tình hình chất hữu cơ, mùn và các biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất xám tỉnh bắc giang

Trên cơ sở xác định được tình hình chất hữu cơ và chất lượng mùn trong đất xám trên một số loại hình sử dụng đất tỉnh Bắc Giang đưa ra các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám; đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

HÀ NỘI, NĂM 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn của GS.TS Vũ Hữu Yêm và PGS.TS Cao Việt Hà

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Khoa học đất, Khoa Quản lý đất đai, Ban Quản lý Đào tạo, Dự án Việt-Bỉ, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Hội Khoa học Đất Việt Nam, Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam đã quan tâm và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện

đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo, các cán bộ và nhân dân xã Quang Thịnh, huyện Lạng Giang, phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lạng Giang, sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu

và xây dựng các mô hình thực nghiệm

Xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình và tất cả bạn bè

đã luôn quan tâm, động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2014

Tác giả luận án

Luyện Hữu Cử

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình ix

MỞ ĐẦU 118

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

5 Những đóng góp mới của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan về chất hữu cơ và mùn trong đất 4

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc chất hữu cơ trong đất 4

1.1.2 Thành phần và đặc điểm của thành phần mùn 6

1.1.3 Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ và hình thành mùn trong đất 11

1.1.4 Vai trò của chất hữu cơ và mùn trong đất 17

1.1.5 Tình hình nghiên cứu chất hữu cơ và mùn 19

1.2 Đặc điểm nhóm đất xám Việt Nam 40

1.2.1 Khái niệm về đất xám 40

1.2.2 Quá trình hình thành 40

1.2.3 Phân bố 42

1.2.4 Phân loại và tính chất các đơn vị đất 43

1.3 Các biện pháp cải thiện chất hữu cơ và mùn trong đất xám Việt

Nam 45

1.3.1 Bảo vệ đất 45

1.3.2 Tăng cường tuần hoàn chất hữu cơ trong đất 46

1.3.3 Sử dụng phân hữu cơ 46

1.3.4 Biện pháp công trình 47

1.3.5 Biện pháp bón vôi 47

1.3.6 Biện pháp canh tác 47

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

2.1 Nội dung nghiên cứu 50

2.2 Phương pháp nghiên cứu 50

2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập số liệu thứ cấp 50

2.2.2 Phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp 50

2.2.3 Phương pháp điều tra, lấy mẫu đất ngoài thực địa 50

2.2.4 Phương pháp phân tích đất 51

2.2.5 Phương pháp phân tích cây 53

2.2.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm theo dõi tốc độ phân hủy tàn dư hữu cơ 53

2.2.7 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 55

2.2.8 Phương pháp theo dõi sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng 59

2.2.9 Phương pháp thống kê 59

2.2.10 Phương pháp tính hiệu quả kinh tế 60

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của vùng nghiên cứu 61

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 61

3.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế, xã hội 68

3.1.3 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và môi

trường 71

3.2 Đặc điểm nhóm đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 73

3.2.1 Phân loại đất xám của huyện Lạng Giang 73

3.2.2 Một số tính chất lý, hóa học của đất nghiên cứu 74

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất đến diễn biến chất hữu cơ và mùn ở vùng nghiên cứu 81

3.3.1 Các loại hình sử dụng đất và các kiểu sử dụng đất trên đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 81

3.3.2 Một số đặc điểm chất hữu cơ và mùn của đất nghiên cứu 83

3.3.3 Đánh giá trạng thái mùn của đất nghiên cứu 96

3.4 Nghiên cứu tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trên đất xám điển hình 99

3.4.1 Hàm lượng dinh dưỡng N, P, K, OC trong các phụ phẩm 99

3.4.2 Kết quả phân tích tốc độ phân hủy tàn dư thực vật 100

3.4.3 Chất lượng đất trước và sau thí nghiệm 104

3.5 Xác định các biện pháp canh tác thích hợp nhằm duy trì và nâng cao hàm lượng chất hữu cơ trong đất 107

3.5.1 Thí nghiệm trồng vải có cây che phủ trên đất đồi 108

3.5.2 Thí nghiệm xác định biện pháp bón phân hữu cơ và cày vùi tàn dư thực vật đối với cây hàng năm (chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu) 114

3.5.3 Hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường của các thí nghiệm đồng ruộng 118

3.6 Đề xuất các mô hình và các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám 123

3.6.1 Đề xuất các mô hình cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc Giang 123

3.6.2 Các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc Giang 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127

1 Kết luận 127

2 Kiến nghị 129

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACh Đất xám điển hình

ACf Đất xám feralit

ACp Đất xám có tầng loang lổ

CAQ Cây ăn quả

CERs Chứng chỉ giảm phát thải

ISRIC Trung tâm Tham chiếu tài nguyên đất Thế giới

ISSS Hội Khoa học Đất Quốc tế

REDD Giảm phát thải khí nhà kính

OC Các bon hữu cơ

OM Chất hữu cơ

POP Các chất hữu cơ bền vững gây ô nhiễm

QH&TKNN Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp

RSX Rừng sản xuất

SALT Hệ thống canh tác trên đất dốc

TN Thí nghiệm

TNNH Thổ nhưỡng Nông hóa

TTCN Tiểu thủ công nghiệp

UNESCO Tổ chức Văn hóa, Khoa học và Giáo dục của Liên hiệp quốc VSV Vi sinh vật

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang 1.1 Công thức và phân tử lượng của đơn vị cấu trúc và mạng cấu trúc

mùn trong đất potzol và đất xám 7

1.2 Thành phần mùn ở tầng mặt của đất Liên Xô (cũ) 20

1.3 Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong đất 24

1.4 Hàm lượng mùn của một số loại đất Việt Nam 27

1.5 Tỉ lệ f a C h a C . của một số loại đất Việt Nam 28

2.1 Thông tin chung về các phẫu diện nghiên cứu 51

3.1 Số liệu khí hậu, thời tiết bình quân trong 10 năm (2001 – 2010) của huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 63

3.2 Tài nguyên đất huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 65

3.3 Kết quả phân tích các phẫu diện đất điển hình Tỷ lệ cấp hạt (%) 80

3.4 Hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất 86

3.5 Trữ lượng chất hữu cơ và mùn trong đất nghiên cứu 88

3.6 Thành phần mùn của đất nghiên cứu 92

3.7 Chất lượng chất hữu cơ và mùn trong đất nghiên cứu 94

3.8 Trạng thái mùn của đất nghiên cứu 97

3.9 Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong một số loại tàn dư thực vật 99

3.10 Hàm lượng OM%, N% và tỷ lệ C/N của đất ngập nước trước và sau thí nghiệm 105

3.11 Hàm lượng OM%, N% và tỷ lệ C/N của đất ruộng cạn trước và sau thí nghiệm 106

3.12 Tỷ lệ cây sống và thời gian bén rễ hồi xanh của cây che phủ trên đất thí nghiệm 108

3.13 Khả năng sinh trưởng và phát triển của lạc chịu hạn, đỗ tương chịu hạn tại Lạng Giang 108

3.14 Năng suất chất xanh trung bình năm 2009 của các cây phủ đất 110

3.15 Năng suất chất xanh trung bình của lạc và đỗ tương chịu hạn 110

3.16 Thành phần dinh dưỡng và khả năng trả lại dinh dưỡng cho đất của

một số cây che phủ đất 111

3.17 Độ ẩm đất tầng mặt ở các công thức thí nghiệm năm 2009 và 2010 112 3.18 Ảnh hưởng của các cây che phủ đến chất lượng đất năm 2009 và

2010 113 3.19 Ảnh hưởng của bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đến chất

lượng đất ngập nước năm 2009 và 2010 – Thí nghiệm 3 115 3.20 Ảnh hưởng của bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đến chất

lượng đất khô năm 2009 và 2010 – Thí nghiệm 4 117 3.21 Ảnh hưởng của các cây phủ đất đến năng suất cây vải 119 3.22 Ảnh hưởng của các biện pháp bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực

vật tới năng suất cây trồng 120 3.23 Hiệu quả kinh tế của các công thức thí nghiệm đồng ruộng 1201

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang

1.1 Sơ đồ quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất 12

1.2 Sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic 14

3.1 Vị trí địa lý huyện Lạng Giang 61

3.2 Ảnh cảnh quan phẫu diện LG07 75

3.3 Ảnh phẫu diện LG 07 75

3.4 Ảnh cảnh quan phẫu diện LG09 76

3.5 Ảnh phẫu diện LG 09 76

3.6 Ảnh cảnh quan phẫu diện LG17 77

3.7 Ảnh phẫu diện LG 17 77

3.8 Hàm lượng chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 85

3.9 Hàm lượng mùn trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 85

3.10 Trữ lượng chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 89

3.11 Trữ lượng mùn trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 89

3.12 Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 5 100

3.13 Tốc độ phân hủy dây lạc trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ tháng 04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 6 100

3.14 Tốc độ phân hủy rơm trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ tháng 01 đến tháng 3/2012 – Thí nghiệm 5 101

3.15 Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng 04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 7 102

3.16 Tốc độ phân hủy dây lạc trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng

04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 8 102 3.17 Tốc độ phân hủy cúc dại Thái Lan trong điều kiện đất khô giai đoạn

từ tháng 04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 9 103 3.18 Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng

01 đến tháng 3/2012 – Thí nghiệm 7 103 3.19 Động thái phát triển của các cây phủ đất (cm) 109 3.20 Động thái độ ẩm đất ở mô hình trồng vải năm 2009 116

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chất hữu cơ là dấu hiệu cơ bản để phân biệt đất và mẫu chất Chất hữu cơ

là nguồn cung cấp các dinh dưỡng cho cây trồng đồng thời cũng là thành phần chi phối khả năng hấp phụ dinh dưỡng của đất Trong quá trình phân hủy, chất hữu cơ tạo ra axit humic kích thích bộ rễ phát triển đẩy mạnh việc hút chất dinh dưỡng của cây Số lượng, tính chất của chất hữu cơ có ảnh hưởng và quyết định đối với các tính chất: lý, hoá, sinh học và độ phì nhiêu của đất

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều, chất hữu cơ trong đất bị phân giải nhanh và chất dinh dưỡng bị rửa trôi vào mùa mưa Vì vậy phần lớn diện tích đất tự nhiên của Việt Nam có hàm lượng chất hữu cơ không cao Nguồn cung cấp hữu cơ cho đất chính là thực vật và phân hữu cơ Hiện nay, việc đầu tư cho sản xuất, đặc biệt là trên đất đồi còn hạn chế, nhất là phân hữu

cơ, nguồn hữu cơ bổ sung cho đất chủ yếu là cây phủ đất và cây trồng trên đất canh tác Thực tế ở nước ta, do tác động của quá trình sử dụng đất đa số diện tích đất có tầng canh tác mỏng, số lượng mùn ít, chất lượng mùn kém, chủ yếu là mùn

di động nên dễ bị rửa trôi, nhất là trên các loại đất đồi núi Hiện nay việc bón phân vô cơ thuận lợi hơn nhiều so với bón phân hữu cơ do quá trình chế biến, bảo quản phân hữu cơ tốn nhiều công sức hơn Hiện tại, nông dân ở nhiều vùng thường đốt tàn dư thực vật sau khi thu hoạch đã làm trầm trọng hơn tình trạng suy giảm chất hữu cơ trong đất Khi chất hữu cơ không được bù đắp, độ phì đất

và năng suất cây trồng bị suy giảm, bổ sung thêm phân vô cơ cũng không thể khắc phục được

Sự mất chất hữu cơ trong đất kéo theo hàng loạt các hậu quả nghiêm trọng như làm suy giảm độ phì nhiêu của đất: suy giảm các tính chất vật lý đất, giảm lượng và chất của dung tích hấp thu cũng như dinh dưỡng dễ tiêu trong đất Đây

là nguyên nhân hàng đầu làm đất mất sức sản xuất Cùng với việc mất rừng, việc canh tác đất đồi núi không có biện pháp bảo vệ đất làm cho chất hữu cơ trong đất

và hàm lượng các chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất ngày càng giảm sút nghiêm

trọng, đặc biệt là ở đất vùng đồi núi thuộc các tỉnh phía Bắc Việt Nam Bên cạnh

đó, việc tích lũy được các chất hữu cơ trong đất còn là cơ sở quan trọng cho việc lưu giữ được khí CO2, một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng nóng lên của khí hậu toàn cầu

Ở Việt Nam 3/4 diện tích tự nhiên là đất đồi núi, trong đó chủ yếu là nhóm đất xám (Acrisols) với khoảng 20 triệu ha (Bộ NN&PTNT, 2009a) Đặc điểm chung của nhóm đất xám là đất chua, hàm lượng hữu cơ không cao, nghèo chất dinh dưỡng, dễ bị khô hạn, Việc khai thác nhóm đất xám nói riêng có tác động lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước

Bắc Giang là tỉnh thuộc vùng trung du miền núi Bắc bộ, có nhóm đất xám chiếm trên 70% diện tích đất nông nghiệp (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang, 2012) Do đó nâng cao độ phì nhiêu của đất xám để từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng đất là một việc làm rất cần thiết Xuất phát từ tình hình trên

việc thực hiện đề tài “Tình hình chất hữu cơ, mùn và các biện pháp cải thiện

chất hữu cơ trong đất xám tỉnh Bắc Giang” là có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa

thực tiễn cao Trên cơ sở xác định được tình hình chất hữu cơ và chất lượng mùn trong đất xám trên một số loại hình sử dụng đất tỉnh Bắc Giang đưa ra các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám; định hướng sử dụng đất xám hợp lý, cho hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường; đảm bảo xây dựng chiến lược phát triển nền nông nghiệp bền vững

2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Chất hữu cơ và mùn trong 3 đơn vị: đất xám điển hình (Haplic Acrisols), đất xám có tầng loang lổ (Plinthic Acrisols) và đất xám feralit (Ferralic Acrisols) ở huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trên các loại hình sử dụng: Lâm nghiệp, cây ăn quả (vải), chuyên lúa, lúa màu và chuyên màu ở 3 đơn vị đất xám điển hình (Haplic Acrisols), đất xám có tầng loang lổ (Plinthic Acrisols) và đất xám feralit (Ferralic Acrisols) trên địa bàn huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang

Nghiên cứu được tiến hành trên địa bàn huyện Lạng Giang vì ở huyện Lạng Giang có đầy đủ các đặc điểm về khí hậu, thời tiết, đất đai đặc trưng cho tỉnh Bắc

Giang, bên cạnh đó diện tích đất xám chiếm đến 67% diện tích đất tự nhiên và phân bố đầy đủ các đơn vị đất xám trên địa bàn huyện

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá thực trạng chất hữu cơ và mùn trong nhóm đất xám ở huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang

- Đánh giá ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất tới số lượng và chất lượng chất hữu cơ và mùn trong nhóm đất nghiên cứu

- Đề xuất các biện pháp cải thiện tình trạng chất hữu cơ nhằm duy trì và nâng cao độ phì nhiêu nhóm đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5 Những đóng góp mới của đề tài

Cung cấp thêm cơ sở khoa học về hiện trạng, quá trình biến đổi chất hữu

cơ và mùn và một số biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về chất hữu cơ và mùn trong đất

1.1.1 Khái niệm và nguồn gốc chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành và độ phì nhiêu đất Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của đất Mọi chất hữu cơ đều chứa các bon Lượng các bon hữu cơ trong đất cao gấp 3 lần số lượng các bon có trong toàn bộ giới thực vật trên trái đất Do đó sự chuyển hóa chất hữu cơ trong đất còn đóng vai trò quan trọng trong cân bằng các bon trên trái đất, mối cân bằng được xem là yếu tố quan trọng tác động đến nhiệt độ địa cầu hay hiệu ứng nhà kính Dù chất hữu cơ chỉ là một phần rất nhỏ trong khối lượng chung của mọi loại đất nhưng thành phần quan trọng này lại có ảnh hưởng quyết định đến nhiều đặc tính vật lý, hoá học và sinh học của đất (Кононова, 1963; Тюрин, 1965; Александрова, 1980; Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000)

Có thể chia chất hữu cơ của đất làm 2 phần: những tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải (rễ, thân, lá cây, xác động vật) vẫn giữ nguyên hình thể và những chất hữu

cơ đã được phân giải Phần hữu cơ sau có thể chia thành 2 nhóm: nhóm hợp chất hữu cơ chưa phải mùn và nhóm các hợp chất mùn Nhóm hữu cơ chưa phải mùn gồm những hợp chất có cấu tạo đơn giản hơn như: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, sáp, nhựa, este, rượu, axit hữu cơ, anđehit, Nhóm này chỉ chiếm 10-15% chất hữu

cơ phân giải nhưng có vai trò rất quan trọng với đất và cây trồng Nhóm các hợp chất mùn bao gồm các hợp chất hữu cơ cao phân tử, có cấu tạo phức tạp, nhóm này chiếm 85%-90% chất hữu cơ được phân giải (Кононова, 1963; Тюрин, 1965; Александрова, 1980; Орлов, 1990)

Trong đất tự nhiên nguồn hữu cơ cung cấp duy nhất cho đất là tàn dư sinh vật bao gồm xác thực vật, động vật và vi sinh vật Ðối với đất canh tác, ngoài tàn

dư sinh vật còn có một nguồn hữu cơ bổ sung thường xuyên là phân hữu cơ

chúng quang hợp tạo chất hữu cơ và khi chết chúng để lại cho đất: thân, rễ, cành,

lá, quả và hạt Thực vật màu xanh có nhiều loại, số lượng và chất lượng chất hữu

cơ được chúng đưa vào đất cũng khác nhau Cây gỗ sống lâu năm cung cấp chủ yếu cành, lá khô và quả rụng, tạo thành trên mặt đất một tầng thảm mục ở đất rừng, sau đó mới bị vi sinh vật đất phân giải Cây thân thảo để lại lượng hữu cơ trong đất tốt hơn, chủ yếu là rễ Ở vùng đồng cỏ lượng rễ để lại hàng năm ở tầng đất (0-1 m) khoảng 8-28 tấn/ha Ðối với cây thân cỏ hàng năm, lượng rễ để lại trong đất khoảng 3-5 tấn/ha, lượng thân, lá khoảng 0,5-13 tấn/ha; người và súc vật sử dụng phần lớn thân lá, vì vậy lượng tàn dư hữu cơ còn để lại trong đất để hình thành mùn không nhiều Ngoài thực vật màu xanh còn có xác động vật và vi sinh vật, số lượng không nhiều, trong đa số các loại đất thường không vượt quá 100-200 kg/ha/năm, song lại rất tốt cho dinh dưỡng cây trồng (Александрова, 1980; Кауричев, 1989; Орлов, 1990; Teйт 1991)

+ 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% nước Trong thành phần chất khô, ngoài các chất gluxit, protit, lipit, linhin, tanin, nhựa, sáp, tàn tích hữu cơ còn chứa một lượng nhất định các nguyên tố vô cơ Phần lớn các hợp chất hữu cơ trong cây là những hợp chất cao phân tử, ví dụ phân tử lượng protit: 105-106, polisacarit: 106 Tỷ lệ giữa các nhóm hợp chất chính trong các tàn tích hữu cơ khác nhau cũng rất khác nhau Ngoài hợp chất hữu cơ trong tàn dư sinh vật có chứa một lượng các nguyên tố tro, hàm lượng phụ thuộc vào từng loại sinh vật và điều kiện sống của chúng, trong thành phần tro có P, S, K, Mg, Ca, Si,

Fe, Sau khi chết, xác sinh vật bị phân giải, một phần được chuyển hoá thành các hợp chất mùn (Орлов, 1974; Паников, Садовникова, Фридланд, 1984;

Lê Thanh Bồn, 2009)

1.1.1.2 Phân hữu cơ

Ðối với đất trồng trọt, nhất là những nơi có mức độ thâm canh cao thì phân hữu cơ là một nguồn bổ sung lớn chất hữu cơ cho đất Trong các thập niên

70, 80 của thế kỷ 20, ở nhiều vùng đất, đối với cây hàng năm người dân thu hoạch cả hạt lẫn cây, vì vậy phân hữu cơ gần như trở thành nguồn chính để tăng

lượng mùn trong đất Rất nhiều loại phân hữu cơ: phân chuồng, phân bắc, phân rác, phân xanh, bùn ao, phân hữu cơ vi sinh, được sử dụng phổ biến

Theo Dalzell (1987) và Pushparaja (1990) chất hữu cơ có thể đưa vào trong đất bằng cả hai cách: phủ lên trên mặt đất hoặc vùi vào trong đất, bao gồm phụ phẩm, phân xanh, phân trộn và phế thải nông nghiệp Mục tiêu chính của việc đưa chất hữu cơ vào đất là để làm tăng chất hữu cơ và mùn trong đất Chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ phì nhiêu của đất nói chung, đặc biệt đối với đất chua nhiệt đới nói riêng

1.1.2 Thành phần và đặc điểm của thành phần mùn

Các nhà nghiên cứu đã đề ra nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau nhằm tách riêng thành phần mùn để có thể nghiên cứu sâu hơn Phương pháp hóa học đã được rất nhiều nhà nghiên cứu sử dụng Bằng phương pháp hoá học người

ta dùng dung dịch kiềm loãng cho tác động vào đất để tách mùn đất thành 2 phần: phần không tan là các xác hữu cơ chưa phân giải và hợp chất humin, phần hoà tan là các axit mùn Axit hoá phần hoà tan bằng axit H2SO4 thu được 2 phần: phần kết tủa (màu sẫm) đó là axit humic và phần hoà tan (màu vàng hoặc vàng nhạt) là axit fulvic Như vậy hợp chất mùn của đất bao gồm 3 thành phần chính: axit humic, axit fulvic và hợp chất humin (Тюрин, 1965; Орлов, 1974; Александрова, 1980; Орлов, 1992)

1.1.2.1 Axit humic

Axit humic là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng, được hình thành trong môi trường trung tính, hoà tan tốt trong các dung dịch kiềm loãng NaOH, Na2CO3, Na4P2O7.10H2O, không hoà tan trong nước và axit vô cơ Tuỳ theo nồng độ và loại đất mà các dung dịch thu được có màu anh đào đến màu đen

+ Thành phần nguyên tố của axit humic

Thành phần nguyên tố của axit humic chủ yếu bao gồm C, H, O, N Hàm lượng các nguyên tố này khác nhau phụ thuộc vào loại đất, thành phần hoá học của tàn dư sinh vật, điều kiện mùn hoá Theo Alekxandrova hàm lượng bình quân của C, H, O, N trong axit humic của một số loại đất chính ở Liên Xô (cũ) như sau: C: 56,2%-61,9%, H: 3,4%-4,8%, O: 29,5%-34,8%, N: 3,5%-4,7% và

các nguyên tố tro (P, S, Al, Fe, Si): 1-10%, những nguyên tố này không nhất thiết phải có tất cả trong thành phần phân tử axit humic (Орлов, 1974, 1990; Александрова, 1980; Кауричев, 1989)

+ Phân tử lượng

Ở những điều kiện khác nhau, nguồn gốc và phương thức hình thành axit humic khác nhau nên axit humic không có công thức và phân tử lượng cố định Có nhiều ý kiến khác nhau về phân tử lượng của axit humic: 3.000-1.000.000 (Russel, 1983), 1.300 (Oden, 1919), 30-50.000 (Flaig, 1929),… (Lê Thanh Bồn, 2009); 40.000-100.000, trung bình khoảng 50.000-90.000 đơn vị các bon (theo Orlov, Amoxov, Glebova, Gorskopva, Sin, Coresnhicov) (dẫn theo Trần Văn Chính và cs., 2006)

+ Cấu trúc của axit humic

Axit humic có cấu trúc phân tử rất phức tạp, phân tử axit humic có nhiều mạng lưới cấu trúc Mỗi mạng lưới cấu trúc có nhiều đơn vị cấu trúc Ðơn vị cấu trúc là phần hình thành khi phân huỷ phân tử axit humic và có cấu tạo tương đối đơn giản Các hợp chất có cấu tạo mạch vòng chiếm 50-60%, các hợp chất có mạch nhánh chiếm 25-40%, các nhóm định chức chiếm 10-25% trọng lượng

phân tử mùn (Орлов, 1974, 1990; Александрова, 1980; Орлов et al., 1996)

Mạng lưới cấu trúc là một phần phân tử axit humic chứa tất cả các đơn vị cấu trúc, công thức và kích thước của các loại này khi phân huỷ axit humic bằng benzol cácbonic như bảng 1.1

Bảng 1.1 Công thức và phân tử lƣợng của đơn vị cấu trúc và mạng

cấu trúc mùn trong đất potzol và đất xám Loại đất

Công thức Phân tử lƣợng

Phân tử lƣợng (đơn vị C)

Ðất potzol C16H17O8N 354 C173H183O92N11 3885 Ðất xám C14H14O7N 299 C71H59O32N4 2090

Nguồn: Орлов (1974)

Về hình thái axit humic không có cấu tạo tinh thể, song những nghiên cứu điện di và quang phổ rơnghen cho thấy chúng cấu tạo theo kiểu những mạng lưới xếp lớp Quá trình mùn hoá càng phát triển thì những mạng này xếp càng khít Theo những nghiên cứu gần đây nhất về hình dạng axit humic không đối xứng, chúng có dạng dài, tỷ lệ các trục từ 1:6 đến 1:12 Trong đất, cơ bản axit humic là keo ở dạng gel, nhưng chúng rất dễ bị tan bởi các dung dịch kiềm để tạo thành dung dịch phân tử hoặc dung dịch keo Vì ở dạng keo nên axit humic có khả năng hấp phụ cao, dung tích hấp phụ (CEC) từ 300 đến 600 lđl/100g axit humic Trong đó nhóm COOH và OH fenol đóng vai trò quyết định Tính đệm của axit humic cũng rất cao cho nên ở đất giàu humic thì pH đất ổn định hơn Trong đất axit humic ít chua hơn axit fulvic vì nó ít mạch nhánh hơn mà lại nhiều nhân thơm hơn (pH = 3,0-3,6)

+ Trạng thái tồn tại của axit humic

Chỉ có một phần rất nhỏ axit humic tồn tại ở dạng tự do, phần lớn chúng liên kết với phần vô cơ của đất Tác động tương hỗ giữa axit humic và phần vô

cơ của đất dẫn đến việc hình thành những hợp chất hữu cơ-vô cơ khác nhau Phụ thuộc vào hoạt tính của các hợp chất được hình thành mà có quá trình tích luỹ các chất mùn và các chất vô cơ liên kết với nó (trường hợp liên kết với kim loại hóa trị cao), hoặc là quá trình rửa trôi các hợp chất đó (trường hợp liên kết với kim loại hóa trị 1), Có những dạng liên kết chính sau:

- Liên kết với các cation hoá trị 1 hoặc hoá trị 2 ở trong dung dịch đất hay nằm trên bề mặt các khoáng sét với H+ của nhóm COOH hoặc OH phenol của axit humic hình thành các humát NH4, Na, K, Ca, Mg là các muối đơn giản (dị cực)

(đất mặn) thường nghèo mùn Humat Ca, Mg không hoà tan vào nước và tồn tại

ở dạng gel bền vững với nước, tạo thành màng mỏng bao quanh các phần tử đất, kết gắn chúng với nhau cho nên đất giàu humat Ca có kết cấu viên bền vững và giàu mùn

- Liên kết với các ion Fe, Al hoặc một số nguyên tố vi lượng, nguyên tố gây độc hoặc ô nhiễm đất (Pb, Cd, ) để hình thành các muối phức (chứa các ion kim loại ở phần anion của phân tử), ví dụ:

(OH)m-x

trong đó M là Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Al(OH)2+, Al(OH)2+

Nguồn: Кауричев (1989) Hợp chất phức này vẫn còn các nhóm COOH và OH phenol tự do, vì vậy

có thể tiếp tục phản ứng với các ion K+

, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ để hình thành các muối đơn giản:

R

OH

M COO-H+

OM1

COO

+ 2H+

Nguồn: Кауричев (1989) Các phức chất của axit humic bền vững hơn các phức chất của axit fulvic

Sự hình thành các hợp chất này làm thay đổi tính hoà tan, sự phân bố, di động, tích luỹ và mức độ dễ tiêu của các hợp chất của các kim loại đa hoá trị, đặc biệt

ở các đất có chứa nhiều chất hữu cơ Sự liên kết với các kim loại độc như Al, Pb,

Cd, Ni, làm giảm tác dụng độc của các nguyên tố này trong đất

- Tương tác với các khoáng sét hoặc các khoáng vật dạng vô định hình hoặc tinh thể khác để hình thành các phức chất hấp phụ Sự hình thành các phức chất hấp phụ có thể bằng các liên kết giữa các phân tử, liên kết ion hoặc liên kết hydro, Dạng liên kết này đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành các hợp chất hữu cơ-

vô cơ của pha rắn và tầng tích luỹ mùn, sự hình thành hạt kết, vi hạt kết và sự ổn định nhiều đặc tính hoá học, lý hoá và lý học của đất

1.1.2.2 Axit fulvic

Axit fulvic có màu vàng, là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng, hình thành trong môi trường chua, dễ tan trong nước, axit hoặc kiềm loãng

+ Thành phần nguyên tố: Cũng như axit humic thành phần nguyên tố của axit fulvic khác nhau ở các loại đất Theo Alexandrova (1980, 1981) hàm lượng bình quân của C, H, O, N trong axit fulvic của một số loại đất chính ở Liên Xô (cũ) như sau: C: 44,7-49,8%, H: 3,4-5,1%, O: 43,8-47,3%, N: 2,3-4,2% So với axit humic thì C và N trong axit fulvic chiếm tỷ lệ ít hơn, trong khi H và O nhiều hơn Ngoài ra axit fulvic cũng chứa một số nguyên tố tro

+ Phân tử lượng: Phân tử lượng của axit fulvic nhỏ hơn phân tử lượng axit humic rất nhiều Trung bình phân tử lượng của axit fulvic đạt 10.000-12.000 đơn

vị các bon cho nên hoạt tính lớn hơn, mặt khác chúng lại dễ bị phân chia nhỏ nên hoạt tính càng mạnh

+ Cấu trúc của axit fulvic: Nguyên tắc và thành phần cấu trúc của axit fulvic cũng giống như axit humic Ðiều khác nhau giữa chúng là trong phân tử axit fulvic ít nhân thơm hơn, mà lại nhiều mạch nhánh hơn; số nhóm định chức, đặc biệt là nhóm COOH và OH phenol nhiều hơn, vì thế axit fulvic chua hơn axit humic nhiều (pH= 2,6-2,8)

Theo Alexandrova (1980, 1981) một phần axit fulvic được hình thành do kết quả của quá trình mùn hoá trực tiếp xác hữu cơ, phần khác được hình thành

do sự biến đổi axit humic thành axit fulvic Cũng như axit humic phân tử của axit fulvic bao gồm nhiều mạng lưới cấu trúc và đơn vị cấu trúc

+ Axit fulvic ở trạng thái tự do không nhiều và so với axit humic, chúng

có phân tử lượng nhỏ hơn, mặt khác nhiều mạch nhánh và nhóm định chức vì vậy tính chất axit của axit fulvic lớn hơn axit humic Chúng có khả năng hấp phụ và tính đệm thấp hơn axit humic Do có phân tử lượng nhỏ hơn nên axit fulvic dễ di chuyển và do đó cũng dễ bị rửa trôi khỏi đất

+ Trạng thái tồn tại của axit fulvic: Axit fulvic ít tồn tại ở trạng thái tự do, phần lớn chúng ở trạng thái liên kết Ở trạng thái liên kết chúng cũng gồm 3 dạng như axit humic Fulvat của tất cả các kim loại hoá trị 1 và 2 đều hoà tan và di động dù ở phản ứng axit, trung tính hay kiềm yếu Các hợp chất axit fulvic với

Fe, Al có tính tan phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các phân tử kết hợp và nồng độ chúng trong dung dịch Nếu tỷ lệ R2O3/axit fulvic càng thấp nghĩa là tỷ lệ axit fulvic càng nhiều thì hợp chất Fe, Al của axit fulvic càng trở nên hoạt động hơn Người

ta cũng thấy hợp chất Fe - fulvic hoạt động hơn nhiều so với hợp chất Al - fulvic Hoạt tính của các hợp chất Fe - Al - fulvic có thể giải thích cho sự rửa trôi Al và

Fe trong quá trình hình thành đất potzon và đất bạc màu Trong điều kiện ẩm nhiều những hợp chất này di chuyển xuống phía dưới phẫu diện, cho đến lúc gặp điều kiện phá huỷ chúng và R2O3 kết tủa, tạo tầng tích tụ, ngoài ra một phần axit fulvic gắn với axit humic tồn tại trong đất (Александрова, 1980, 1981; Орлов,

1979, 1992)

1.1.2.3 Hợp chất humin

Ngoài axit humic, axit fulvic trong mùn còn tồn tại một dạng hợp chất khác là humin Humin là tổ hợp của các chất mùn được cấu tạo bởi các liên kết giữa các axit humic, fulvic và các khoáng sét trong đất Humin màu đen, không tan trong dung dịch kiềm và axit, có phân tử lượng lớn, rất bền vững trong đất, cây trồng không sử dụng được Như vậy humin gồm nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau, chúng phân biệt với các nhóm khác chủ yếu bởi tính chất không hòa tan trong môi trường axit lẫn môi trường kiềm (Александрова,

1980, 1981; Орлов, 1992)

1.1.3 Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ và hình thành mùn trong đất

Chất hữu cơ chứa chất dinh dưỡng còn mùn lại có tác dụng bảo vệ chất dinh dưỡng để cung cấp dần dần chất dinh dưỡng cho cây trồng và nâng cao hệ

số sử dụng chất dinh dưỡng, nâng cao tính hoãn xung, bảo vệ đất khỏi bị ô nhiễm kim loại nặng vì tạo chelat làm kim loại nặng kém linh động trong đất

Sự chuyển hoá xác hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học phức tạp, có sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, giun đất, 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 đổi thành những hợp chất có hoạt tính cao hơn Trong bước phân giải đầu một phần những hợp chất này được khoáng hoá hoàn toàn thành 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 Cuối cùng hình thành những hợp chất hữu cơ 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 rất chậm Như vậy xác hữu cơ trong đất chịu sự tác động của 2 quá trình song song tồn tại, là quá trình khoáng hoá và quá trình mùn hoá xác hữu cơ Tuỳ theo điều kiện đất, khí hậu, thành phần xác sinh vật mà một trong hai quá trình ấy chiếm

1.1.3.1 Quá trình khoáng hoá xác hữu cơ

Khoáng hoá là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ tạo thành các hợp chất khoáng đơn giản, sản phẩm cuối cùng là những hợp chất tan và khí

- Ðặc điểm của quá trình khoáng hoá xác hữu cơ

Khoáng hoá từ từ

Theo Alexandrova (1980) quá trình khoáng hoá xác hữu cơ trong đất xảy

ra theo 3 giai đoạn:

+ Các hợp chất hoá học phức tạp, thành phần cơ bản của xác hữu cơ gồm: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, nhựa chịu tác động của các men có trong bản thân xác hữu cơ và do vi sinh vật đất tiết ra thuỷ phân thành các sản phẩm có cấu tạo đơn giản hơn: đường hexoza, pentoza, sacaroza, xenluloza, axit amin mạch vòng và mạch thẳng, amit, các gốc purin và pirimidin, axit uronic, axit béo, glixerin, polyphenol,

+ Do tác dụng của các phản ứng oxi hoá khử, khử amin, khử cacboxyl, các sản phẩm của giai đoạn 1 tiếp tục bị biến đổi thành các axit hữu cơ mạch vòng và mạch thẳng, axit vô cơ, axit béo, axit hữu cơ bay hơi, axit không no, andehit, rượu, các sản phẩm oxi hoá khử dạng phenol, quinol

+ Giai đoạn khoáng hoá hoàn toàn:

* Trong điều kiện hảo khí các sản phẩm trung gian trên bị biến đổi hoàn toàn thành các sản phẩm: R3PO4, R2SO4, RNO2, RNO3, H2O, CO2 (R là gốc kim loại hóa trị 1)

* Trong điều kiện yếm khí sản phẩm cuối cùng tạo thành từ các sản phẩm trung gian bao gồm: NH3, H2O, CH4, H2, N2, H2S, PH3

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá

+ Nhiệt độ và độ ẩm: Quá trình khoáng hoá cần điều kiện thoáng khí, nước, nhưng nếu độ ẩm cao thì quá trình yếm khí chiếm vai trò chủ đạo Ở các điều kiện

ẩm độ khoảng 70%, đủ ánh sáng, nhiệt độ 25˚-30˚C là thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật hảo khí, do đó khoáng hoá xảy ra mạnh mẽ Những điều kiện này thích hợp với đất có nhiệt độ, ẩm độ như ở Việt Nam, cho nên ở nước ta các quá trình khoáng hoá rất mạnh, phân giải ra nhiều chất dinh dưỡng cho cây trồng, nhưng đồng thời chất hữu cơ và mùn trong đất bị phá huỷ nhanh chóng làm cho đất không nhiều mùn và ít đạm

+ Tính chất đất: đất có thành phần cơ giới nhẹ, tơi xốp, thoát nước, pH trung tính là môi trường thích hợp cho hệ vi sinh vật hảo khí hoạt động phân giải

chất hữu cơ, quá trình khoáng hóa sẽ chiếm ưu thế, do đó đối với đất có thành phần cơ giới nhẹ, cần có biện pháp giảm tốc độ khoáng hoá

+ Đặc điểm xác hữu cơ: Khoáng hoá mạnh nhất là các loại đường, tinh bột, sau đó đến protit, hemixeluloza và xenluloza, bền vững hơn cả là linhin, sáp, nhựa Các loại cây thân thảo, cây non, cây lá to giàu đường, C/N thấp, … thường phân giải dễ hơn, quá trình khoáng hóa diễn ra nhanh và mạnh hơn (Lê Thanh Bồn, 2009)

1.1.3.2 Quá trình mùn hóa xác hữu cơ

Mùn hoá là quá trình tổng hợp những sản phẩm phân giải xác hữu cơ dẫn đến sự hình thành những hợp chất mùn

Mùn là những hợp chất hữu cơ cao phân tử phức tạp bao gồm nhiều đơn

vị cấu tạo khác nhau, chúng được nối với nhau bằng các cầu nối Mỗi đơn vị cấu tạo bao gồm nhân vòng, mạch nhánh, chúng chứa nhiều nhóm định chức khác nhau và có tính axit (Орлов , 1990)

Dragunop đã đưa ra sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic (hình 1.2)

C HOOC

H

CH N

C O

C H

H O HO

C O

H O

OH

O O

Ngày nay, người ta thống nhất rằng mùn được cấu tạo từ protit, linhin, tanin

và nhiều thành phần khác nhau của xác sinh vật Nhưng bản chất của quá trình mùn hoá có 2 quan điểm chính mang tính hoá học và sinh hoá học về sự hình

thành mùn (Кононова, 1968; Александрова, 1980; Орлов, 1990)

+ Theo quan điểm hoá học sự hình thành mùn trải qua một loạt những phản ứng hoá học đơn thuần, mà không có sự tham gia của vi sinh vật Ðại diện

cho quan điểm này là Vacsman, F Scheffer, Vacsman (Mỹ) cho rằng hạt nhân mùn được hình thành do linhin kết hợp với các chất khoáng kiềm trong đất, sau đấy các phản ứng oxy hoá đã kết gắn thêm các axit hữu cơ khác và hình thành mùn Hoặc theo Scheffer axit humic có thể được hình thành theo con đường sinh hoá mà cũng có thể bằng con đường hoá học đơn thuần Bằng con đường hoá học, axit humic được tạo thành từ các phenol, quinol và aminoaxit qua các phản ứng oxi hoá và trùng hợp Quan điểm hoá học ngày càng ít được các nhà nghiên cứu về mùn ủng hộ

+ Theo quan điểm sinh hoá: mùn nhất thiết phải là sản phẩm phân giải xác hữu cơ và tổng hợp những hợp chất được phân giải của vi sinh vật đất, những phản ứng xảy ra trong quá trình tạo mùn là những phản ứng sinh hoá, dưới tác động của các men do vi sinh vật tiết ra Quan điểm này được nhiều nhà nghiên cứu đất nổi tiếng trình bày một cách hệ thống: Traxov, Docutraiev, Viliam, Tiurin, Kononova, Alekxandrova và các học giả phương tây khác: Posong, Bestremio, Sephe, Laatso, Baso, Focsaito, Piusk, Alison, Quan điểm này ngày càng được nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ Đây là quan điểm đúng đắn

Bước 3: cuối cùng là các phức trùng hợp lại tạo thành các phân tử mùn

- Cấu tạo của hợp chất mùn: phân tử mùn hình thành được xem như một chuỗi xích, gồm nhiều mắt xích khác nhau, chúng được nối với nhau qua các cầu nối Mỗi mắt xích là một liên kết hợp chất, trong mỗi liên kết này, không nhất thiết phải có sự tham gia của tất cả bốn hợp chất chính (protit, gluxit, lipit, linhin

- tanin) nhưng nhất thiết phải có nhân vòng, mạch nhánh, trong đó bao gồm cả các nhóm định chức khác nhau

1.1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành mùn trong đất

Điều kiện hình thành mùn quyết định đặc điểm của mùn, do đó nó có ảnh hưởng rõ rệt đến các tính chất của đất

+ Độ ẩm: Độ ẩm thích hợp cho quá trình mùn hóa là trên 70% Trong điều kiện khô hạn quanh năm, tốc độ mùn hoá chậm, nhưng nếu thường xuyên ngập nước, mùn hoá thực hiện dưới tác động của vi sinh vật yếm khí sẽ sinh ra những axit hữu cơ và các chất khử (CH4, H2S, .), những chất này kìm hãm sự hoạt động của vi sinh vật làm cho tốc độ mùn hoá chậm lại và xác hữu cơ biến thành than bùn Đất có độ ẩm cao thường hình thành mùn thô Đất thoáng khí có độ ẩm thích hợp thường hình thành mùn nhuyễn

+ Chế độ nhiệt: Nhiệt độ thích hợp cho quá trình mùn hoá là 25 - 30C Trong điều kiện có mùa ẩm và mùa khô xen kẽ, thì mùn được tích luỹ nhiều nhất Trong mùa ẩm nóng, hảo khí, khoáng hoá chiếm ưu thế, đến mùa khô và lạnh các hợp chất hữu cơ đã hình thành khi phân giải trong mùa ẩm được vi sinh vật chuyển hoá, trùng hợp lại, tạo thành mùn

+ Thành phần và sự hoạt động của vi sinh vật: Nhiều nghiên cứu đã chứng

tỏ hoạt động sinh học đất quá mạnh hoặc quá yếu đều không làm tích luỹ nhiều mùn Mùn được tích luỹ nhiều nhất ở những đất có số lượng vi sinh vật trung bình (số lượng này gọi là chỉ tiêu sinh học đất tính bằng số vi sinh vật/1 gam mùn đất) như đối với các loại đất đen (chernozem) (Орлов, 1990)

+ Tính chất đất: ở đất sét và sét pha, quá trình phân giải xác hữu cơ có chậm hơn so với ở đất cát và cát pha, song mùn lại được tích luỹ nhiều hơn vì khoáng hoá trong đất sét, sét pha yếu hơn, các phần tử sét trong đất cũng liên kết

và giữ mùn tốt hơn pH trung tính là môi trường thích hợp cho hệ vi sinh vật mùn hóa hoạt động tốt Đất chua thì hình thành mùn chua, tính chất gắn kết kém Ðất chứa nhiều Ca++, Mg++ thì mùn được tích lũy nhiều hơn, vì Ca++, Mg++ vừa tạo phản ứng trung tính, vừa cung cấp chất dinh dưỡng tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động, vừa tạo liên kết tốt với mùn tạo những hợp chất bền vững giữ mùn trong đất Nhóm keo khoáng giữ mùn tốt hơn cả là momorilonit và vecmiculit

+ Đặc điểm xác hữu cơ: Các loại cây thân thảo, cây non, cây lá to giàu đường, tinh bột, protit, lipit, tỉ lệ C/N thấp (<25), quá trình hình thành mùn nhanh hơn và tạo thành mùn nhuyễn Ngược lại với cây thân gỗ lâu năm, cây lá kim, cây bụi gai chứa nhiều xenlulo, giàu linhin, sáp, nhựa, tỉ lệ C/N cao cho ra nhiều mùn thô (Lê Thanh Bồn, 2009)

1.1.4 Vai trò của chất hữu cơ và mùn trong đất

Chất hữu cơ và mùn có vai trò rất quan trọng đối với tất cả quá trình xảy

ra trong đất, với hầu hết các tính chất lý, hoá, sinh của đất và tạo khả năng sản xuất cho đất, thể hiện ở những điểm sau:

1.1.4.1 Ðối với quá trình hình thành và tính chất đất

- 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

- Với lý tính đất: 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 tốt, bền vững, từ đó ảnh hưởng đến toàn bộ lý tính đất như chế độ nước (chất hữu cơ và mùn có tác dụng làm cho nước mưa hay nước tưới thấm vào đất được thuận lợi hơn và giữ được nhiều nước hơn cho đất, đồng thời lại giảm được sự bốc hơi nước từ đất, tiết kiệm được nước tưới, đồng thời cũng hạn chế nước chảy trên bề mặt, làm giảm quá trình rửa trôi, xói mòn đất); chế độ khí, chế độ nhiệt (chất hữu

cơ sau khi thành mùn có màu thẫm làm tăng khả năng hấp thu, điều tiết nhiệt cho đất và giữ nhiệt tốt hơn); các tính chất vật lý phổ biến của đất, việc làm đất cũng

dễ dàng hơn, cải thiện được thành phần cơ giới của đất (chất hữu cơ và mùn là những chất có tác dụng làm cho đất có thành phần cơ giới nặng vốn yếm khí trở nên xốp hơn và thoáng khí hơn, còn đất có thành phần cơ giới nhẹ vốn quá nhiều không khí trở nên chặt hơn, có chế độ khí tốt hơn), nhờ đó mà nếu đất giàu chất hữu cơ người ta có thể trồng trọt tốt cả nơi đất có thành phần cơ giới quá nặng hoặc quá nhẹ

- Với hoá tính đất: 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 của đất, làm cho đất có khả năng giữ và điều tiết nước và phân cao, đảm bảo cho các phản ứng hoá học và ôxy hoá khử xảy ra trong đất mà không gây hại tới cây trồng, tạo khả năng trồng trọt và thâm canh cây trồng tốt hơn cho đất Mùn còn tăng cường hiệu lực của phân khoáng (tạo thuận lợi cho việc hút thức ăn qua tế bào rễ), tạo cho đất có thể chịu được lượng phân khoáng cao để thâm canh đạt hiệu quả sản xuất cao Mùn có thể kết hợp với lân thành phức hệ lân mùn, giữ lân ở trạng thái dễ tiêu đối với cây, mặc dù đất chua hay kiềm Mùn còn có khả năng kết hợp với các chất dinh dưỡng hoà tan thành các phức hệ hữu cơ-vô cơ, làm giảm khả năng rửa trôi các chất này và việc hấp thụ các nguyên tố kim loại nặng vào cây, nên có tác dụng hạn chế sản phẩm nông nghiệp bị “nhiễm bẩn kim loại nặng”

1.1.4.2 Đối với sinh vật

- 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 và mùn 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, S, Ca, Mg và các nguyên tố vi lượng, trong đó đặc biệt là N Chất hữu cơ được khoáng hoá nhanh thành các chất trung gian và chất dinh dưỡng khoáng cung cấp cho cây, còn mùn tuy chứa nhiều dinh dưỡng nhưng sẽ khoáng hoá dần dần (với tốc độ 1-3% năm) giải phóng N và các chất dinh dưỡng dễ tiêu cho cây

+ Chất hữu cơ còn là nguồn lớn cung cấp CO2 cho thực vật quang hợp

+ Trong quá trình phân giải của chất hữu cơ trong đất, giải phóng ra nhiều axit H2CO3, tạo khả năng hoà tan được các chất dinh dưỡng khó tan trong đất để cung cấp cho cây Axit humic của mùn còn là chất kích thích sinh trưởng và là chất kháng sinh chống chịu bệnh đối với cây (tác dụng chủ yếu là nhờ nhân polyphenol của mùn) Horistreva cho rằng nồng độ dung dịch thật của axit humic ở nồng độ một vài phần nghìn, phần vạn có tác dụng kích thích sinh trưởng thực vật,

nhưng nếu tăng đến một vài phần trăm thì trái lại có tác dụng kìm hãm sinh trưởng (Dẫn theo Trần Văn Chính và cs., 2006)

+ Chất hữu cơ đất chứa một số chất có 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,

1.1.4.3 Chất hữu cơ đất có tác dụng duy trì bảo vệ đất

- Chất hữu cơ chứa các hợp chất kháng sinh cho thực vật chống lại sự phát sinh sâu bệnh và là môi trường rất tốt làm tăng hoạt tính của hầu hết vi sinh vật đất

- Tăng cường sự phân giải của vi sinh vật hoặc xúc tác cho sự phân giải các thuốc bảo vệ thực vật trong đất

- Cố định các chất gây ô nhiễm trong đất, làm giảm mức độ dễ tiêu của các chất độc cho thực vật

1.1.5 Tình hình nghiên cứu chất hữu cơ và mùn

1.1.5.1 Những nghiên cứu trên thế giới

Chất hữu cơ đã được nghiên cứu ở rất nhiều nơi: cả đồng bằng và đồi núi Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã có những mô hình thực nghiệm khảo sát dài hạn

và trung hạn ngoài thực địa cũng như trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu, đánh giá hàm lượng và chất lượng chất hữu cơ trong đất

Lomonosov (1763) cho rằng đất giàu mùn thường có màu đen và đó chính là kết quả phân giải động, thực vật vùi trong đất dưới tác dụng của vi sinh vật Komow (1789) đã nghiên cứu vai trò của mùn đối với dinh dưỡng cây trồng và những ảnh hưởng của nó đến khả năng thấm và giữ nước cho đất (Dẫn theo Vũ Thị Kim Thoa, 2001)

Những nghiên cứu về mùn đất trong thế kỷ 20 đã bắt đầu có hệ thống cả về tính chất, cấu tạo cũng như vai trò của chúng đối với dinh dưỡng cây trồng và độ

phì nhiêu đất Shoreya et al (1908-1911) đã nghiên cứu các hợp chất mùn như

chất béo, axit hữu cơ, hydro các bon, hợp chất chứa N, P, (Dẫn theo Vũ Thị Kim Thoa, 2001) Oden (1922) đã hệ thống hóa các hợp chất mùn thành 4 nhóm cụ thể như sau: Các bon hữu cơ, axit humic, axit hymatomelanowy, axit fulvic Ông cũng nghiên cứu các nhóm chức, mật độ quang, tính chất hóa, lý của mùn đất Trên cơ

sở các nghiên cứu đó đã đưa ra kiến nghị cần bón vôi cho đất than bùn

Trong thế kỷ 20 các nhà khoa học đã khẳng định hợp chất mùn là nhóm hữu cơ đặc trưng của phần hữu cơ đất Theo Williams quá trình tạo thành mùn được chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn 1: Phân giải chất hữu cơ thành sản phẩm trung gian và tổng hợp thành hợp chất đơn giản nhất; giai đoạn 2: Tổng hợp những chất hữu cơ đơn giản thành hợp chất phức tạp hơn, tức là tạo thành chất mùn điển hình (dẫn theo Vũ Thị Kim Thoa, 2001) Springer (1935), Пономарева

и Плотникова (1980) cũng đã chứng minh vai trò quan trọng của hợp chất hữu cơ-khoáng đối với sự hình thành đất

Một trong những người có nhiều công trình nghiên cứu về chất hữu cơ nhất trên thế giới là Kononova Bà đã viết nhiều sách về vấn đề này vào những năm 60 của thế kỷ 20 Khi nghiên cứu về mùn trong đất ở Liên Xô (cũ) Kononova (1968) đã chỉ ra rằng: hàm lượng mùn tổng số trong đất khác nhau là

do phụ thuộc vào loại đất Ở tầng mặt, hàm lượng mùn có thể dao động trong khoảng 0,5-1 đến 10-12%, thậm chí ở một số loại đất hàm lượng này có thể cao hơn Quá trình sản xuất ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất Với những nơi trình độ canh tác của người dân thấp chất lượng mùn sẽ giảm Thành phần mùn của các loại đất khác nhau cũng khác nhau và được thể hiện chi tiết ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần mùn ở tầng mặt của đất Liên Xô (cũ)

Đất xám rừng 4,0 – 6,0 25- 30 25 – 27 1 30 – 35 Đất đen 9 – 10 35 20 1,7 30 – 35 Đất màu hạt dẻ 3 – 4 30 – 35 20 1,5 – 1,7 30 - 35 Đất xám điển hình 1,5 – 2 20 – 30 25 – 30 0,8 – 1 25 – 35 Đất xám sáng 0,8 – 1 17 – 23 25 – 35 0,7 25 – 35 Đất đỏ 4 – 6 15 – 20 22 – 28 0,6 – 0,8 35 – 38 Đất nâu rừng 4 – 8 25 – 30 30 – 35 0,7 – 0,9 30 -38

Nguồn: Kononova (1968)

Tỷ lệ giữa các thành phần mùn phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện của quá trình hình thành đất và đặc trưng của các loại đất Bảng số liệu trên cho thấy: đất đen có hàm lượng mùn cao nhất, tỷ lệ CH/CF đạt 1,7, hàm lượng axit humic cao hơn axit fulvic Hàm lượng humic đạt khá cao (35%), chất lượng đất khá tốt Hàm lượng mùn còn phụ thuộc vào loại hình sử dụng đất: đất dưới tán rừng luôn

có hàm lượng chất hữu cơ và mùn cao nhất

Tiurin cũng là người có nhiều đóng góp trong việc nghiên cứu về mùn đất Ông cho rằng đặc điểm cơ bản của sự mùn hoá là những phản ứng sinh hoá, oxy hoá dần dần những hợp chất cao phân tử có mạch vòng khác nhau, trong đó protein, linhin đóng vai trò quan trọng Những phản ứng oxy này xảy ra khi phân giải các tàn dư thực vật dưới ảnh hưởng của oxy không khí, men oxydaza và các chất xúc tác vô cơ khác (Тюрин, 1937, 1965)

Theo Stevenson (1982, 1990) chất hữu cơ có vai trò rất quan trọng đối với đất đai và cây trồng Cùng với sự tích lũy chất hữu cơ, đất trở nên có khả năng sản xuất nhờ thuộc tính độ phì nhiêu hay khả năng cung cấp điều kiện sống và thỏa mãn nhu cầu về nước, không khí và chất dinh dưỡng cho thực vật Chất hữu

cơ đất bị mất làm cho đất trở nên cứng chắc và do đó dẫn đến khả năng giữ nước, thấm nước đều kém

Việc tăng tích trữ các bon hữu cơ trong đất làm tăng hoạt tính sinh học đất, dần dần làm tăng độ xốp và giảm dung trọng đất (Kay, 1998)

Theo Trần Kông Tấu (2005) thì Jenkison et al (1987) và Mayer et al

(1994) cũng cho biết có sự liên quan chặt chẽ giữa các chất hữu cơ với hàm lượng khoáng sét trong đất Baldock và Skjemstad (2000) đã xem mức độ bền vững của các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào các yếu tố hoá học, sinh học và cấu trúc đất Gedroitz đặc biệt chú ý tới các chất hữu cơ, ông cho rằng phần hữu

cơ của phức hệ hấp thu là phần phân tán mạnh nhất, vì vậy chúng chiếm một vai trò quan trọng đặc biệt trong quá trình hình thành cấu trúc đất Antipov-Karataev

và cộng sự đã chứng minh rằng khi tách axit humic và axit fulvic thì những đoàn lạp bền trong nước bị phá hủy

Theo Michael (2001) chất mùn cải thiện cấu trúc đất, có tác dụng gắn kết các hạt keo đất lại với nhau, tạo nên cấu trúc bền vững, làm cải thiện độ xốp của

đất, hạn chế sự rửa trôi, xói mòn đất và tạo điều kiện cho cây trồng hấp thu các chất dinh dưỡng dễ hơn Sự liên kết của axit humic và Ca2+ tạo thành humat canxi không hòa tan vào nước tồn tại ở dạng gel, tạo thành màng mỏng bao quanh các hạt đất, kết gắn chúng với nhau tạo nên kết cấu viên bền vững

Ở vùng á nhiệt đới, chặt phá rừng và chuyển sang trồng cỏ làm mất đáng

kể các bon hữu cơ của đất (Brown et al., 1994) Tuy vậy, ở vùng nhiệt đới việc

trồng cỏ có thể duy trì, thậm chí làm tăng được hữu cơ, đặc biệt khi trồng các loại

cỏ có sinh khối dưới mặt đất lớn (Feigl et al., 1995) Trong khi đó, Murty et al

(2002) lại cho rằng ở vùng khí hậu nhiệt đới không có khuynh hướng thay đổi về hàm lượng các bon hữu cơ trong đất khi chuyển từ đất rừng sang đất đồng cỏ

Gajic et al (2006) cho rằng so với đất rừng tự nhiên có thảm thực vật (trên 100

năm tuổi) hàm lượng hữu cơ tầng đất mặt trên đất canh tác giảm 2,5 lần và đoàn lạp bền (đường kính từ 0,25 mm đến 10 mm) giảm 2 lần

Krull et al (2002) cũng cho rằng: ở đất nhiệt đới do kết quả của quá trình

khoáng hoá mạnh, chất hữu cơ phân giải nhanh nên có hàm lượng chất hữu cơ thấp Sự khoáng hóa các dạng hữu cơ trong đất phụ thuộc vào việc thay đổi hình thức sản xuất, kỹ thuật canh tác, sự thay đổi các sinh vật làm thay đổi sinh khối,

số lượng và chất lượng hợp chất hữu cơ, đặc biệt quá trình khoáng hoá lại biến

động lớn theo không gian và thời gian (Schewendenmann et al., 2007)

Maria (2004) khẳng định: “Chất hữu cơ trong đất vẫn có vai trò cốt yếu trong nông nghiệp hiện đại: Nó tạo điều kiện đất tối ưu, cho phép cây trồng phát triển hoàn toàn để tạo khả năng sinh lợi tiềm tàng Chất hữu cơ là bể chứa các bon, tạo cơ sở bền vững cho cả nông nghiệp và môi trường” Tuy nhiên tác giả đã khuyến cáo không phải bổ sung chất hữu cơ lúc nào cũng tốt, mà phải căn cứ vào

sự cố định nitơ và quá trình ổn định của chất hữu cơ, nếu chất hữu cơ không ổn định có thể dẫn đến sự giảm oxy và sinh ra các chất trung gian độc hại

Adekalu et al (2007) cho rằng chất hữu cơ là thành phần cũng như vật

chất trung chuyển cần thiết và chi phối nhiều đặc tính lý, hóa và sinh học đất Đặc biệt, chất hữu cơ có vai trò quan trọng đối với việc tạo kết cấu và đoàn lạp đất do: tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp môi trường sống đa dạng cho vi sinh vật; cung cấp đủ oxy cho rễ cây và vi sinh vật đất; hạn chế xói mòn Chất hữu cơ có

khả năng giữ nước tốt hơn phần khoáng của đất Chất hữu cơ làm giảm khả năng

hình thành lớp váng trên mặt đất Trong khi đó, Franzluebbers et al (2000) lại

xác nhận rằng chất hữu cơ có tác động trực tiếp tới dung trọng đất vì tỷ trọng của các hợp chất hữu cơ nhỏ hơn tỷ trọng của khoáng vật Thêm vào đó các chất hữu

cơ thường làm tăng đoàn lạp đất và tạo ra mao dẫn ổn định thông qua hoạt động của sinh vật đất

Nghiên cứu của Shan (2008) về sự tích luỹ chất hữu cơ trong đất trồng lúa

mì và lúa nước đã tập trung vào 3 vấn đề chính: sự tích luỹ chất hữu cơ dưới 2 loại hình sử dụng đất này; sự tích luỹ và chuyển hoá chất hữu cơ trong đất; mối liên hệ giữa sự tích luỹ chất hữu cơ trong đất và tỷ lệ C:N trong rạ lúa mì và lúa nước Tỷ lệ C:N trong rạ lúa mì là 82,72, trong rạ lúa nước là 42,52 Như vậy hàm lượng các bon hữu cơ tổng số trong thân lúa mì cao hơn rất nhiều so với lúa nước Tác giả đã tiến hành nghiên cứu các mẫu đất trên 2 loại hình sử dụng đất này sau 3 vụ liên tiếp Kết quả là hàm lượng chất hữu cơ trong đất sau 3 vụ đã tăng lên 5-10%, hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng lúa mì cao hơn so với đất trồng lúa nước

Bruun et al (2010) đã cho thấy ở đất nhiệt đới khoáng sét và hàm lượng

của các hydroxyt Fe và Al có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của các bon hữu cơ, trong khi hàm lượng sét lại không liên quan đến sự ổn định các bon hữu cơ khi so sánh giữa các khoáng sét khác nhau Độ không ổn định của các bon hữu cơ thấp nhất ở đất alophan và cloritic, cao hơn ở đất kaolinitic và cao nhất ở đất smectit Kết quả này trái ngược với những nhận định thông thường cho rằng dung lượng của smectit lớn hơn kaolinit để ổn định các bon hữu cơ đất Nghiên cứu này không nhất trí với quan điểm thông thường cho rằng khả năng ổn định hóa của hai khoáng sét thường được thấy ở vùng nhiệt đới và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cần nghiên cứu đánh giá thêm quá trình ổn định của các bon hữu cơ ở đất smectit và kaolinit và ảnh hưởng của các thông số này

Nhìn chung về mặt số lượng chất hữu cơ, chỉ tiêu cơ bản nhất để đánh giá là

tỷ lệ % OC (các bon hữu cơ tổng số) hoặc tỷ lệ % mùn hoặc OM (chất hữu cơ tổng

số = OC x 1,72) so với đất khô kiệt Giá trị các chỉ tiêu này càng cao thì đất càng tốt

Thang đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong đất (phân tích theo Walkley-Black) của Siderius (1992) được thể hiện trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn đánh giá hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất

là những chỉ tiêu quan trọng về hình thái có liên quan đến số lượng chất hữu cơ

và mùn của đất

Về chất lượng mùn được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

+ Mùn nhuyễn, mùn thô: chất hữu cơ đất được chia làm 2 phần:

- Phần 1 là xác hữu cơ chưa được phân giải hoàn toàn mà một số tác giả gọi là mùn thô Chúng tích tụ trên mặt đất, thường không hoặc ít được trộn lẫn với phần đất dưới Phần hữu cơ này chất lượng kém (ít chất dễ tiêu, chua, tỷ lệ C/N cao) Muốn tăng chất lượng phải qua một quá trình phân giải Mùn thô được hình thành ở nơi nhiệt độ thấp, dưới thảm rừng cây lá kim, có phản ứng chua (vùng núi cao) và ở những nơi úng nước thông khí kém, thành phần cơ giới nặng (đất lầy thụt, đất chiêm trũng, )

- Phần 2 là xác hữu cơ đã được phân giải hoàn toàn mà nhiều tác giả gọi là mùn nhuyễn Phần này có chất lượng tốt và được trộn đều vào đất, cho nên ở đất nào tỷ lệ phần 2 lớn tức là chất lượng đất tốt hơn

+ Tỷ lệ C/N cũng là chỉ tiêu quan trọng góp phần đánh giá chất lượng chất hữu cơ đất Tỷ số này càng thấp chất lượng càng tốt, nó chứng tỏ xác hữu cơ được phân giải mạnh, giải phóng nhiều đạm là nguyên tố mà vi sinh vật hấp thụ

để tổng hợp các hợp chất chứa đạm và là nguyên tố cần thiết cho dinh dưỡng của cây trồng Tỷ lệ C/N trong đất dao động trong khoảng 8 - 20

+ Tỷ lệ

f a C

h a C

.

.

, tỷ lệ này càng cao chất lượng mùn càng tốt (Trần Văn

Chính và cs., 2006)

1.1.5.2 Những nghiên cứu ở Việt Nam

a) Đánh giá số lượng, chất lượng chất hữu cơ và mùn trong đất

So với nhiều nước trên thế giới, nghiên cứu cơ bản chất hữu cơ ở Việt Nam tuy còn hạn chế nhưng những nghiên cứu ứng dụng cũng rất đa dạng Đã có một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa học thổ nhưỡng nghiên cứu về chất hữu cơ

và phương pháp tăng cường chất hữu cơ cho đất

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, thực vật phong phú và tươi tốt quanh năm, lượng chất hữu cơ được tạo ra trên một đơn vị diện tích hàng năm rất lớn, tàn dư thực vật để lại cho đất khác nhau giữa đất hoang, đất trồng trọt và đất rừng Quá trình mùn hoá diễn ra nhanh, song quá trình khoáng hoá cũng rất mạnh dẫn đến chất hữu cơ nói chung, mùn nói riêng bị phân giải nhanh chóng Bên cạnh

đó, các quá trình feralit, quá trình xói mòn, rửa trôi và việc sử dụng đất không hợp lý

ở một số nơi đã ảnh hưởng rất lớn tới số lượng cũng như chất lượng chất hữu cơ và mùn trong đất (Tôn Thất Chiểu và Lê Thái Bạt, 1998)

Castagnol, Fridland, Tôn Thất Chiểu, Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm, Orlov, Ngô Văn Phụ, Đỗ Đình Sâm, đã có những nghiên cứu tập trung vào các hướng: Hàm lượng chất hữu cơ trong đất; thành phần chất hữu cơ, những biến đổi của chất hữu cơ theo thời gian và tác động của con người qua các biện pháp canh tác (Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000)

- Ở đất feralit đỏ thẫm, hàm lượng mùn trong đất giảm theo chiều sâu phẫu diện từ từ hơn Nguyên nhân là do lý tính của loại đất này xốp hơn, do đó rễ cây ăn sâu xuống hơn, mà rễ lại là nguồn sinh khối chủ yếu để tạo thành mùn

- Đối với đất feralit trồng lúa nước, hàm lượng chất hữu cơ và mùn thường mất nhanh hơn không chỉ ở tầng đất trên mà còn xảy ra ở những tầng sâu hơn

- Đối với đất feralit mùn trên núi, phần nhiều diện tích này có rừng, nên tầng đất mặt có chứa nhiều mùn Đây là dạng mùn thô, càng xuống sâu thì lượng mùn càng giảm nhanh

- Đất mùn trên núi là loại đất có hàm lượng mùn lớn nhất trong các loại đất Việt Nam Đặc điểm nổi bật của loại đất này là ở tầng mặt hàm lượng mùn rất cao,

do rễ cây chỉ tập trung chủ yếu ở độ sâu 0- 30 cm Thêm vào đó do độ ẩm cao và nhiệt độ thấp xác thực vật trong đất phân giải chậm

Trên thực tế hàm lượng hữu cơ và mùn biến động rất lớn giữa các loại đất,

nhìn chung các loại đất nông nghiệp có hàm lượng hữu cơ và mùn không cao

Công trình “Nghiên cứu tính chất đất đỏ vàng và biện pháp cải tạo” của Lương Đức Loan và Nguyễn Tử Siêm (1979) chỉ ra: đa số đất feralit do chịu ảnh hưởng của quá trình phân giải mạnh nên hàm lượng mùn không cao, ở những nơi còn rừng thì chất hữu cơ còn khá lớn Trong thành phần mùn chủ yếu ở dạng tự

do và liên kết bền vững với R2O3 dễ di động hơn, còn humat canxi rất ít hoặc không có Do vậy, phần lớn đất Việt Nam có tỷ lệ C axit humic/C axit fulvic < 1 (trừ đất đen), chất lượng mùn xấu, đất chua Đồng thời trong phẫu diện đất tỷ lệ

C axit humic/C axit fulvic giảm theo chiều sâu phẫu diện Điều này chứng tỏ axit fulvic di động mạnh hơn axit humic

Theo Thái Phiên (2000), đa số đất đồi núi của nước ta có hàm lượng chất hữu cơ 1 - 2%, có khoảng 20% diện tích đất có hàm lượng chất hữu cơ < 1% Ðất

có hàm lượng chất hữu cơ và mùn cao nhất là các đất trên núi cao, quanh năm mây mù che phủ, hoặc đất lầy thụt quanh năm ngập nước, các đất này có hàm lượng OM  6% Ðất nghèo chất hữu cơ nhất là các đất cát hoặc đất bạc màu, các đất này có OM  1% (Trần Văn Chính và cs., 2006)

Nghiên cứu của Nguyễn Xuân Cự (2005) trên nhiều loại đất khác nhau cho thấy: đất phù sa sông Hồng trung tính ít chua, đất phù sa chua sông Cửu Long, đất phèn ở Minh Hải (cũ), đất xám bạc màu ở Quảng Nam, đất cát ở Ninh Thuận, Bình Thuận, đất xám ở Hà Tây (cũ) cho thấy: đất phèn ở Minh Hải (cũ)

và đất phù sa chua sông Cửu Long có hàm lượng C hữu cơ cao nhất, lần lượt là 3,34 và 3,28% Đất xám bạc màu ở Quảng Nam và đất cát ở Ninh Thuận, Bình Thuận có hàm lượng hữu cơ thấp, chỉ đạt 0,79 và 0,67% Hàm lượng C hữu cơ ở đất phù sa sông Hồng trung tính ít chua đạt 1,61%, ở đất xám tỉnh Hà Tây (cũ) là 1,58% Trong tổng số 63 mẫu nghiên cứu có 27% số mẫu có hàm lượng C hữu cơ nhỏ hơn 1,0%, 52% số mẫu đạt 1,0 - 2,0% Nguyên nhân làm đất cát và đất xám bạc màu có hàm lượng C tổng số thấp còn đất phù sa chua, đất phèn có hàm lượng C cao là do ở đất cát và đất xám bạc màu có quá trình khoáng hóa rất mạnh nên chất hữu cơ ít được tích lũy trong đất; ở đất phù sa chua và đất phèn chịu tác động của việc bón phân hữu cơ trong thâm canh lúa, lại trong điều kiện đất chua đã làm quá trình phân huỷ hữu cơ diễn ra chậm hơn

Bảng 1.4 Hàm lƣợng mùn của một số loại đất Việt Nam