những nguyên nhân gây suy giảm độ màu đất và ảnh hưởng của nó trên hệ sinh thái nông nghiệp ngô ngọc hưng

CÁC TIẾN TRÌNH VẬT LÝ: 1.1 Rửa trôi,trực di: Các chất dinh dưỡng hữu dụng cho cây trồng đất muốn được cây hấp thu phải nằm ởdạng hoà tan trong dung dịch đất hoặc được hấp phụ trên bề mặ

NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY SUY GIẢM ĐỘ MÀU ĐẤT VÀ ẢNH HƯỞNG

CỦA NÓ TRÊN HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

Giảng viên: PGs Ts Ngô Ngọc Hưng

Trong quá trình sử dụng đất, các tác động của điều kiện môi trường, con người và cây trồng có chiều hướng làm cho đất đai bị suy giảm độ phì nếu không có sự lưu ý thích hợp

Sự thoái hoá độ màu của đất xảy ra do các tiến trình vật lý và hoá học chủ yếu dưới đây:

1 CÁC TIẾN TRÌNH VẬT LÝ:

1.1 Rửa trôi,trực di:

Các chất dinh dưỡng hữu dụng cho cây trồng đất muốn được cây hấp thu phải nằm ở dạng hoà tan trong dung dịch đất hoặc được hấp phụ trên bề mặt keo đất Để đạt được năng suất cao, đa số cây trồng phải được tưới nước thường xuyên hoặc định kỳ Các dạng tưới phun, tưới thấm, tưới tràn hoặc do mưa, với lượng nước đủ lớn để thấm xuống các tầng đất sâu hơn kéo theo các hợp chất hoà tan trong đất

Thông thường, trong các chất dinh dưỡng, chỉ có chất đạm bị mất đi dễ dàng nhất, đặc biệt là ngay sau khi bón phân Dạng đạm nitrate bị mất đi dễ dàng nhất do nó không tạo ra các hợp chất khó tan với các cation trong đất Sự mất nitrate phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, thành phần cơ giới,mức độ che phủ của đất và kiểu tưới hoặc tiêu Sự mất đạm NO3

-xảy ra đáng kể trên các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ thấp, và có thành phần cơ giới nhẹ

Trên đất ngập nước, sự rửa trôi NPK thường xảy ra do sự chảy tràn hoặc thẩm lậu sau khi bón phân, khi đó đất chưa kịp hấp phụ các dưỡng chất hoà tan trong phân bón, nên sự mất dưỡng chất có thể xảy ra rất nghiêm trọng Để hạn chế hiện tượng này cần giữ nước trong ruộng sau khi bón phân ít nhất từ 5-7 ngày

Sự di chuyển các dưỡng chất xuống tầng sâu do trực di thường thấp trên đất lúa, vì đất lúa thường có nhiều sét và có tầng đế cày ngăn cản hiện tượng này Các kết quả nghiên cứu ở hiệu quả sử dụng N15 trên đất lúa ở ĐBSCL cho thấy rằng 80-85% đạm của phân bón tập trung ở tầng mặt 0-5 cm, 10-15% bị rửa trôi xuống tầng 5-15cm, và chỉ có khoảng 5% đạm của phân bón ở tầng 15-30 cm (Bảng 8.21) (Ngô Ngọc Hưng và csv., 1994)

Bảng 1 Hiêụ quả sử dụng 15N trên đất luá Đồng bằng sông Cửu long Vụ Đông Xuân

1989-1990.

Điạ điểm Lượng 15N thu hồi (% lượng N bón vào đất) Lượng

15N mất (%)

1.2 Sự xói mòn:

Hiện tượng xói mòn thường được gặp ở các đất có sự chênh lệch về độ cao như đất trung du, miền núi Ở vùng đất bằng phẳng nhưng được tưới tiêu với dòng chảy lớn hoặc có gió thổi mạnh cũng có thể gặp hiện tượng này

Đây là quá trình phá huỷ bề mặt của đất do gió hoặc do nước Nếu sự phá huỷ xảy ra đồng đều trên bề mặt đất nó được gọi là xói mòn mặt Xói mòn rãnh là sự phá huỷ đất bởi

những dòng nước có vận tốc lớn theo chiều sâu tạo ra các rãnh Các rãnh này lớn dần theo thời gian và dần dần phá huỷ hoàn toàn bề mặt ruộng hoặc gây sụt lở

Sự xói mòn làm cho đất thay đổi hình dạng bề mặt, làm mỏng dần tầng canh tác, tạo rãnh trên mặt đất làm khó khăn cho việc cày xới và đến một lúc nào đó nó trở thành loại đất không canh tác được

Đồng bằng châu thổ sông Cửu long là kết quả của sự bồi tụ các sản phẩm bị xói mòn thuộc cao nguyên Tây tạng (Trung quốc) cuốn theo nước sông Mekong trong một thời gian dài

Sự thoái hoá về vật lý đất:

Nếu sử dụng không đúng cách, đất nông nghiệp dần dần sẽ bị thoái hoá Các biểu hiện của sự thoái hoá của đất về mặt vật lý là:

- Giảm hàm lượng chất hữu cơ

- Sét bị rửa trôi và trực di xuống các tầng sâu

- Đất bị nén dẻ, mất cấu trúc

- Xi măng hoá khi bón phân vô cơ liên tục trong thời gian dài hoặc trở nên rất chặt

do bị mặn hoá

Chất hữu cơ trong đất là nguồn dự trữ chất dinh dưỡng quan trọng và cũng quyết định nhiều đặc tính quan trọng của đất Hàng năm trung bình có 2-5% chất hữu cơ trong đất bị khoáng hoá, trong khi vận tốc mùn hoá có thể thấp hơn nhiều nếu đất bị canh tác liên tục và không được cung cấp đủ chất hữu cơ cho quá trình mùn hoá Nếu chỉ bón phân khoáng và canh tác độc canh, không chú ý bón phân hữu cơ thì trong vòng 20-50 năm, đất sẽ bạc màu, mất cấu trúc, rời rạc, năng suất cây trồng giảm mạnh

Trên đất lúa, việc cày xới chỉ được thực hiện thường xuyên ở độ sâu nhất định, khi đất được tưới hoặc do ảnh hưởng của mưa, các phần tử sét có chiều hướng bị rửa trôi xuống sâu

và tích luỹ ở một độ sâu nhất định, tạo nên tầng đất rất chặt gọi là tầng đế cày Tầng này ngăn không cho nước thấm qua (có lợi cho cây lúa) và làm hạn chế phạm vi hoạt động của vùng rễ nhằm thu hút chất dinh dưỡng trong đất (đối với cây trồng cạn) Vì vậy các cây hoa màu trồng trên đất ruộng thường năng suất không cao

Khi sử dụng phân vô cơ thường xuyên, đất cũng bị thoái hoá do mất cấu trúc vì một lượng lớn các base bị đẩy khỏi keo đất vào dung dịch đất, và có thể bị rửa trôi làm cho đất bị ciment hoá Ví dụ khi bón phân amonium sulfate vào đất sẽ có phản ứng:

Ion Ca2+ khi bị đẩy ra khỏi keo đất, có thể kết hợp với ion SO42-để tạo thành thạch cao (CaSO4), khi thạch cao hút nước, nó sẽ cùng với các hạt đất trở nên cứng lại Do đó khi bón các loại phân chua sinh lý, cần phải bón thêm một lượng phân vôi để bù đắp sự mất mát các cation kiềm của đất Bón phân hữu cơ cũng làm giảm sự ciment hoá của đất

Để tránh sự thoái hoá vật lý xảy ra trong đất, cần chú ý bón phân hữu cơ cho đất hoặc cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch Cần luôn thay đổi cơ cấu cây trồng Nên thay đổi độ sâu làm đất thường xuyên, nhất là khi trồng các cây trồng cạn

2 TIẾN TRÌNH HOÁ HỌC:

2.1 Sự bốc hơi dưỡng chất:

Trong các dưỡng chất cần thiết cho cây trồng, chất đạm là nguyên tố dễ bị mất đi nhất do bay hơi Đạm có thể bay hơi dưới dạng NH3, N2O, NO, N2 và có thể xảy ra cả trên đất khô và đất ngập nước

Thành phần NH4+ và NH3 cân bằng trong nước được gọi chung là Ammoniacal-N Sự cân bằng giữa NH4+ và NH3 phụ thuộc lớn vào pH Nồng độ của NH3 (trong dung dịch) thay đổi tỉ lệ với NH4+ NH3 này sẽ tăng 10 lần trên sự tăng 1 đơn vị pH của dung dịch lên đến pH

9 Wetselaar và csv (1977) đã ghi nhận phương trình tương quan như sau:

Với sự gia tăng pH nước, NH4+ được ion hoá sẽ gia tăng và chuyển thành NH3 không ion hoá, và dạng này có thể bốc hơi vào trong không khí (De Datta, 1987) pH của nước ruộng thường tăng cao, có thể đạt đến pH>9.0, sau khi bón đạm ở giai đoạn 10 và 20 ngày sau khi sạ (Ngô Ngọc Hưng, 2004) (Hình 8.6), lượng lớn N có thể bị mất do bị chuyển thành NH3

Nhiều nghiên cứu cho thấy cây lúa hút thu chất N từ phân bón ít khi vượt quá 60-65% (De Datta 1981) Sự bốc thoát NH3 được ghi nhận là tiến trình gây ra sự mất đạm

có ý nghĩa trên đất lúa ở Châu

Á nhiệt đới (Freney và csv, 1990) mà tác nhân chính gây

ra bốc thoát hơi NH3 là sự hoạt động của tảo làm thay đổi pH của nước ruộng lúa

Hình 8.6 pH của nước trong ruộng lúa trong đợt bón

urea vào 20 ngày sau khi sạ Châu Thành Cần

Thơ, Hè Thu 2002

Bốn loài phiêu sinh thực vật được phát hiện chiếm chủ yếu trong nước ruộng lúa sau các thời kỳ bón urea trên đất phù sa không phèn Châu Thành-Cần Thơ, bao gồm: Tảo khuê, tảo lam, tảo lục và tảo mắt, trong đó tảo khuê và tảo lam chiếm ưu thế Sự tăng pH của nước ruộng được xem là do ảnh hưởng hoạt động chủ yếu của 4 loài tảo này và pH cao sẽ đưa đến mất N qua bốc thoát hơi NH3 (Ngô Ngọc Hưng, 2004)

Tảo lam là một trong những loài tảo có liên quan đến sự mất N trong ruộng lúa sau thời kỳ bón urea, tuy nhiên tảo lam (blue-green algea) cũng là tác nhân chính trong cố định N sinh học của đất lúa ngập nước (Hình 8.7).

Hình 7 Các loài tảo lam hoạt động làm tăng pH sau các thời kỳ bón urea, hiện diện trong

ruộng lúa nhiệt đới

2.2 Sự cố định và kết tủa:

Dưỡng chất trong đất muốn được cây hấp thu phải hoà tan trong dung dịch đất, hấp phụ trên bề mặt keo đất hoặc tan được trong chất dịch tiết ra từ rễ Điều kiện này không phải lúc nào cũng được thoả mãn Một số dưỡng chất có chiều hướng trở thành bất động (immobilization) Sự bất động được thể hiện dưới dạng cố định (fixation) và kết tủa (precipitation)

Các dưỡng chất thường bị cố định là NH4+, K+, ion phosphate H2PO4- và HPO42- Cơ chế của sự cố định đạm và kali là sự cố định không trao đổi, trong khi đối với lân sự bất động thường thể hiện qua sự kết tủa và hấp phụ

Một số nguyên tố khác như Fe, Mn, Mo, Co cũng có thể tạo thành những hợp chất khó tan trong môi trường kiềm hoặc ở điều kiện đất khô hạn, sự oxy hoá xảy ra mạnh, làm cho cây trồng khó hấp thu

Biện pháp khắc phục sự cố định và kết tủa này là không nên bón phân lân quá nhiều trong một lần mà nên bón nhiều lần Nên bón phân lân theo hàng hoặc hốc, tránh trộn lẫn với đất

2.3 Sự chua hoá

Đất trồng luôn có xu hướng bị chua do hoạt động của bộ rễ và do các phản ứng hoá học và sinh hoá xảy ra trong đất

Rễ cây trồng luôn có sự hấp thu tích cực và chọn lọc các chất dinh dưỡng Để hấp thu các dưỡng chất dưới dạng cation, rễ cây phải tiết ra các ion H+ để trao đổi với môi trường xung quanh Ion H+ tích luỹ dần trong vùng rễ, làm cho pH đất giảm dầm Mặt khác sự hấp thu tích cực cũng là một quá trình tiêu hao năng lượng của tế bào, và vì vậy rễ cây hô hấp rất mạnh, nó cần rất nhiều oxy và thải ra nhiều CO2 vào vùng đất xung quanh rễ Lượng CO2 này kết hợp với nước tạo ra acid cacbonic, tuy yếu nhưng cũng góp phần làm giảm pH đất

Sự phân giải chất hữu cơ trong đất cũng là nguồn sinh ra các acid hữu cơ làm giảm pH đất, nhất là trong điều kiện yếm khí Sự chua hoá còn được thấy khi sử dụng thường xuyên các loại phân chua sinh lý như phân đạm có gốc Ammonium.

Đất phèn tiềm tàng sẽ trở thành phèn hoạt động khi FeS2 bị oxy hoá

Sự oxy hoá này sẽ tạo nên trong đất một lượng lớn H+ Phương pháp thông thường để xác định vật liệu sinh phèn (FeS2 ) là cho oxy hoá với H2O2 , sau phản ứng nếu vật liệu này có pH<2.0 thì được kết luận

đó là vật liệu sinh phèn (Hình 8.8), phản ứng theo sau:

FeS 2 + 7/2 O 2 + H 2 O > Fe 2+ + 2SO 4 + 2H + Hình 8.8 Sự oxy hoá của pyrite khi tác dụng với

H2O2 - phương pháp xác định vật liệu sinh

phèn (FeS2) ngoài đồng

[Ảnh: Ngô Ngọc Hưng, 2002]

Độ hữu dụng của dưỡng chất đối với cây trồng phụ thuộc rất lớn vào pH của đất Nhìn chung, độ hữu dụng của các nguyên tố đại lượng cho cây trồng ở mức tối hảo khi pH trong khoảng 6-8 (Hình 8.9)

Hình 8.9 pH và độ hữu dụng của dưỡng chất

2.4 Độc chất:

Đất mặn, đất phèn là những đất chứa nhiều độc chất Độc chất chính trong các loại đất mặn là nồng độ muối NaCl, Na2SO4, các muối clo và sulfat cao, đất có pH cao, EC >

4 mmhos/cm Sự hiện diện của lượng muối hoà tan cao trong đất ngăn cản sự hấp thu nước của cây trồng làm cây bị héo, muối cũng ngăn cản cây hấp thu dưỡng chất, làm cho cây có màu xanh đậm, còi cọc, chóp lá bị cháy và mất sắc tố Nếu bị nặng cây sẽ chết

Khi đất bị nhiễm mặn, ion Na chiếm ưu thế trong thành phần cation trao đổi, có ảnh hưởng rất xấu đến tính chất vật lý của đất Đất mặn có khả năng trương co rất mạnh, thoát thuỷ kém khi ướt, rất cứng và đóng tảng khi khô, không có cấu trúc làm cho việc cày xới gặp khó khăn Tuy vậy đất mặn cũng dễ cải tạo bằng phương pháp rửa nếu có đủ nước ngọt, và kết hợp với trồng cây chịu mặn

Trên đất phèn, pH thấp, hàm lượng sắt, nhôm hoà tan cao gây độc cho cây trồng Sự ngộ độc do H2S cũng thường thấy trên đất ngập nước thường xuyên Trong điều kiện này, hợp chất sulfat không bền, chúng bị khử thành sulfit Phần lớn sulfit của đất nằm dưới dạng FeS

và ít hoà tan Tuy vậy chỉ một lượng nhỏ sulfit hoà tan (khoảng 0,1 ppm) cũng có thể gây hại trực tiếp cho cây lúa

Vùi rơm giúp duy trì hoặc làm tăng chất hữu cơ trong đất nhưng nó cũng đưa dến những bất lợi khác như: tích luỹ hợp chất phenol do sự phân huỹ không hoàn toàn trong điều kiện canh tác lúa nước, khả năng gây dịch hại và tốn công lao động Việc chôn vùi số lượng lớn rơm rạ cũng làm tăng sự phóng thích khí nhà kính như CH4 (Dobermann và csv., 2000)

Một thử nghiệm được thực hiện để quan sát ảnh hưởng của độc chất khử trong điều kiện vùi rơm gồm các nghiệm thức: 0tấn/ha, 5tấn/ha, 10 tấn/ha và đối chứng Hạt lúa được cho nảymầm trong nước trích của đất trong các nghiệm thức trên (trừ đ/c: ngâm trong nước cất) Kết quả là sự chiều dài mầm và rể của hạt lúa trong nước trích của đất có vùi rơm lượng càng cao thì phát triển càng kém (Hình 8.10)

Hình 8.10 Hạt lúa cho nẩy mầm trong nước trích đất

với các nghiệm thức vùi rơm và đối chứng

[Ảnh: Nguyễn Bảo Vệ, 2001]

Muốn cải tạo đất, trước tiên phải làm giảm độc chất trong đất, tạo điều kiện cho cây trồng sinh trưởng và phát triển bình thường Tuỳ theo điều kiện cụ thể của từng loại đất, các biện pháp cải tạo sẽ khác nhau

3 CÁC TIẾN TRÌNH SINH HỌC

3.1 Cây hút chất dinh dưỡng

Để tạo thành năng suất, ngoài khí carbonic, nước và năng lượng mặt trời, cây trồng phải cần các chất khoáng Các chất khoáng này được cây lấy từ đất (bảng 8.22)

Nhìn chung cây sử dụng chất đạm và kali nhiều nhất, chất lân được cây sử dụng ít hơn Các nguyên tố Ca, Mg, S, Si cũng được cây trồng sử dụng với số lượng lớn (từ vài kg đến vài chục kg) Các nguyên tố vi lượng như Cu, Zn, Fe, Co, Mo được cây sử dụng với số lượng nhỏ (vài chục đến vài trăm gam/ha)

Bón phân sẽ bù đắp lại cho đất lượng dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi Hiện nay, trên thế giới có rất ít nước có khả năng bù đắp đầy đủ dưỡng chất cây trồng hút đi bằng phân bón Đa số các nước nghèo, trong đó có Việt nam, chỉ có khả năng bù đắp 30-50% lượng dưỡng chất cây trồng lấy đi Như vậy, độ phì của đất có chiều hướng giảm do sự bóc lột quá mức Nông dân thường chỉ chú ý đến việc bù đắp các nguyên tố đa lượng như N,P,K và hầu như không bón phân vi lượng cho đất

Bảng 22 Lượng dưỡng chất cây hút* (kg/ha), (FAO, 2000)

Cây trồng Năng

suất (kg/ha)

Loại dưỡng chất

6.000

50 100

26 50

80 160

-19

-12

-10

6.000

72 120

36 50

54 120

-24

-25

-15 Khoai lang* 15.000

40.000

70 190

20 75

110 390

-28

-9

40.000

161 210

39 70

136 350

44 57

16

100.000

60 110

50 90

150 340

125 282

-50

-38

2.400

160 224

35 44

80 97

-18

*Lượng lấy đi được tính phần trên mặt đất, ngoại trừ cây lấy củ như khoai lang và đậu phộng.

** Các cây có khả năng cố định đạm

3.2 Chế độ canh tác không thích hợp:

Sự bất hợp lý trong canh tác có thể do các nguyên nhân sau:

- Kỹ thuật làm đất

- Kỹ thuật tưới tiêu

- Phân bón và kỹ thuật bón phân

- Kiểu canh tác (độc canh hay luân canh)

Nếu đất trồng trọt chỉ được cày xới ở một độ sâu nhất định sẽ giới hạn sự phát triển của bộ rễ và sẽ hạn chế sự hút thu nước và chất dinh dưỡng của cây Trên đất sét, ngoài một lớp mỏng trên mặt được xới thường xuyên, tầng dưới không được xới cùng với sự rửa trôi sét

ở trên xuống sẽ tạo nên tầng đế cày Tầng đế cày có lợi cho cây lúa hơn là các cây trồng cạn

Việc tưới tiêu cho cây trồng ngoài những lợi ích đã biết cũng có thể làm cho đất bị mất kết cấu,sét bị rửa trôi xuống tầng dưới và đất trở nên chặt.Tưới nước quá mạnh có thể gây xói mòn Ở những vùng khô hạn hoặc gần biển có mạch nước ngầm giàu khoáng, việc tưới nước có thể làm cho các mao quản (capilars) của đất ở tầng trên và dưới được nối lại, tạo điều kiện cho sự nhiễm mặn

Như đã trình bày ở phần trên, bón phân chua sinh lý trong thời gian dài có thể làm cho đất bị chua hoá, mất chất kiềm và có thể bị xi măng hoá.Việc chú trọng sử dụng phân hoá học hơn phân hữu cơ sẽ làm cho hàm lượng hữu cơ trong đất giảm

Thêm vào đó, việc độc canh một giống cây trồng nào đó trong thời gian lâu dài cũng làm cho chế độ dinh dưỡng trong đất bị mất cân đối Mỗi loại cây trồng chỉ hút nhiều những dưỡng chất nhất định và ít hút dưỡng chất khác, như vậy rất có hại cho đất và cây