứa 14% sinh khối thảm mục guột rit khó bị phân hủy sinh học

(tap chí của hiệp hội Sinh thái của Vương Quốc Anh nghiên cứu về cây guột ở HaWaii) Lá và thân cây D linearis sau khi chôn vai vào trong đất phân hủy rất chậm.

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng phân giải chậm của guột là do lượnglignin, tỷ lệ C/N và him lượng nhôm cao Khi đó các mảnh vụn của lí và thân cây sẽtạo thành một lớp thảm phủ thực vật day có thể lên đến một mét đồng vai trò như chất

'Néu guột bị loại bỏ, các loài thie vật xâm lần khác có thể di

g để nó phát tri

chuyên và phát triển, vì vậy “một chức năng quan trọng” của guột là ngăn loài xâm lầnxâm nhập vào rừng nhiệt đới

1.3.3.2 Vai trò của cây guột trong cổ định và tích lity cachon hữu cor

Ce toi thực vt én mặt đắt đều cổ hả năng cổ định cacbon trong sinh khổ và trong 46 có khoảng một nữa được bổ sung và ích lu lại trong đt Do vậy, dit được xem là

bể chứa cacbon rất lớn và tham gia tích cực trong chủ trinhcbon trong tự nin,

“Thông thường, lượng xác hữu cơ bổ sung tử các thảm phủ thực vật cho đất hing nim

là khá cao Guột giống như các loài thực vật khác có thể tích luỹ cacbon trong cây nhờvai trò của phytolith hay còn gọi là "tế bào sinh học” được hình thành nhờ quá trình.

sinh trường guột hit th sic cổ trong đất và được kết tia trong thành tế bào cia nó

Phytolth có vai tr giữ cacbon lại và sau khi vòng đời của guột kết thúc nó sẽ trả lạicho ào khíất một lượng cacbon hữu cơ và lâm chậm quá trình giải phóng COs từquyền g6p phần giảm biến đổi khí hậu toàn cầ [7,8]

12.3, Mật số ứng đụng khác của cây guật

Không chỉ có va

những ứng dụng khác Việc tận dung guột để làm vật liệu che tủ, phủ đổi núi trọc,

hoặc đội mới khai hoang, nhờ các thâm phủ thực vật này mà các vi khuẫn host động

trò quan trọng trong môi trường sinh thái mà cây guột còn có nhiều,

và sử dụng chúng như nguồn thức ăn và sản phẩm là phân huỷ ra các chất hữu cơ choit, Ngoài ra guột còn là một nguồn nguyên liệu quý giá để phát triển nghề thủ côngmỹ nghệ dan dd gia dạng giúp mang lại nguồn thu nhập đăng kể cho các hộ gia đình ở

Tang nghé.

Ngày nay, những sản phẩm của làng nghề lấy sợi từ thân cây guột kết hợp với các nguyên lu khác từ te, nứa, bèo tây, mây, be chuối tạo nên Ít nhiều sản phẩm mỹ nghệ có mẫu mã và chất lượng cao, với wu thé từ nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự

nhiên, thân thiện với môi trường và dễ ding tái tạo Nên đã nhận được sự quan timcủa người tiêu dùng trong cả nước và đã bit đầu được các nước trên thể giới biết đền.

Guột còn là nguồn được liệu quỷ trong đông y, những bộ phận có thé dùng được như:

18, chải va thân (toàn cây) có thể đồng tươi hoặc phơi khô, Cay có tính mắt, vị ngọt, cóXâu đồm, Thường được ding để chữa bệnhtiết niệu, bạch đới, viêm phế quản cấp Ngon non dùng dé an được Nước chiết lá có

ác dụng thanh nhiệt lợi ni

tính khang sinh, Lá cây được sử đụng ở Madagascar làm thuốc trị hen suyễn Thân rễ

được sử dụng trong dân gian làm thuốc tị giun Guột còn mang lại giá tr thẳm my,

giải tí cao từ những hình ảnh cảnh quan, khi đất trống đồi trọc được phủ bởi màu

ảnh thải, đa dạngsinh động Giúpxanh của guột ở những vùng núi phía tây bắc này sẽ giúp cho hệ

sinh học thêm phong phú, tạo cho thiên nhiên những vùng này thê

cho việc khai thác du lịch sinh thất hiện nay đang có tốc độ phát triển nhanh và là

nguồn thu lợi lớn của người din và địa phương,

Ngoài ra trong quá trình canh tác các loại cây công nghiệp ở các vùng đồi núi nghèo chit dịnh dưỡng, chất lượng đắt rễ bị rửa trôi thì bà con còn ding cây guột đ làm các

mn nguyên liệu che tủ ở gốc cho cây nhằm tăng cường phục hỗi d

cải thiện chit lượng cây tring, che ti còn 66 tác dụng giảm lượng bốc hơi

trồng cũng như.

nhiệt độ của lớp đất mặt Sử dụng tin dư guột che tủ cho đất vào mùa khô, hạn et

bay hơi nước b8 mặt Da dang cơ cấu cây trồng, tạo sinh khối nhanh, chu

cơ nhanh, có thể dang các vat liệu hữu cơ khác nhau như [9]

1.3 Khái quát sự hình thành tích Ing phytolith trong cây và trong đất

1.31 Sie trong đắt

“rong đất, Sỉ có mặt trong hẳu hết tắt cả các loại đá mẹ Do đó, Sỉ trở thành một trong.

những nguyên tổ cơ bản có mặt trong phần lớn các loại đắt Hàm lượng Si trong cácloại đất khác nhan thì khác nhan, phụ thuộc vào bản chất của đá mẹ và quá trình

chuyén hóa diễn ra trong đất Si tổn tai khá ổn định và ở các pha bao gồm rắn, lòng và dạng hip phụ

[Gas Hạng Sĩ Weng môi trưởng đất

Hình 1.2 Các dang silic trong môi trường đất [10]

‘Oxit Si rắn phổ biển nhất là khoáng chat silicat (MSi), chiếm hơn 90% của vỏ trái đất và bao gồm các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, có cầu trúc thấp (cu trúc vô định

tinh) Si sinh học ở dạng vô định hình trong đất có nguồn gốc chủ yếu từ phần oxit

silc kết tủa trong cơ thể thực vật gọi là phytoith và một phần từ tàn ích sinh vật tích

lñy Sỉ (ví dụ: ditomst) Dus tác động của quá tinh phong hóa hóa học và sinh học thì

Si trong đá mẹ giải phông vào trong đất thành các dạng: Si bị hip phụ với một số hợp chit có trong đất đặc biệt là oxivhydroxit của Fe và Ak: Sỉ tồn tại ở các dang hòa tan tong dung dich dit, wong pha rin Si tổn tại trong các khoáng vô định hình, các khoáng có cầu trú tỉnh thể yếu, các nh thể có cấu trúc micro và khoáng có cấu trúc

tinh thể [10].

1.3.1.1 Dang siic trang khoáng vật

“Các axit silicie hỏa tan trong đất được hấp phụ vào một loạt các pha rin của đắt, bao

gdm các hạt sét, hydroxit Fe và AI [11] Si trong khoáng vật gồm hai loại lớn: (1)

khoáng vật nguyên sinh có nguồn gốc từ đã mẹ (hạch anh, fenspat, mica) và (2) các khoáng vật thứ sinh là kết quả của quá trình hình thành dat và bao gồm bon giai đoạn: tinh thể (chủ yếu khoáng vật sé), tỉnh thể thấp (hạch anh autigenic, opa CT,

chalcedon), các dạng khoáng vật nano có trật tự thấp (Opal A, imogolite, allophane),

coi siie vô định hình [12] Khoáng vật nguyên sinh có nguồn gốc từ đá mẹ quyết định tính chất ậtlý và hóa học của khoáng vật thứ sinh vàcác loại đắt phát triển trên đó, Sự hình thành các ii

khoáng thứ sinh trong môi trường đắt có th bị ảnh hưởng bởi các yu tổ như pH đất trong đất thích hợp ở pHu;o > 5,0 [13] Sự hình thành

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*, Mg", KỸ, Na”).

một phần Si(OH), vào dung dịch đất [10] Một phần của Sỉ giải phóng từ cấu trúc

khoáng vật phản ứng với AI (và ở mite độ thấp hơn Fe và Mg) để to thành các

khoáng sét thứ sinh, trong khi phần còn lại bị rửa trôi.

1.3.1.2, Dạng silie hòa tan

Thành phần chính của dung dich dắt là mút sleic dưới dạng axit silicon monosiicie(SI(OID)) Axitsiliie wong dung dịch đất có nồng độ Si rong khoảng 3.5 và 40 mgt(14), Trong môi trường kiểm, sit monosiice có thể chuyển thành dạng polyme,thường gồm bai hay nhiễu nguyên tử Si Axit polysilicie có thể ở các dang khác nhaunhư dạng chuỗi, dang phần nhánh hoc các khổi ình edu

“Thông thường khi pH < 7, H,SiO, tồn tại dưới dạng không mang điện Khi pH > 9,

H,SiO, sẽ phân ly thành HY + H;SiO/ Nếu pH > 11, axit monosilicie phân ly thành,

2H* + H,Si0,2 [15] Nong độ của silic hòa tan trong đất biến thiên đa dang, mặc dù

quá tình ra ri của Si từ đất và sự hp thụ của thực vật là quá tình quan trọng tong

việc xác định ning độ Si Phin lớn ning độ cân bằng được kiểm soát bằng các phản

ứng bắp phụ/giả bắp thành phần khoáng vật, sự cân bằng nướ„ nhiệt độ và các phân

ứng sinh hóa pH đất ảnh hưởng đến độ hòa (an và tính linh động của Si, chẳng hạn như pH cao din đến làm giảm nồng độ va tính linh động của axit monosilic [15] Khí nhiệt độ tăng từ 5 đến 25°C, nồng độ cân bằng của Si trong dung dịch đất tăng lên gấp.

đối [I5]

dạng còn lạ và là dang duy nhất thực vật có thể sử dụng

Khoảng vật bing don

(inh thé va =—=võ định hình)

SÍOH),wong POH SiCOH), dangSlam? —dungdich dit = Faymench —_—polyme

Hình L3 Sự biển đổi của DSi trong dt [I6]

DSi có thể liên kết với AI hoà tan để tạo thành dạng khoáng vật chuyển tiếp như

imogolite hoặc allophane [17], hoặc có thé kết tủa từ dung dich đắt lên bề mặt khoáng.

vật, ngoài ra, DSi côn được hấp phụ héa học &

cđất như cacbonat, oxit hoặc hydroxit sắt và nhôm Trong quá trình này, hydroxit sắt

đồng vai tr quan trọng trong qué trình tương tác giữa thị

mặt của các thành phần khác trong

và thể lông 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 ty Si Trong vùng khí hậu với giai đoạn khô 1 rét, ng đất bị cứng hơn bởi sự bổ sung của Sĩ vô định hình gây ra sự gắn kết của

các hạt đất Những quá trình này dẫn đến sự chai cứng của đắt [18].

1.3.1.3 Dạng silie sinh học

Silie sinh học (BS) được giữ trong đất dưới dạng SỈ vô định hình (opal A,

‘SiO; nF,0) Sỉ võ định hình (ASi) được tìm thấy trong lá

sản, rễ cây và tập trung nhiều nhất ở những nơi có lượng nước mắt đi lớn nhất của cây ‘Sau khi lá rụng và cây chết di, phytolith sẽ được trả lại cho ting mat và đồng góp vào bên ASi ở ting này Si sinh học trong đất có thé chia thành các nhóm chính: Si (1) từ động vật, (2) từ thực vật (bao gồm cả phytolit), (3) từ vi sinh vật và (4) từ sinh vật

đơn bảo (Hình 1).

i, thân cây, cơ quan sinh.

Hình 1.4 Các dang Si sinh học trong dit [19]

Si sinh học (BSi) trong đắt có thé chia thành Si hữu cơ có nguồn gốc tử động vật Si

trong thực vật (Si phytogenic) đặc biệt là các loài thuộc nhóm siéu tích luỹ Si, vi

khuẩn và sinh vật don 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 loại đắt

Lượng Sĩ mắt đi từ đắt trong hệ sinh thái có thực vật bao phủ có thé gấp 2 ~ 8 lần so với các vũng dit rồng, điều này được giả thích là do sự phong hoa dưới tắc động cia

sinh vật đặc biệt là thực vật diễn ra nhanh hơn so với sự phong hoá khoáng do các cơ

chế vit lý, hoá học Sự biển đổi trong chu tình twin hoàn Si trả li cho đất dưới tác động của con người đã trở thành một vẫn dé tác động đến trang thái cân bằng và phát tein bén vững trong nông nghiệp Nẵu coi phytolith là nguồn Si duy nhất cho cây trồng, với tốc độ mắt Si là 50 ~ 100kg'hainăm và lượng Sỉ phytogenic bổ sung là Trắn/ha/năm thì bể chứa này sẽ bị cạn hết trong vài thập ky [20] Ở

có sẵn trong đắt đến khoảng một nữa so với 30 năm canh

tức mia dẫn đến sự sụt giảm của Si dễ

số lượng ban đầu (tương ứng là 5,3 và 13,1 mg/kg) Trong nghiên cứu trên cây lúanước được thực

khi thu hoạch là 51,4 - 70,8 g Sim? và phần lớn Si đã được lưu trữ trong tàn dư sau

thu hoạch (> 86%) Với việc người.

hoạch lại cho đất va him lượng Sĩ có rong nước tưới ở dưới giới hạn phát hiện gây

én bởi [21] tai Laguna, Philipin cho thay, tổng Si hip thu bởi cây lúa

in không hoàn trả lượng lớn phụ phẩm sau thu

ảnh hưởng tới năng suất của vụ kế tiếp cho thấy tản dư sinh khối sau thu hoạc là một

nguồn cung cắp Sỉ quan trọng

Trong hệ sinh thái lúa nước Việt Nam và Philippin, him lượng Si cây trồng có thé hip

thụ được trên ting 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 Sỉ chủ yếu giải phóng ra tir quá trình phong

hoá các ting đất cổ, trong khi ở Philippin có sự bỗ sung từ tro của núi lửa đang hoạt động hoặc nguồ

thức canh tác trong nông nghiệp, phương thức quản lý dư lượng

in nue chảy ra từ các núi lửa đang hoạt động âm i, Ngoài ra, phương.trồng cũng là yếu

tổ ảnh hưởng Tổng Si hip thu bởi cây Ida của Pilippin

Nam, 700 144 kph so với 201 + 102 ke/ha, sự khác biệt này có th là do tác độnging cao hơn đáng kể ở Vig

phương thức canh tác nông nghiệp ở mỗi đắt nước là khác nhau vì nó sẽ phụ thuộc vào.

(Giống khí hận chế độ thuỷ lợi và đặc biệt là phương thức quản lý dư lượng cây trồng).

1.3.2 Sự tích luj slic và vai trò của phytolith trong thực vật

Sỉ là nguyên tổ giàu thứ hai trong lớp vỏ Trái đắt, tổn tại chủ yếu ở dạng oxit

(SiO;) kết hợp với một loạt khoáng chất mang Si trong pha rắn, pha long và pha hấp phụ [12] Vào dầu những năm 1990, Si được công nhận là một trong 15 yếu tổ cần thiết cho sự sông của thực vật Si là thành phan vô cơ chủ yếu ở thực vật bậc cao và có nhiễu bằng chứng cho thấy giá tri của Si trong vige cãi thiện năng suất cây trồng [12,

22) Về mặt dinh dưỡng, S từ khoáng vật sẽ được giải phóng vào đất ở dạng axitsilicie (HsSiO,) hoặc Si(OH),O, từ 46 thực vật có thể hút thu cho quá trình sinhtrưởng và phát triển Cây lấy Si thông qua hệ rễ sau đồ kết tủa trong mô thực vật đểhình thành nên các "tế bào Siinh học” hay còn được gọi là phytolith (23], như trong,hình 1.5 Khi thực vật chết di phytolith sẽ được giải phóng va tích lũy trong đắt đi kèm.với lượng xác thực vật chưa phân hủy So với các khoáng vật silie thì phytolith đễ tan

à là nguồn định dưỡng tiểm năng cho cây tring

Hình L.5 Phytolith trong cây lúa [24]

Tuy không phải là nguyên tổ dinh dưỡng thiế i với cây trồng, nhưng Si

được tim thấy trong mô tế bào với một khối lượng lớn, ngang bằng với tổng các chất

đình dưỡng thiết yếu (N, P, K, Ca, Mg) Cây trồng hút Sỉ ở một dang duy nhất là axit monosiicie, phổ biển gọi là axit Ortho-Si và tích lũy thông qua việc hình thành cầu trúc ở lá, thân và hệ thong 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 dink dưỡng Khoảng

Silic giúp cho cây mọc thẳng cứ tự cáp, lá đứng giúp cây sử dụng ảnh sing năng lượngmit trời một cách hiệu quả, tăng khả năng quang hợp Silic được xem như là một

nguyên tổ quan trong edn thiết cho sự phát tiễn bình thường của cây, 26] Chức năng;

sinh lý của Si tong hệ thống biểu bì lá là có thể hoạt động như một cửa sổ để tạo

thuận lợi cho việc truyền ánh sáng đến mô thịt của lá Nhiễu công trình nghiên cứu đã

chứng tỏ vai rồ cia Si trong việc tăng cường khả năng chống chị hạn của một số loại cây trồng như lúa gạo, lúa mi, dưa chuột, hoa hướng dương và ét (27 28] Việc bón

phân Sỉ cũng góp phần tăng cường khả năng chịu mặn của các loại cây tương tự kể

trên [29, 30] Cơ chế của các quá trình này được mô phòng dựa trên các quá tinh sinh lý (sự điều tiết tốc độ thoát hơi nước, làm tăng khả năng quang hợp và giảm lượng hip thu ion Na’ và Cl vào cây) va sinh hóa (ting khả năng chống oxy hóa, digu chỉnh khả

năng thẩm thấu với các chất hữu cơ hỏa tan) [30]

ci nghiên cứu còn cho thấy, Si giúp cây tránh bj ngộ độc Ma, Fe và AI vi Si giúp phân phi các nguyên tổ kim loại này trong cây một cách hợp lý Bên cạnh đó, Si côn giúp loại bỏ sự mắt cân đối định dưỡng giữa Zn và P trong cây làm cho cây khóe hơn [31] Trong đất phèn, Si tạo phức với Fe, Al thành những hợp chất khó tan, qua đó,

giảm nồng độ các yếu tổ độc hại như Fe, Mn và AI trong dung dịch đất [32] Bên cạnh43, Sĩ đồng vai trỏ quan trong trong giảm độc tính Cử ở lúa bằng cách tng tích lũy Cảcồn cải thiện khảtrong rễ và giảm vận chuyển Cd từ rễ đến chỗi [31] Ngoài ra,

năng chịu bóng bing cách git cho lá cây dựng đồng Digu này đặc biệt quan trong trong trường hợp cây trồng dây đặc và khi phân bón nữ được sử dụng nhiễu để giảm thiểu sự che khuất lẫn nhau Sĩ khuyến khích sự kéo dai tế bào nhưng không phân chia 18 bào, kết quả Sỉ tăng cường khả năng mở rộng của thành t bào [33]

"Ngoài ra, sự tăng hip thu Si làm giảm quá trình bốc thoát hơi nước và tăng tính chồng chịu của cây đối với giảm thé năng thẳm thấu trong mdi trường mọc rễ Sự hắp thư Si tăng làm tăng lục oxy hoá của rễ và giảm sự hắp tha thái quá của Fe và Mn giúp c sinh trường tốt Sĩ tăng cường dự hp thu P của ây, giảm sự gichặt P rong đít, giúp lam tăng hàm lượng P dễ iêu cho cây Si tác động gián tiếp đến tăng trưởng thực vật khi nồng độ P thấp hay cao trong đất Phương thức này tác khác nhau theo mức P trong dung dich, Khi thấp, S làm hạn chế sự cổ định P gây ra ba Fe và Mn và do đồ

lâm tăng P hữu dung trong cây, khi P cao, Si làm giảm sự hắp thu P và do đó làm tập,

khác Nhiều nghiên cứu cho thí lúp cây loại bỏ khả năng bị ngộ độc Mn, Fe, AI

xi Sỉ giúp cây phân phối các nguyên tổ kim loại này một cách hợp lý Nếu thiểu Si còn

giúp loại bo sự mắt căn đối dinh dưỡng có hại giữa Zn và P trong cây làm cây khoẻ

hơn [H4]

1.3.2.2, Tăng cường sức chẳng chịu cơ học

“rong cây, Sỉ kết hợp với biểu bì làm thành tế bào trở nên chắc chắn hom, Silic có khả năng làm ting khả năng chống chịu của cây tring đổi với

sinh [3435] Các yếu 16 hữu sinh bao gồm bệnh hại và cá

ếu tổ vô sinh hoặc bint

loại côn trùng gay hai,trong khi các yếu tổ vô sinh quan trọng thường được để cập tới như hạn hán, lũ lục,

mn hóa hoặ kim lại gây độc cho cây Đi với các loại cây được trồng trên đắt thiểu

Si và thường xuyên chịu tác động của các yếu tổ kể trên, việc bón phân Si sẽ góp phần.

làm tăng năng suất cây trồng một cách đáng kể Ví dụ: việc bón phân Si cho cây mía

đường góp phan làm ting sản lượng mia 10 - 50% ở Hawaii, 20% ở khu vực Florida

và 21 - 41% ở Australia [27,36,37]

Silic làm tăng khả năng kháng bệnh, bảo vệ cây trồng khỏi các yếu tổ gây bệnh hai (chủ yếu do nd loại vi khuẩn) thông qua hai cơ chế Thứ nhất, Si kết hợp với lớp biểu bì làm thành té bào trở nên chắc chắn hơn, giúp cây cứng cáp nhưng lại có

khả năng din hii, Si tạo nên các phúc hợp với polyphenol để hình thành những hợp

chất với lignin tng cường độ cũng cửa thành tế bảo, ngăn cân khả nang xâm nhập cũa các loại nắm bệnh Thứ hai, Si hòa tan đóng vai trò quan trọng trong cơ chế vật lý, hóa.

xinhveơ chế phân từ đỂ kháng bệnh hại [36.38] Se ling đọng của Sỉ ở lớp biểu bỉ cing

tạo ra một rào cân vật lý ngăn ngừa sự tắn công của côn tring và các loài sâu bướm ăn

lá Siie cũng có thé kích hoạt một số cơ chế phòng bệnh Ví dụ trong rễ của cây dưaleo bị nhiễm Pythium, Sỉ làm tăng hoạt tính của peroxidase, chitinase và

của Pythium, [39]polyphenoloxydase đihồng lại sự xâm nhiễ

Cc phân ứng sinh hóa chỉ xảy ra với Sĩ hòa tan, cho thấy Si hỏa tan đồng vai tồ tích

cực trong việc ting khả năng chống lại các kháng nguyên của vật chủ bằng cách kích thích một số cơ chế phan ứng phòng vệ [40] Một nghiên cứu gin đây cho thấy rong quá trình tạo ra sức dé kháng tir hệ thống (SAR) ở dua leo, sự biểu hiện của một gen

mi hóa protein giàu axit amin proline được tăng cường [41] Protein có các tình tự lậpđi lập lại điểm đầu và điểm cuối là C chứa lượng lysine và arginine cao bất thườngCác peptit tổng hợp có nguồn gốc từ các tình tự lặp đi lập ại đã có thể trùng hop axi

onhosiicie với silica không hia tan, liên quan đến việc cổ định ti vị trí của sự xâm nhập của nắm vào tế bào biểu bì Nghiên cửu cho thấy sự tăng cường khả năng Không bệnh, tăng cường sức đề kháng thực vật đối với côn trùng gây hại như sâu đục thân và

rly 42] Tác dụng này được cho là sự lắng đọng của Si trong mô thực vật, tạo rà mộtrào cản cơ học chồng lại sự phá hoại của côn trùng.

Cây tích lũy số lượng lớn Si được hưởng lợi nhiễu nhất bởi vì yếu tổ này tăng cường

xúc để kháng, Nếu cây trồng được hưởng lợi từ Si, chúng phải có khả năng thu được các phần tử ở nồng độ cao bắt ké chúng là loại cây một i hay cây hai lá Điều này đặc

biệt quan trong đối với cây trồng ích tụ Sỉ cao như gạo và mít Ví dụ, cin phải có sự tích tụ Si cao để tăng trưởng và để sản xuất năng suit cao và ben vững Sự tích tụ Sỉ thấp dẫn đến giảm đáng kể năng suất và chất lượng goo.

1.3.2.3, Tăng sức chẳng chịu với điều kiệ bắt lợi của môi trưởng

“rong đắt phèn, Sĩ tạo phức với Fe, AI thành những hợp chất khó tan, qua đó, giảm nông độ các yếu tố độc hại như Fe, Mn và AI trong dung dich đất [10] Bên cạnh đó, ‘Si đồng vai trò quan trọng trong giảm độc tính Cd ở thực vật bằng cách tăng tích luỹ Ca trong rễ và giảm vận chuyển từ rễ đến chỗi [12.43],

Hình 1.6 Vai t của Si trong việc giảm tắc động của kim loại năng ở thực vật [43]

Cay trồng được hấp thu Si ở điều kiện có mudi sẽ kích thích màng không bào của tế bio rễ cây, phần bề mặt xung quanh không bào tạo ra enzym và các enzym này sẽ kết

hợp với nhau trong việc đưa gốc Na” từ tế bao chất vào trong không bảo, điều này làm.

cho việc vận chuyển AI” từ rễ cây đến ngọn và lá giảm di so với cây không được hắp thy Si Néu trong lá cây có lượng Na" cao sẽ làm cho lượng chlorophyl giảm, dẫn đến khả năng quang hợp của cây cũng bị giảm Khi cây trồng phát triển ở điều kiện có muối thì sẽ làm cho cây bị yếu và sinh ra các gốc tự do, khi tích tụ ở mức độ nhiễu sẽ gây nguy hiểm cho tế bào Nếu được hip thy Si vừa đủ sẽ tạo ra nhóm enzym có khả năng kiểm soát các chất thuộc nhóm tự do là nhóm enzym antioxidant Ngoài ra, Si

làm giảm các tôn thương được gây ra bởi các điều kiện bat lợi của khí hậu như bao,

ưa đã sẽ làm giảm bớt khả năng ảnh hưởng của nhiệt độ thips đối với một số loại

cây trồng khc

1.3.24, Ting năng suất và chất lương cấy trằng

Ngoài các cơ ch tác động tới khả năng quang hợp, đặc điểm cấu tạo cũng như khả năng

ống lại một

quả nghiên cứu cũng cho thấy Sĩ có t

ố sâu bệnh và sự thay đổi thiếu tích cực của điều kiện môi trường, các kết

số haƯbông và số hạt ức,

dụng làm tăng số bôi

tăng năng suất lúa cũng như một số loài cây hai lá mắm khác Theo một nghiên cứu tại Hàn

CQuốc ở lứa gạo: bón 2.000 kg phân Sha, thi năng suit tăng lên 2054; lúa mạch: bón 1.370

kg phân Si/ha, năng suất tăng 37%, Bón phân chứa Si còn có tác dụng giảm tỷ lệ hạt ép,

giúp cho hạt lúa vàng sáng, sạch bệnh, góp phan tăng phẩm chit và giá tị của lúa gạo (43)

1.3.2.5 Tăng súc dé kháng, ngăn ngừa sâu bệnh:

Sĩ là một nguyêncó hoạt tính sinh học tác dụng cả hai cơ chế sinh học và sinh lý Si tác động như một chất điều chính liên quan đến thời điểm và mức độ phan ứng của cây tring tạo sức để kháng cho cây trồng Việc bb sung Sĩ cổ tác động đến việc kiểm soát nhiễu bệnh quan trong của cây lúa Những nghiên cứu cho thấy khi bón bổ sung từ 1.5

2 tdnvha các nguồn Si khác nhau trên những mộng lứa thiếu Si đã làm giảm đột ngộttỷ 18 mắc bệnh và giảm thiệt hại do bệnh đạo ôn, đồm nâu, khô vẫn và bạc lá cây lúaryca sativa [10,43], chứng minh rằng bén Sỉ dưới dang CaAl,Si,O, làm giảm 73 —“8% tỷ lệ lứa bị nhiễm đạo ôn à giảm được 58 ~ 75% tỷ lệ lúa bị nhiễm đỗm nâu giúp,

tăng năng suất và chất lượng của cây trồng

6 chi và lá, sự phân phối Si phụ thuộc vào tỷ lệ thoát hơi nước của cây và được tích tụ giai đoạn cuối của đồng thoát hơi nước thường ở ngoài và trong thành tế bào biểu

bì lá Thành tế bào biểubị thắm một màng mỏng Si và trở hành những rào cin cóhiệu quả chống lại sự mắt nước do thoát hơi nước qua lớp cuti và sự xâm nhiễm củanắm [1243]

Sỉ sũng ngăn chặn côn rùng gây hại như sâu đục thân, châu chấu và rly lung trắng, bọ

hình nhận và bọ ve Dưỡng chất giúp cây trồng kháng li su bệnh bằng cách lầm thay

đổi hình thái, cấu trúc hay hoá học của cây ở vào một số giai đoạn sinh trưởng và phat

triển Chẳng hạn như làm cho t bào biểu bì của à diy hơn, mite độ hoá gỗ của các mô mạnh hơn, giúp lá chống lại sự xâm nhiễm của nắm bệnh, thin, lá cứng cáp hơn, chống lại sự tin công của côn tring, hoặc cây sản sinh ra những chất ngân cản hay xua

đuổi côn trùng

1.3.3 Sự hình thành phytolith trong thực vật

Phytolith (rong tiếng Hy Lạp, phyt

sillie võ định hình có công thức tổng quit là SỈO; nH,O [23] hình thành trong cả nộicây, lithos = đá (Cay hoá thạch) là dang oxit

hay ngoại bào các mô của thực vật sống, [44].

PhytolithSiOznF20

Nhiều họ thực vật hạt kín, hạt trằn và một vài họ của thực vật không có hoa, đặc biệt là

guột được biết đến như các nhà máy sản xuất phytolith với lượng khác nhau từ 0,1 đến

169% [12] Sự hình thành và phát trién của phytolit trong thực vật liên quan đến một số yếu tố, bao gồm điều kiện khí hậu, tính chat dat, lượng nước trong dat, độ tuổi của cây và quan trong nhất là sự tương tắc qua lại giữa các thành tổ này Quá tình hình thành phyiolith được bắt đầu khi thực vật ắp thụ Sỉ ho tan qua rễ và kết thúc khi các tế bào Si rin được hình thành trên tế bào, tế bào nội chit, hoặc các khoảng gian bio (Qua trình này đối khi ở giai đoạn rất sớm hoặc cũng có thể rất muộn trong vòng đồi

phat triển của thực vật tuỳ thuộc vào loại thực vật và điều kiện môi trường sống của

chúng

1.33.1 Cơ chế hdp thu Si của thực vật

Sĩ hoà an được thực vật hút thu qua lông hút của rễ và vận chuyỂn lên các cơ quan khí

sinh trong dong vận chuyển nước qua hệ thống mạch dẫn xylem, Dang Si trong dung dịch đất di vào thực vật là axit monosilicie Si(OH), rong điều kiện pH từ 2 9, còn pk < 9 thì Si tổn tại ở dạng H,SiO, [28,45], đây là dang Si cây hút thu Sự hút thu S

(1) Hút thu một cách thụ động bằng quá tình2) Hút thu có chon lọc do sự chỉ phối của quá tr

cây được giải thích theo hai cơ c

thoát hơi nước của cí h trao đồi

chất [46] cho ring sự hút thu Si một cách thụ động hay được điều khiển bing quá

10 ở bề mặt rễ, Cây hútthu lượng Si khác nhau tùy thuộc vào dang và nồng độ axit silicie hòa tan trong dung

trình trao đối chất phụ thuộc vào loại cây và nồng độ của Hy

địch dt Ví dụ công một tỷ lệ silica, lúa hút thu lớn hơn du, Hw hết các cây cối, đặc biệt là cây bưởi chúng không thể tích lũy được lượng Si cao ở cành Sự tích lũy Sỉ giữa các loài cổ se Khác nhau do khả năng hip thu Sĩ của rễ Trong eh, ai silicic

được tập trung nhiều hơn thông qua việc thoát hơi nước và ting hợp Par và Sullivan

(2011) cho rằng khi nồng độ Si hoà tan trong thực vật đạt ngưỡng 100 - 200 mg/kg,

phản ứng trùng hợp của axit monosilicie sẽ diễn ra hình thành hạt nhân cơ số, các hạt

nhân này tiếp tục phát tiễn thành các hạt hình cầu ổn định với kích thước tới hạn [37] Phản ứng polyme hoá tiếp tục ở cấp độ các hạt hình cầu tạo thành chuỗi phân nhánh

h thước 1 - 3 am

hoặc cấu trúc hình học Khi hạt polyme Si phát triển tiệm cận

chúng sẽ mang điện tích âm bé mặt Cúc hạt này sau đó tương tác với mỗi trường nội bào và lắng đọng tạo thành các lớp Sỉ tip giáp với màng tế ào (phủ bên ngoài hoặc

lót bên trong tế bào),

Cường độ hap thu Sỉ cũng thay đổi phụ thuộc vào các loài thực vật Các nghiên cửu

thực nghiệm được thực hiện bởi việc vận chuyến Sỉ trên ba loài thực vật khác nhau. bao gồm gạo, đưa chuột và cà chưa Nghiên cửu chỉ ra rằng việc vận chuyển Sỉ giữa

dung dich dat và vỏ tế bảo được chuyển qua một trung gian đặc biệt trong cả ba loài.

chất ức chế

Sự vân chuyển Si được suy đoàn phụ thuộc năng lượng, nhiệt độ

vân chuyển Si Trong quá tình hấp th Si, đồng chay Sĩ được vận chuyển từ tẾ bào vỏ

đến xylem tải Sự khác biệt ở diy cho thấy xylem tải rong gạo được tung gian bởi một loại vận chuyển thay vi khuếch tin như trong dưa chuột và cà chua Kết quả này

chi raring xylem là yêu tổ quyết định quan trong nhất đối với việc tích uỹ Si ở mức:

độ cao hoặc10; để hoà tan các khoáng vật silicat trong giá thé mà chúng sinh

trưởng Nói cách khác, mức Sỉ hoà tan trong dat không có giới hạn dưới cho việc chấm cđứt sự hình thành phytolith trong các loài tích luỹ Sỉ đã tăng số lượng cỏ trồng tên

đất nghèo Si hoà tan và vẫn quan sát thấy hàm lượng đáng kể phytolth được tạo ra

[47], Theo McNaughton, S 1, and J L, Tarrants (1983) cũng đưa ra giả thiết rằng cỏ

6 khả năng hoà tan Si từ hạt sét để tạo ra lượng Si edn thiết cho nhu cầu của chúngI8]

'Các nghiên cứu cho ra những bing chứng tương đối thuyết phục chứng minh cho sự

tổn tại của hai cơ chế hút thu Si của thực vật, tuy nhiên, mỗi quan hệ cũng như vai trò

riêng biệt của mỗi cơ chế trong quá trình hút Sỉ ra sao thi chưa được làm rõ Trong

thực vật tồn tại đồng thời hai cơ chế hút thu Si chủ động và thụ động tuỳ vào điều kiện

la 2 cơ chí

môi trường mà mỗi quan hệ 6 thề 1 tương hỗ hoặc cân trở nhau (ở đây

sự điều chỉnh quá tinh hút thủ thụ động dựa trên các cơ chế hút thu chủ động qua

Việc tăng cường hoặc cân trở sự xâm nhập của Si qua màng tế bào lông hút hoặc mang

tế bào xylem) Tuy nhiên, sự biển động him lượng Si trong các loài thực vật được cho là phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tổ môi trường quy định nồng độ.

(mức độ phong hoá khoáng vật silicat va dạng tổn tại của Sĩ trong đắt) pH là yếu tố

ta DSi trong đất

ảnh hưởng đáng ké tới Si hoà tan, pH liên quan đến sự hắp thụ axit monosilicie bởi

với axit monosileie lên b& mặt và tách nó ra khỏi dung dich đất Quá tinh hip phụ này được cho là tối ưu ở khoảng pH 9,5 Trong khi đó, khả năng hip phụ Si hòa tan của đất thay đối theo pH và đạt giá tỉ tốt nhất trong khoảng pH 8 và 9 Có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sự hấp thu của Sỉ bởi thực vật tăng lên cùng với lượng nước hút thu và có thể là nhiệt độ của đất Theo Jones, Handreck (1967) [44] nhận xét ring lúa nước gin nh chắc chắn có chứa Si nhiều hơn lúa trồng cạn khoảng 10 ~ 15%, cũng nhận thấy rằng cỏ trồng trong điều kiện n áp, môi trường ẩm có quá trình phytolithhoá hoàn chỉnh hon ở các lớp biểu bì so với cỏ ở các vùng có điều kiện khô lạnh (49)

Bên cạnh đó, có bằng chứng cho thấy các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan

‘cao thường kèm theo sự gia tăng lượng Si hoà tan Trong khi, sự hiện diện của N và Pvới hàm lượng lớn được cho là din đến giảm nồng độ của Si rong thực vật [49]

1.3.3.2 Quá tình hình thành phytolith trong thực vật

Khi axit monosilicie di vào mô thực vat, quá tình hình thành phytolith được bắt đầu,

theo đó một phần Si hod tan được polyme hoá và hình thành dang rắn của oxit silie dạng (SiO, ngậm nước có tính chất giống với siiea gel) lắng đọng bên trong và xung thể xảy ra sự lắng dong Si kết tủa quanh các tế bào Trong mô thực vật có ba vị

trên thành tế bào, lắp ống khoang trồng của tế bào và ing dong ở không bào.Các thông tin về quá trình lắng đọng Si ở cấp độ tế bào trong thực vật tên cạn chưa

được giải thích một cách thỏa đáng và có hai giả thiết được đưa ra để giải thích cho quá trình này: thứ nhất là do kết tủa, và thứ bai là do lắng đọng xây ra một cách thy động như là kết quả của quá trình hút thu và thoát hơi nước hoặc quá trình lắng đọng

Sĩ được kiểm soát một cách chủ động Trong thực té, hai giả thuyết tương thích với

nhau và cơ chế hoạt động phụ thuộc và loại tế bào [37,49]

(Quan sit cơ quan khí sinh cia có chứa hàm lượng SiO lắng đọng ở lá cao hơn nhiễu

so với ở thân và rễ Nguyên nhân do ở lá có mật độ khí không cao hơn nhiều so với &

thân trong khi ở rễ thi hoàn toàn không có Sự mắt nước trong quá trình thoát hơi nước

dẫn đến nồng độ Si trong tế bio lá tăng lên tương đối tại một thời điểm nào đó (khi

lượng thoát hơi nước từ khí khổng lớn hơn so với lượng nước dẫn truyền lên qua

xylem sau khi được bút thu bởi rổ) tại thời điểm này khi quá tình trùng hợp các phântử axit monosilicie điễn ra [49]

yh sn VÀ sơi SO sonosone —> an

S00 — Pasides

‘Monomer anion Dimer anion 7g ¬

Hình 1.8 Quá tình polyme hóa axit monosilicie trong thực vật [50]

Perry, CC, Belton, D, Shafran, K (2003) [50] cho rả

thực vật dat ngường 100 ~ 200 mg/kg thì phản ứng rùng hợp của axit monosilicie sẽ

g khi nồng độ Si hoà tan trong

diễn ra hình thành hạt nhân, các hạt nhân nà inh cầuép tục phát triển thành các hạt4n định với kích thước tới hạn Phản ứng polyme hoá tiếp tục ở các cấp độ các hat

hình cầu tạo thành chuỗi phân nhánh hoặc cấu trúc hình học đặc trưng (hình 1.8) Khi hạt polyme Si phát triển tiệm cận kích thước 1 — 3mm chúng sẽ mang điện ích âm bŠ

mặt, Các hat này sau đó tương tác với môi trường nội bào và lắng đọng tạo thành các

lớp Si ấp gip với màng té bào (phi bên ngoài hoặc lớ bên rong tế ào)

“Các nghiên cứu khác đã cho ring Si trong quá trinh hình thành sẽ trùng hợp có thể đượcvới các chất hữu cơ tham gia vào quá trình lignin hoá Cơ sỡ của quá trình đượchình thành bởi á lye mạnh mẽ của axit monosiicie với hợp chit hữu cơ polyhydroxytham gia vào tổng hợp lignin [51], vi dụ trong cây ngô các phối tử Sỉ liên kết với teosintelume architecture] (32; rong khi ở bí ngô (Cucurbita), sự hình thành phytolith chủ yêu

được quyết định bởi một di truyền chi phối Bên cạnh đó một số đại phân tir hữu cơ khác

giúp hình thành các ma trận hữu cơ tương hỗ cho sự lắng đọng của Sỉ Bên cạnh đó, một

từ hữu cơ khác hình thinh các ma trận hữu cơ tương hỗ cho sự ting đọng của

đến như lysine và arginine được tng hợp từ gen PRPI (pronline ~ rich

protein 1), Ở đưa chuột Sativus) [27], peptt này mang diện tích đương với mật độ lớn và có thé kết hợp với sản phẩm polyme của axit monosilici

Tình 1.9, Hình thái thường gặp của phytolth [Nguyễn Ngọc Minh 2016] 1.3.3.3 Thời diém hình thành, sự phân bồ và vai trỏ của phytolith trong thực vật

Như đã để cập trong phin cơ chế tạo thành phytolith trong thực vật, sự lắng đọng Sỉ

hòa tan có liên quan chặt chẽ với quá tình bốc thoát hơi nước và quả trình này công

trở thành yếu tổ chỉ phối tới sự phân bổ của phytolith trong thực vật Tốc độ lắng dong

và phát triển của phytolith phụ thuộc vào giai đoạn phát triển hay tuổi của thực vật Ởgiải đoạn cây non, quá tình phân hoá tạo các t bào mới diễn ra mạnh mẽ, thời giantổn tại của các tế bào tước khi phân chia không đủ để hình thành các màng Si hoàn

chỉnh Do vậy, trong giai đoạn này rit t phytolih được hình thành Sang giai đoạn

phát triển ổn định của thực vật, các bộ phận đạt kích thước tối da (đặc biệt là tế bào

li), các ế bào chỗi có tốc độ hình thành mới chậm din, lúc này, quá tình tích Iuỹ Si,

hình thành và phát trién của phytolith diễn ra trọn ven hơn Hay nói cách khác, hàm.

lượng phytollh tích up trong các mô hoàn chỉnh nhiễu hơn trong các mô mới phát

sinh hay dang phát triển [43]

Ham lượng phytolith trong cây trồng thay đổi theo mô và giống cây trồng [35J, tuổi các loài [25] Ví dụ: Lúa nước, lúa mi, ngô, mia ưa Si và ch lũy nhiều hơn phytolith (©30 mg/g sinh khối khô) so với các cây trồng khác (<10 mg/g) [37] Trong khi độ tuổi của thực vật quyết định tốc độ hình thành phytolith thì cường độ thoát hơi nước.

(đại điện là mật độ khí không) quy định sự phân bé của phytolith trong thực vật [43]

Tuân theo quy luật về sự phân bổ khí khổng trong cây, hàm lượng phytotith trong vỏ cây va lá là cao hơn nhiều so với các hat và rễ [35] Vi dụ trong cây lúa, hàm lượng phytolith thay đổi từ 12,46 đến 23,6% trong rom ra; 13,1- 24,3% trong trấu;

5,5-11,4% trong rễ; 0,2- 1,9% đivới hal Tại từng bộ phận của thực vật, Si và phytolith

cổ xu hướng ích luỹ ở phần ngoài cùng tip giáp với lớp biểu bl và những phần khung

gia cổ cho cá bộ phận này [35]

1.3.4 Con đường tích luỹ phytolith vào đất

Vai trò của Sỉ (đại điện là phytolith) trong thực vật, đặc biệt là thực vật ưa Si ngày căng trở nên quan trọng và trở thành yếu tổ chỉ phối tối năng suất của thực vật giếng

như các nguyên tố dinh dưỡng khác Si tổn tai trong đất với hàm lượng lớn (gần89%) và sẽ không cổ gì đăng nói nếu quá tink phong hoá tạo ra lượng Si hoà tanđáp ứng đủ nhu cầu của thực vật Tuy vệ „ tong tự nhiên, Si tổn tại đưới dang DSi cóhàm lượng dao động từ khoảng 0,1 đến 0,6 mg/kg, [11,12] Him lượng như vậy là

tương đối thấp đối với các loại cây ích lũy Si ở hâm lượng cao

“Trong các hệ sinh thái tự nhiên,này hoàn toàn có thể được khắc phục khi cácdang Si trong sinh khối thực vật (Si hoà tan và phytolith) được quay trở lại đắt Trong

khi đó, các hệ sinh thái nhân tạo, cùng với sự mang đi silie qua năng suất, thì sự thiểu hụt Si trở nên trằm trong Chính vì thể việc phytolith được giải phông vào mỗi trường đất thông qua một số con đường Một trong những con đường phổ biển nhất là sự bồi hoàn Si sau khi thực vật chất và phân hủy, phytolith trong chúng được giải phóng vào

ting đất mặt, Phytolth cũng có thể được giải phỏng vào môi trường qua phân động

Val gió, hay how hoạn, Một tỷ lệ nhỏ phytolth được thu ii từ việc canh tác trong qu khứ Một số lượng đáng kể các phytolih giải phóng vào đất có thé vận chuyển di xa dưới một số điều kiện nhất định Trong các hệ sinh thái trên cạn it được quan lý, hu hết sinh khối thực vật chứa phytolith được trả lại cho đất thông qua tin dư sinh khối sau thu hoạch hoặc phân huy từ rễ (52, có thể được trả trực iếp hoặc gián iếp qua than sinh học (dang than sau đốt trực tiếp trên đồng ruộng hoặc qua các quá trình đốt

chy kháe vào đất ngay tai kha vực canh tie) [53, 54] Ngược lại, một lượng đáng kểcủa phytolith thoát hoàn toàn khỏi hệ sinh thái thông qua các sản phẩm thu hoạch [29]Dang phytolith này sẽ được chuyển qua chất thải của người và động vật vào dit hoặc

nguồn nước bé mặt [13,45]

1,4, Mỗi quan hệ giữa phytolith và cacbon hữu cơ trong đất

1-41 Sự hình thành thé hỗn hẹp *phytlith~ chất hữu cơ” rong thực vật

“rên thé giới đã có rất nhiều các công tình khoa học đã để p và mình chứng về mỗi

quan hệ giữa lượng bổ sung phytolith từ thực vật vào đất và sự tăng lên của cacbon

hữu cơ trong đắc Sĩ hú thu từ đắt được dã chuyển đến các bộ phận khác nhau ca cả và sau đó kết ta tạo thành các lớp bám trên thành vách các tbào Sự kết tần quá mức:

sẽ din đến sự phát triển và hình thành cấu trú sili (phytoith (12, 14, 20], hay vẫn

thường gọi là "cây hỗa thạch” Cầu 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 chit hữu cơ nhất định trong cẩu trúc phytolith [25, 54] Lượng chất hữu cơ bị bọc bởi phytolith được gọi là PhytOC và đây là lượng chất hữu cơ bị chỉ phối bởi phytolith khi phytolith được hoàn trả về đất Mỗi quan hệ giữa phytolith và PhytOC

trở thành một hướng nghiên cứu mới mẻ và được sự quan tâm đặc biệt của cộng đồng

khoa học [45] Theo thống kê từ dữ liệu tên Sicience Direct (Elsevier);Search đã tổnghop được các ting số công trình nghiên cứu vé mdi quan hệ phytolith và cacbon hữu

công tình khoa học đầu tiên công bố về mồi quan hệ “Phytolith ~ khả năng cổ định

khoa học về mỗi quan hệ này; Hằu hết các công trình về mỗi quan hệ nảy được côngbố trên các tạp chí hàđầu (thuge nhóm Q1)

‘ong bố quốc tế về mỗi quata phytolith và phytOC đượcthống 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 đấtđược cùng cố dựa trên những luận cứ sau [55]: 1) Trong cấu trúc của phytolith có chứamột lượng đáng kể chất hữu cơ; 2) Chit hữu cơ trong phytolith được bảo vệ chống lạiquá trình khoáng hóa hay phân hủy bởi các vi sinh vat; 3) Phytolith có thé tổn tại trongđất đến vài trăm năm, thậm chí hing nghìn năm.

Các ion SỈ" là các bạt nhân liên kết và nhờ chuỗi các phin 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 hip phụ và tích luỳ

này còn phụ thuộc vào từng loại đắt điều kiện tự nhiên và chúng được goi chung là

phytOC (phytolih-oecluded carbon) [56] Ngay cả khỉ phytolih được đưa trở lại môi

trường dat, những hợp chat PhytOC này vẫn có thể được bảo quản trong một thời gian rit di 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 đắt dao động từ 0.75 đến 23,10 g/m? him lượng này sẽ khác nhau

theo cấu trú của dit và chủ yếu chịu ảnh hưởng của các cộng đồng thực vật che phiPhytOC là thông số quan trong ảnh hưởng trực fp đến tập đoàn vi sinh vật c lợi chocác chu tình sinh học của slic Do đó tốc độ khoáng hod chất hữu cơ chậm li sẽ góp

phần giảm phát thải các khí nhà kính từ đắt vào không khí [37]

Nghiên cứu xem xét phin phytOC tích luỹ trên một số vùng đắt nhiệt đói tại miễn tây

nước Anh của Parr và Sullivan (2005) [25] đã đưa ra biểu đồ mô phỏng sự tí

PhytOC trong đất

° 2000-4000 6000Thời gian (năm)

Hình 1.10, kugng bì gi ti trong đắt bởi phytolih (PhytOC) so với C tổng số được vi vào đắt

qua thời gia [5]

Nghiên cứu của Van der Worm (1980) [46], chứng minh khả năng giữ chat hữu cơ của.phyolith là rt có ÿ nghĩa với thực trạng tác động của hiệu ứng nhà kính ngày căng gia

tăng như hiện nay Nghiên cửu mô phỏng này đựa trên các điều kiện biên: 1) tỷ lệ phân huỷ PhytOC là 20% 100 năm; 2) cây trồng được phát tiển liên tục Mô hình tí

nghiệm được bổ tr trên nén đất “trưởng

"Tuổi của đắt (am)

Hình 1.11: Tích lug C trong dat trồng có hàm lượng PhytOC khác nhau |46]Kết qui nghiên cứu chỉ ra rằng: qu tình tích luỹ C trong tự nhiên tương đối chậm, ạt

= 25 kg/m? sau khoảng 20.000 năm Quá trình này tăng lên khi thực vật canh tác là kê

(© 38 kg/m’) và lên tới 110 kg/m? khi canh tác các loài siêu tích luỹ Sỉ như mía Như xây, cíc loti siêu ích luỹ như mia có th giáp cổ định C rong đất sắp ~ L4 lần quá

trình cổ định C trong các hệ sinh thái khác.

1.4.2 Các yếu tổ quyết định đến sự hoà tan của phytolith và phytOC

Khi thực vật chết di hoặc kết thúc một chu trình sinh học và theo quy luật của tự nhiênthì sinh khối của chúng Mược hoàn tr lại cho đất lúc này him 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 huy

cacbon hữu cơ trong đất được xảy ra Quá trình phân huỷ này nhằm cung cấp chất dinh

dưỡng cho dit cũng như đảm bảo cân bằng cacbon trên trái đất được duy tì Đồng

thời, quá tình phân hủy chất hữu cơ sẽ làm “thé nhúng* phytolih được giải phóng ramôi 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

(phyfOC) Sự hòa tan phytolith diễn ra càng nhanh thi phytOC giải phóng (bị phân hủy,