Ảnh hưởng của chế độ ngập nước đến động thái thế ôxi hóa khử, độ ph và phát thải mêtan ở đất trồng lúa thuộc xã kim chung, huyện hoài đức hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN VĂN ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NGẬP NƯỚC ĐẾN ĐỘNG THÁI THẾ ÔXI HOÁ - KHỬ, ĐỘ pH VÀ PHÁT THẢI MÊTAN Ở ĐẤT TRỒNG LÚA THUỘC XÃ KIM CHUNG HUYỆN HOÀI ĐỨC - HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS VĂN HUY HẢI Hà Nội – 2010 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu bảo tận tình TS Văn Huy Hải, luận văn hoàn thành Nhân dịp xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Văn Huy Hải, khoa Môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại Học Quốc Gia Hà Nội Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô Khoa Môi trường - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô phòng Sau đại học –Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Việt Anh, chủ nhiệm đề tài “ Nghiên cứu chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính điều kiện không làm giảm suất lúa” tạo điều kiện giúp đỡ trình thực thí nghiệm phòng đồng ruộng Cuối xin gửi đến gia đình, bạn bè người động viên giúp đỡ trình thực tập, nghiên cứu thời gian thực đề tài lời cảm ơn chân thành Hà Nội, ngày 10/10/2010 Học viên Nguyễn Văn Định MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….……1 Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số vấn đề sinh thái học ruộng lúa nước 1.2 Các tính chất điện hóa đất lúa nước 1.2.1 Động thái ôxi hóa - khử đất ngập nước 1.2.2 Động thái pH đất ngập nước 10 1.3 Sự hình thành phát thải khí mêtan đất trồng lúa nước 13 1.3.1 Sự phân giải chất hữu hình thành CH4 13 1.3.2 Vai trò sinh vật 17 1.3.3 Sự ôxi hóa mêtan 19 1.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến phát thải CH4 19 1.4 Phát thải khí nhà kính gây biến đổi khí hậu 25 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Nội dung nghiên cứu 29 2.3 Phương pháp nghiên cứu 29 2.3.1 Phương pháp thí nghiệm phòng 29 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng 30 2.4 Phương pháp đo đạc, lấy mẫu CH4 36 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 3.1 Động thái Eh 39 3.1.1 Động thái của Eh mô hình thí nghiệm phòng 39 3.1.2 Động thái Eh thí nghiệm đồng ruộng 44 3.2 Động thái pH 45 3.2.1.Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng 45 3.2.2.Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng 48 3.3 Trạng thái tồn Fe, Mn liên quan đến Eh pH…………… .……50 3.4 Ảnh hưởng chế độ nước đến phát thải CH4 vụ xuân 2010 52 3.5 Ảnh hưởng chế độ nước đến suất lúa………………………… …63 3.6 Chế độ nước hợp lý tiềm xây dựng dự án CDM (Clean Development Mechanism) 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………….…….66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Những phản ứng ôxi hóa-khử quan trọng đất Bảng 2.1 Các tiêu khu đất thí nghiệm 31 Bảng 2.2 Các tiêu nước thí nghiệm 34 Bảng 3.1 Động thái Eh công thức thí nghiệm mô hình phòng 40 Bảng 3.2 Động thái Eh công thức thí nghiệm mô hình đồng ruộng 44 Bảng 3.3 Động thái pH công thức thí nghiệm mô hình phòng 46 Bảng 3.4 Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng.……………………………48 Bảng 3.5 Cường độ phát thải CH4 theo phương án vụ xuân 2010 54 Bảng 3.6 Cường độ phát thải CH4 vụ xuân năm 2010 theo đối chứng 55 Bảng 3.7.Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo ĐC 55 Bảng 3.8.Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA1 vụ xuân 2010 58 Bảng 3.9 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo ĐC PA1 58 Bảng 3.10.Cường độ CH4 phát thải trường hợp đối chứng PA2 vụ xuân 2010 60 Bảng 3.11 Lượng phát thải CH4 toàn vụ xuân 2010 theo PA2 60 Bảng 3.12 Các tiêu sinh lý, sinh thái suất lúa vụ xuân 2010 63 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Động thái Eh theo Ponnamperuma,F.N(1985) Hình 1.2 Động thái Eh phương án thí nghiệm nhiệt độ 200C Hình 1.3 Động thái pH số loại đất ngập nước theo Ponnamperuma,F.N(1985) 11 Hình 1.4 Sơ đồ phân hủy xenlulo 14 Hình 1.5 Sơ đồ phân giải hợp chất hữu chứa N 15 Hình 1.6 Quá trình phân hủy chất hữu chuyển hóa lượng 16 Hình 1.7 Đồ thị phát thải CH4 CO2 điều kiện yếm khí .17 Hình 1.8 Động thái nhiệt độ, nước ngập (a d), phát thải CH4 (b d), Eh pH (c f) điều kiện đất ngập nước liên tục không kiên tục 22 Hình 1.9 Động thái Eh đất trồng lúa không trồng lúa theo Tanaka,A 23 Hình 1.10 Quá trình trao đổi ôxy lúa 24 Hình 3.1 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) công thức thí nghiệm phòng .40 Hình 3.2 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT6 thí nghiệm phòng .42 Hình 3.3 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT3 thí nghiệm phòng .42 Hình 3.4 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) CT4 thí nghiệm phòng .43 Hình 3.5 Diễn biến ôxi hóa – khử (Eh) công thức thí nghiệm đồng ruộng .45 Hình 3.6 Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng .46 Hình 3.7 Động thái pH thí nghiệm mô hình phòng theo công thức 47 Hình 3.8 Động thái pH thí nghiệm đồng ruộng 49 Hình 3.9 Giản đồ ổn định Fe 51 Hình 3.10 Giản đồ ổn định Mn .52 Hình 3.11 Diễn biến cường độ CH4 phát thải theo công thức vụ xuân 2010 .54 Hình 3.12 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC 56 Hình 3.13 Quá trình mô phát thải CH4 .57 Hình 3.14 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo PA1 59 Hình 3.15 Mô cường độ CH4 phát thải vụ xuân 2010 theo ĐC PA2 .61 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VỊ BĐKH Biến đổi khí hậu ĐBSH Đồng sông Hồng IPCC Ban liên phủ biến đổi khí hậu IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế KNK Khí nhà kính UNFCCC Công ước khung Liên hợp quốc biến đổi khí hậu KP Nghị định thư Kyoto Eh Thế ôxi hóa khử CT Công thức thí nghiệm ĐC Công thức đối chứng NTX Ngập nông thường xuyên NLP Nông lộ phơi PA1, PA2, PA3 Các phương án thí nghiệm ứng với chế độ nước khác GĐST Giai đoạn sinh trưởng ppm Phần triệu thể tích(khối lượng, số hạt…) ppb Phần tỷ thể tích (khối lượng số hạt…) Gg CO2 Nghìn cacbonic Tg CO2 Triệu cacbonic Pg CO2 Tỷ cacbonic MỞ ĐẦU Trồng lúa nói chung trồng lúa nước nói riêng hệ sinh thái nhân tạo Như I.Watanabe P.A.Roger (1985) nhận định: hệ sinh thái bất ổn định môi trường bị phá hủy thường xuyên, nghiên cứu nước ngập đến động thái số nguyên tố hóa học môi trường đất ý Mặt khác, nghị định thư Kyoto đề cập, sản xuất nông nghiệp đặc biệt trồng lúa nước có tham gia gây nên hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu Tuy nhiên, vấn đề trồng lúa gây nên phát thải khí mêtan (CH4) chưa nghiên cứu rõ ràng, đặc biệt điều kiện Việt Nam Eh, pH tính chất hóa học quan trọng thường nhắc tới nghiên cứu môi trường đất, tài liệu nghiên cứu, Việt Nam, thường đề cập thời điểm định Trong tiêu biến động mạnh theo biến động yếu tố môi trường, đặc biệt chế độ nước ngập Để đánh giá thông số trên, cần nghiên cứu động thái chúng theo thời gian tác động yếu tố môi trường, kể tác động biện pháp bón phân sản xuất lúa Đặc biệt cần nhấn mạnh rằng, Eh pH hai tiêu quan trọng để đánh giá môi trường đất nước Có thể nói hai tiêu định đến tồn chuyển hóa hàng loạt nguyên tố hóa học môi trường đất nước Nắm bắt động thái chúng giúp cho việc đánh giá nhiều nguyên tố hóa học đầy đủ xác hơn, đặc biệt nguyên tố kim loại nặng Fe Mn Giữa hình thành CH4 Eh có mối liên hệ mật thiết Bởi CH4 hình thành điều kiện yếm khí, Eh thấp Mối liên hệ nghiên cứu Việt Nam Như đề cập, trồng lúa gây nên phát thải CH4, vai trò lúa trình phát thải CH4 câu hỏi khó giải đáp Việt Nam mà bình diện quốc tế Xuất phát từ vấn đề nêu trên, đề tài nghiên cứu : “ Ảnh hưởng chế độ ngập nước đến động thái ôxi hóa –khử, độ pH phát thải mêtan đất trồng lúa thuộc xã Kim Chung, huyện Hoài Đức- Hà Nội” đặt với mục tiêu sau đây:  Xác định ảnh hưởng chế độ nước đến động thái Eh  Xác định ảnh hưởng chế độ nước đến động thái pH  Xác định ảnh hưởng chế độ nước vai trò lúa đến động thái phát thải CH4  Đề xuất biện pháp hạn chế phát thải CH4 trồng lúa nước Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số vấn đề sinh thái học ruộng lúa nước Ruộng lúa nước hệ sinh thái nhân tạo thường xuyên bị xáo trộn thói quen canh tác nhổ cỏ, làm đất, tưới tiêu, bón phân, trồng cấy, biện pháp bảo vệ thực vật….và tượng tự nhiên mưa Từ dẫn đến bất ổn định biến động khoảng thời gian ngắn (chu kỳ mùa vụ) Cấu trúc hệ sinh thái ruộng lúa lúa nước: Hệ sinh thái ruộng lúa nước gồm tiểu hệ sinh thái chủ đạo sau: nước ngập, tầng đất bị ôxi hóa bề mặt, tầng đất bị làm ngàu bùn khử (kỵ khí), tầng đất (bị ôxi hóa điều kiện thoát nước tốt bị khử biểu nước cao), thân lúa (bị ngâm nước) hệ rễ Sự biến đổi chất dinh dưỡng đất lúa ngập nước chủ đề nghiên cứu thổ nhưỡng học loại đất Tầng nước ngập bề mặt phân cách đất nước : Trong cánh đồng tưới tiêu, tầng nước ngập môi trường oxicphotic Sự chuyển tiếp tầng nước ngập đất khử anoxic – aphotic hình thành tầng ôxi hóa đất – nước Tầng nước ngập tầng ôxi hóa hình thành tầng ôxi hóa đất – nước Tầng nước ngập tầng ôxi hóa hình thành nên hệ sinh thái liên tục xảy chế liên quan đến độ phì sau:  Cố định nitơ sinh học  Mất N bay NH3 – liên quan đến hoạt động quang hợp thực vật trình khử nitrat nitrat hóa  Bẫy bắt quay vòng vật chất hữu (C) quang hợp loại muối khoáng giải phóng từ đất phân bón  Sự lưu chuyển chất dinh dưỡng từ đất đến nước nhờ thực vật phù du sinh vật tiêu thụ sơ cấp Cường độ phản ứng liên quan trực tiếp đến đặc tính tầng nước ngập hoạt động thực vật Hóa học tầng nước ngập: tính chất hóa học nước đứng phụ thuộc vào tính chất nước đất Tuy nhiên thành phần hóa học biến đổi đáng kể suốt chu kỳ mùa vụ vị trí khác liên quan đến :  Sử dụng phân bón  Những xáo trộn học đất, gây phân tán phần tử nhỏ nước  Sự hòa tan nước mưa nước tưới  Hấp phụ bề mặt đất  Sự phát triển lúa Sự biến đổi hàng ngày xảy chủ yếu hoạt động sinh vật quang hợp gây biến đổi lớn hòa tan khí O2,CO2 pH Khi thực vật phát triển biến đổi hàng ngày trở nên rõ rệt che bóng tán Chu trình dinh dưỡng: Carbon nitơ: Thực vật quang hợp (sinh khối quang hợp) đồng hóa CO2 (CH4 sau bị ôxi hóa thành CO2) thoát từ đất trở lại dạng tế bào tảo cỏ thủy sinh, cần ngăn việc chất hữu dạng CO2 Tương tự cần ngăn chặn việc NH3 hòa tan đất ngập nước Phốt pho: đa số phốt phát hòa tan sử dụng đất ngập nước cố định pha rắn đất Rất tồn tầng ngập nước Việc lưu chuyển phốt từ đất sang nước đứng gồm chế:  Sự xáo trộn học đất biện pháp chăm sóc  Sự phân tán từ đất  Hoạt động thực vật phù du động vật Đất khử: hệ đất khử hầu hết nghiên cứu hệ tách biệt Vùng nước ngập phía trao đổi vật chất với vùng nước ngập thường bị bỏ quên nghiên cứu Vì nghiên cứu tương tác hai hệ (đất khử nước ngập) xem xét kỹ Hệ đất khử đặc biệt trọng đến dòng vào chất hữu :  Rễ phần rơm rạ sót lại sau thu hoạch  Vật chất mà rễ lúa tiết suốt trình sống  Các loại cỏ (thực vật bậc cao)  Tảo (thực vật bậc thấp)  Xác vi sinh vật đất  Bón phân chuồng Đất giàu chất hữu điều kiện ngập nước làm giảm Eh, tạo điều kiện thuận lợi để hình thành CH4 1.2 Các tính chất điện hóa đất lúa nước 1.2.1 Động thái ôxi hóa - khử đất ngập nước a Cơ sở lý thuyết ôxi hóa – khử Theo Trần Ngọc Lan (2008)[4], tự nhiên, trình axit hòa tan khoáng vật, ion kim loại hòa tan nước thủy phân hình thành hidroxit nhiều trình khác trình axit – bazơ liên quan đến chuyển dịch ion H+(hoặc 0H-) Trong đất tồn chất ôxi hóa chất khử, nên trình ôxi hóakhử xảy phổ biến, chất ôxi hóa chất có khả nhận electron, chất khử chất có khả cho electron Mỗi chất ôxi hóa sau nhận electron trở thành chất khử gọi chất khử liên hợp với Mỗi cặp ôxi hóa - khử liên hợp biểu diễn hệ thức: - Ox: chất ôxi hóa Ox + ne = Kh - Kh: chất khử liên hợp với chất ôxi hóa - ne: số electron mà Ox nhận để thành Kh Chất ôxi hóa Fe3+ + 1e Mn4+ + 2e Mn3+ + 1e Cl2 + 2e Chất khử Fe2+ Mn2+ Mn2+ 2Cl- Như phản ứng ôxi hóa khử phản ứng chất ôxi hóa khử có trao đổi electron Hệ thống ôxi hóa – khử ký hiệu Redox Trong đất chất ôxi hóa O2; NO3-; Fe3+; Mn4+; Cu2+ số sinh vật hiếu khí Chất khử H2, Fe2+, Cu+ vi sinh vật kị khí Quá trình ôxi hóa - khử đất có thực vật vi sinh vật tham gia trình sinh học Trong điều kiện ôxi hóa hay khử, chất hữu bị phân giải, nhiên, cường độ, sản phẩm phân giải có khác Thành phần chất hữu Chất ôxi hóa Chất khử C CO2 CH4;CO N NO2 NO-3;N2;NH3 S SO42- H2S P PO43- PH3 Fe Fe3+ Fe2+ Mn Mn4+ Mn3+;Mn2+ Cu Cu2+ Cu+ Để đặc trưng cho cường độ ôxi hóa - khử dung dịch đất thường xác định điện ôxi hóa – khử (kí hiệu Eh): Eh = Eo + 59 lg([OX]/ [Kh]) (tính mV) Bảng 1.1 Những phản ứng ôxi hóa-khử quan trọng đất Nguồn : Pagel từ Ponnamperuma F.N từ Rusel, E.W.(1973)[31] Eh (mV 25oC) Hệ ôxi hóa khử Tại pH = Tại pH = 930 820 530 420 640 410 170 -180 -70 -220 Eh = 0,17 – 0,095 log P(CH4)/P(CO2) – 0,059 pH -120 -240 7.2H+ + 2e = H2 Eh = 0,00- 0,059pH -295 -413 1.O2 + 4H+ + 4e = H2O Eh = 1,23 + 0,0148 log P(O2) – 0,059 pH 2.NO3- + 2H+ + 2e = NO2- + H2O Eh = 0,83 – 0,0295 log NO2- / NO3- – 0,059 pH MnO2 + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2H2O Eh = 1,23 – 0,0295 log Mn2+ – 0,059 pH 4.Fe(OH)3 +3H+ + e = Fe2+ + 3H2O Eh = 1,06 – 0,059 log Fe2+ – 0,177 pH SO42- + 10H+ + 8e = H2S + 4H2O Eh = 0,30 – 0,0074 log H2S/ SO42- – 0,074 pH 6.CO2 + 8H+ + 8e = CH4 + 2H2O Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ôxi hóa - khử: Trong dung dịch đất có chứa nhiều hệ thống ôxi hóa – khử (Redox) với nồng độ khác Nồng độ chất ôxi hóa khử hệ thống cao định điện ôxi hóa – khử (Eh) môi trường - Nồng độ ôxy không khí đất, ôxy hoà tan dung dịch đất tiết vi sinh vật định Eh dung dịch đất - Độ ẩm thay đổi làm thay đổi Eh đất Khi đất ẩm nhiều trình khử mạnh, Eh giảm Ngược lại đất khô, trình ôxi hoá mạnh, Eh tăng - Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến Eh: Clark đưa số rH2: số phản ánh tương quan Eh pH rH2 = Eh/30 + pH rH2 = 28 – 34: đất thoáng rH2 =22 – 25: đất yếm khí rH2 0,15V ~ 0,3(0,4)V giàu ôxy tự chất ôxi hóa khác; Môi trường khử H2S: Eh < (đôi > 0) nghèo ôxy tự giàu tàn tích hữu cơ, khí mêtan thành phần có hóa trị thấp khác FeII, MnII; Môi trường khử có H2S: Eh < 0(đôi > 0), ôxy tự do, giàu H2S có sunfat Để thuận tiện nghiên cứu môi trường phân chia chi tiết sau(theo Patrick Mahapatra (1968) [18]): Loại đất Thế ôxi hóa-khử (mV) Ôxi hóa (thoát nước tốt) +700 → +500 Khử trung bình +400 → +200 Khử +100 → -100 Khử mạnh -100 → -300 Thời gian ngập nước (ngày) Hình 1.1 Động thái Eh theo Ponnamperuma, F.N(1985)[19] Eh phụ thuộc vào thời gian ngập nước tính chất đất Hình 1.1.b cho thấy thời gian ngập nước đất giàu chất hữu (mẫu đất số 9) sau ngập nước, Eh giảm nhanh thấp Trường hợp người ta gọi tượng “ rơi” ( tiếng anh – Fall) Eh Hiện tượng Văn Huy Hải (1986) [28] nghiên cứu giải thích Số ngày ngập nước Hình 1.2 Động thái Eh phương án thí nghiệm nhiệt độ 200C Nguồn: Văn Huy Hải (1986) [28] Đồ thị hình 1.2 cho thấy phương án bón phân chuồng bón rơm ôxi hóa khử giảm mạnh Quá trình tác giả giải thích theo phản ứng: (CH2O)x + O2 = xCO2 + xH2O 2H2O = O2 + 4H+ + 4e Sự xuất electron làm tăng trình khử Khi bón rơm Eh giảm mạnh Bởi rơm có tỷ lệ C/N cao, cấu trúc khó phân giải, để phân giải chất hữu vi sinh vật cần nhiều ôxy, nhanh chóng tạo môi trường yếm khí (khử) Ngược lại bón phân vô (đạm urê) dù dạng phân hóa thành N03- mang tính ôxi hóa nên hạn chế trình khử Bởi vì, NO3- chất nhận electron để khử, trình có giải phóng N02- chất khử, xảy giai đoạn ngắn sau bị khử tiếp chuyển hóa thành N2 theo phản ứng: NO3- + 6H+ + 5e = ½ N2 + 3H20 Những kết cho thấy, đất trồng lúa ngập nước, yếu tố thời gian ngập nước, chế độ bón phân có ảnh hưởng đến động thái Eh Bón phân vô đạm hạn chế trình giảm Eh Trong đó, bón phân hữu làm tăng trình giảm Eh giá trị Eh trường hợp thường đạt ngưỡng hình thành CH4 Đồng thời bón phân hữu cung cấp nguồn vật chất để hình thành CH4 1.2.2 Động thái pH đất ngập nước Khi đất háo khí bị ngập nước, pH giảm vài ngày đầu tiên, đạt mức tối thiểu, sau tăng lên đường tiệm cận đạt giá trị ổn định vài tuần sau pH = 6,7 – 7,2 theo tỉ lệ 1: huyền phù đất nước (theo tỉ lệ 1:1 hỗn hợp hạt đất mịn không lắng nước) pH = 6,5-7,0 dung dịch đất Toàn ảnh hưởng ngập nước làm tăng pH đất axit giảm pH đất sodic đất đá vôi Do việc ngập nước làm ảnh hưởng tới pH tất loại đất trừ bãi than bùn có tính axit ảnh hưởng đến trạng thái hoạt động Fe thấp pH tiến tới (hình1.3) Nhiệt độ thấp làm trì hoãn thay đổi pH Sự tăng pH phần lớn loại đất khoáng axit khử Fe(III) thành Fe(II) mô tả : Eh = 1,06 – 0,059 log Fe2+ - 0,177pH 10 Hoặc pE = 17,87 + pFe2+ - 3pH Sự giảm pH đất kiềm tích lũy CO2 đưa bởi: pH = 6,0 – 2/3 log pCO2 đất đá vôi pH = 7,85 + log [HCO3-] – log pCO2 đất sodic Hình 1.3 Động thái pH số loại đất ngập nước theo Ponnamperuma, F.N.(1985) [19] Các động thái giá trị pH vài loại đất ngập nước: pH đất ngập nước ảnh hưởng rõ ràng đến nồng độ chất dinh dưỡng chất độc thông qua tác động đến cân hóa học, hấp thu vào phức hệ hấp thu, giải phóng khỏi phức hệ hấp phụ, bay NH3 trình vi khuẩn làm giải phóng phá hủy chất dinh dưỡng thực vật sinh chất độc 11 Hoạt độ Fe Al hòa tan nước pH khác nhau: pH Al(μmol/l) pH Fe(μmol/l) 3.5 2600 6.5 6200 4.0 260 7.0 320 4.5 26 7.5 6.2 5.0 2.6 8.5 0.62 Các hình nồng độ độc Al pH 4,5 Như vậy, giá trị pH bắt gặp đất đất phèn vừa bị ngập nước đất chua miền núi Lợi ích làm ngập nước đất lúa gần loại trừ tính độc Al, tính độc Fe có khả xảy hầu hết đất khoáng mà không đạt pH vượt 6,5 sau làm ngập lụt Sự thiếu Fe xảy đất ngập lụt pH cao mà hàm lượng chất hữu thấp Tính độc CO2, axit hữu H2S pH thấp cao nhiều so với pH cao nồng độ loại chất độc ( H2CO3, RCOOH H2S) tăng lên pH giảm xuống Tăng pH đất axit, giảm pH đất đá vôi đất sodic làm tăng hàm lượng P dễ tiêu Ở pH cao Pco thấp (5kPa 0,05 bar), nồng độ Ca Mn thấp lúa phát triển, đưa phần tiếp sau đây: pH Ca(μmol/l) Mn (μmol/l) 8,5 1,4 0,026 8,0 14 0,26 7,5 140 2,6 7,0 1400 26 Sự giảm pH đất sodic nhờ vào ngập nước làm giảm bớt thiếu Ca Mn Sự tổng hợp hay phân giải chất hữu làm tăng tác dụng ngập nước sinh CO2 axit Sự tăng pH đất axit làm tăng tính có lợi P 12 Mo pH vào khoảng giúp cho hoạt động vi khuẩn vi sinh vật đất khử vi khuẩn kỵ khí, thực chức tốt pH thuộc khoảng Vì vậy, amoni hóa, khử nitơ , khử S042- hình thành CH4 làm cho pH thay đổi đất ngập nước Điều kiện pH tốt (đo dung dịch đất ngập nước) cho lúa khoảng 6,6 Tại pH giải phóng N P vi khuẩn nhanh; nguồn cung cấp Cu, Fe, Mn, Mo Zn đẩy đủ; nồng độ chất mà cản trở hấp thu chất dinh dưỡng – Al, Fe, Mn, CO2 axit hữu cơ, H2S mức độ độc Ở vùng nhiệt đới, đất khoáng với hàm lượng chất hữu > 2%, đạt pH sau từ – tuần làm ngập nước Sự trì hoãn lúa đến tuần sau ngập nước tăng sản lượng gần tấn/ha mùa khô gần 0,8 tấn/ vào mùa mưa gieo trồng làm ngập nước 1.3 Sự hình thành phát thải khí mêtan đất trồng lúa nước 1.3.1 Sự phân giải chất hữu hình thành CH4 Khí mêtan (CH4) hydrocacbon có thành phần chủ yếu cacbon hydro, cacbon nguyên tố tất vật thể hữu chu trình sinh học nguyên tố thuộc trình giới sống Trong trình biến đổi chất hữu cơ, tùy theo điều kiện môi trường mà sản phẩm cuối CO2, H2O, axit hữu cơ, H2 CH4 Đây trình biến đổi sinh học phức tạp có tham gia vi sinh vật nhiều tác giả đề cập (Muller G.(1964)[29], Alexander M.(1977)[9], Pagel H.(1996)[30]) Tùy theo nguồn gốc chất hữu ban đầu, ví dụ xenlulo, lignin, chất đạm….mà trình biến đổi sản phẩm cuối khác Có thể hình dung trình biến đổi chủ yếu sau: a phân giải hydrocacbon Sự phân giải hydrocacbon(xenlulo, tinh bột, hemixenlulo), xenlulo chất khó phân hủy nhóm Có thể hình dung phân hủy xenlulo qua hình 1.4 Ở điều kiện háo khí CO2 H2O hình thành, điều kiện yếm khí axit hữu cơ, khí CH4 H2 hình thành Đây trình biến đổi sinh hóa phức tạp 13 [...]... làm thay đổi Eh như: cày sâu, bón ph n hữu cơ, tưới… hay các chất khác đưa vào đất b Động thái của thế ôxi hóa khử Thế ôxi hóa – khử của đất có thể dao động từ - 0,4 đến 0,8 V Ở đất háo khí thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng 0,4 đến 0,8 V, ở đất ngập nước định kỳ thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng -0,1 đến 0,1V, ở đất ngập nước lâu ngày thế ôxi hóa – khử dao động trong khoảng – 0,3V Theo A.I.perenman... pCO2 đất sodic Hình 1.3 Động thái pH ở một số loại đất khi ngập nước theo Ponnamperuma, F.N.(1985) [19] Các động thái của giá trị pH ở một vài loại đất ngập nước: pH của đất ngập nước ảnh hưởng rõ ràng đến nồng độ của các chất dinh dưỡng và các chất độc thông qua các tác động đến cân bằng hóa học, sự hấp thu vào ph c hệ hấp thu, sự giải ph ng khỏi ph c hệ hấp ph , sự bay hơi NH3 và các quá trình của. .. trong vài tuần sau đó pH = 6,7 – 7,2 theo tỉ lệ 1: 1 huyền ph đất nước (theo tỉ lệ 1:1 hỗn hợp các hạt đất mịn không lắng trong nước) hoặc pH = 6,5-7,0 trong dung dịch đất Toàn bộ ảnh hưởng của sự ngập nước làm tăng pH của đất axit và giảm pH của đất sodic và đất đá vôi Do đó việc ngập nước làm ảnh hưởng tới pH của tất cả các loại đất trừ các bãi than bùn có tính axit và những ảnh hưởng này đến trạng thái. .. đạt được pH này sau từ 2 – 4 tuần làm ngập nước Sự trì hoãn cây lúa đến 2 tuần sau khi ngập nước đã tăng sản lượng gần 1 tấn/ha trong mùa khô và gần 0,8 tấn/ ha vào mùa mưa đối với gieo trồng khi làm ngập nước 1.3 Sự hình thành và ph t thải khí mêtan ở đất trồng lúa nước 1.3.1 Sự ph n giải các chất hữu cơ và hình thành CH4 Khí mêtan (CH4) là một hydrocacbon có thành ph n chủ yếu là cacbon và hydro,... lên khi pH giảm xuống Tăng pH ở đất axit, giảm pH ở đất đá vôi và đất sodic làm tăng hàm lượng của P dễ tiêu Ở pH cao và Pco 2 thấp (5kPa hoặc 0,05 bar), nồng độ của Ca và Mn có thể thấp để cho cây lúa ph t triển, như được đưa ra ph n tiếp sau đây: pH Ca(μmol/l) Mn (μmol/l) 8,5 1,4 0,026 8,0 14 0,26 7,5 140 2,6 7,0 1400 26 Sự giảm pH của đất sodic nhờ vào sự ngập nước làm giảm bớt sự thiếu Ca và Mn Sự... sự làm ngập nước đất lúa là nó gần như loại trừ tính độc của Al, nhưng tính độc của Fe là có khả năng xảy ra ở hầu hết đất khoáng mà không đạt được pH vượt quá 6,5 sau khi làm ngập lụt Sự thiếu Fe có thể xảy ra ở đất ngập lụt pH cao mà hàm lượng chất hữu cơ thấp Tính độc của CO2, các axit hữu cơ và H2S ở pH thấp cao hơn nhiều so với ở pH cao bởi vì nồng độ của các loại chất độc ( H2CO3, RCOOH và H2S)... giải ph ng hoặc ph hủy các chất dinh dưỡng của thực vật sinh ra các chất độc 11 Hoạt độ của Fe và Al hòa tan trong nước ở pH khác nhau: pH Al(μmol/l) pH Fe(μmol/l) 3.5 2600 6.5 6200 4.0 260 7.0 320 4.5 26 7.5 6.2 5.0 2.6 8.5 0.62 Các hình này chỉ ra nồng độ độc của Al ở pH dưới 4,5 Như vậy, các giá trị của pH được bắt gặp trong đất đất ph n hoặc vừa mới bị ngập nước và đất chua ở miền núi Lợi ích của. .. hạn chế quá trình khử Bởi vì, NO3- là chất nhận electron để khử, quá trình trên có giải ph ng ra N02- là chất khử, nhưng chỉ xảy ra trong giai đoạn ngắn sau đó bị khử tiếp và chuyển hóa thành N2 theo ph n ứng: NO3- + 6H+ + 5e = ½ N2 + 3H20 Những kết quả trên cho thấy, khi đất trồng lúa ngập nước, ngoài yếu tố về thời gian ngập nước, thì chế độ bón ph n cũng có ảnh hưởng đến động thái của Eh Bón ph n... thuận lợi để hình thành CH4 1.2 Các tính chất điện hóa của đất lúa nước 1.2.1 Động thái của thế ôxi hóa - khử ở đất ngập nước a Cơ sở lý thuyết về thế ôxi hóa – khử Theo Trần Ngọc Lan (2008)[4], trong tự nhiên, quá trình các axit hòa tan các khoáng vật, các ion kim loại hòa tan trong nước thủy ph n hình thành các hidroxit và nhiều quá trình khác là các quá trình axit – bazơ liên quan đến sự chuyển dịch... 2H2O Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ôxi hóa - khử: Trong dung dịch đất có chứa nhiều hệ thống ôxi hóa – khử (Redox) với nồng độ khác nhau Nồng độ chất ôxi hóa và khử của một hệ thống nào cao nhất sẽ quyết định điện thế ôxi hóa – khử (Eh) của môi trường - Nồng độ ôxy trong không khí đất, ôxy hoà tan trong dung dịch đất và các bài tiết của vi sinh vật quyết định Eh của dung dịch đất - Độ ẩm thay đổi