2.2.1. Tình hình nghiên cứu chất hữu cơ trong đất trên thế giới
Cho đến nay chất hữu cơ đã được nghiên cứu khá nhiều không chỉ ở vùng đồng bằng mà đã và đang tiến hành ở các cùng đồi núi. Có nhiều nhà khoa học của các trường Đại học, Viện nghiên cứu đã có những mô hình thực nghiệm cũng như những khảo sát dài hạn và trung hạn, ngoài thực địa cũng như trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu, đánh giá hàm lượng cũng như chất lượng chất hữu cơ trong đất ở các vùng.
Khi nghiên cứu về: “Vai trò của chất hữu cơ đối với việc duy trì độ phì nhiêu của một số đất chính trồng cây ngắn ngày”, Vũ Thị Kim Thoa (2001)[24] cho biết một trong những người nổi tiếng trên thế giới về nghiên cứu chất hữu cơ trong đất đó là M.Kononova (người Liên Xô cũ). Bà đã viết nhiều sách vào những năm 60 của thế kỷ XX và Bà cho biết: Vào khoảng giữa thế kỷ XVIII, trong một cuốn sách đầu tiên viết về nông hóa, Vallerius (1761) đã lý giải sự hình thành mùn trong quá trình phân giải chất hữu cơ, phát hiện ra những tính chất của mùn như khả năng giữ nước, hấp thụ phân bón và coi mùn đất là thức ăn cho cây trồng.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 24 Thời kỳ này, con người đã bắt đầu nghiên cứu hợp chất mùn chiết xuất bằng dung dịch kiềm. M.Lomonosov (1763) cho rằng đất giàu mùn thường có màu đen và đó chính là kết quả của sự phân giải động thực vật vùi trong đất dưới tác dụng của vi sinh vật. I.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. A.D.Thaer (1800) đã đưa ra học thuyết về mùn và cho rằng chính mùn là chất duy nhất làm thức ăn cho cây trồng.
Những nghiên cứu về mùn đất trong thế kỷ XX 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 của đất. Shoreya và các đồng nghiệp (1908- 1911) đã nghiên cứu các hợp chất mùn như chất béo, axit hữu cơ, hydrocacbon, hợp chất chứa N, P, S... Oden(1922) đã hệ thống hoá hợp chất mùn thành 4 nhóm cụ thể như sau: Cacbon hữu cơ, axit humic, axit hymatomelanic, axit fulvic.
Các tác giả: Jenkison và cộng sự (1987), Mayer và cộng sự (1994) cũng cho biết có sự liên quan chặt chẽ giữa các chất hữu cơ với hàm lượng khoáng sét trong đất.
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 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 có 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 sẽ làm giảm chất lượng mùn hoá. Thành phần mùn của các loại đất khác nhau cũng khác nhau:
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 25
Bảng 2.1. Thành phần mùn của đất Liên Xô (cũ) (tầng mặt)
Đất Mùn (%) Humic (%) Fulvic (%) CH/CF Humin (%) 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: Konova – 1968
2.2.2. Tình hình nghiên cứu chất hữu cơ trong đất ở Việt Nam
So với nhiều nước trên thế giới, nghiên cứu chất hữu cơ ở Việt Nam tuy còn hạn chế nhưng những nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam 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 trong đất.
Một số tác giả có nhiều nghiên cứu về chất hữu cơ trong đất Việt Nam như: E.Castagnol, V.M.Fridland, Tôn Thất Chiểu, Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm, D.S Orlov, Ngô Văn Thụ, Đỗ Đình Sâm...những nghiên cứu này tập trung vào:
- 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 sinh học, biện pháp làm đất.
Theo nghiên cứu của Fridland (1973)[8] trữ lượng mùn và hàm lượng đạm trong một số loại đất Việt Nam như sau:
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 26
Bảng 2.2. Trữ lượng mùn, đạm trong một số loại đất miền Bắc Việt Nam ở độ sâu 0-20 cm.
Đơn vị tính: tấn/ha
Loại đất Mùn Đạm C/N
Feralit vàng đỏ 47 2,3 12,7
Feralit đỏ thẫm 55 2,6 11,4
Feralit mùn trên núi 141 12,2 17,7
Mùn alit trên núi 282 9,9 16,6
Nguồn: V.M. Fridland - 1973
Cũng theo Fridland, với từng loại đất cụ thể hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng mùn như sau:
- Đất feralit vàng đỏ, ở những nơi phần lớn là rừng thứ sinh, đều có chứa hàm lượng mùn tương đối cao ở tầng mặt, càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm nhanh.
- Đối với đất feralit đỏ thẫm, hàm lượng mùn trong đất giảm từ từ hơn theo chiều sâu phẫu diện. Nguyên nhân là do lý tính của loại đất này tốt 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 có 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.
- Với đất feralit mùn trên núi, phần nhiều diện tích này có rừng nên ở 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 số các loại đất Việt Nam. Đặc điểm nổi bật của loại đất này là hàm lượng mùn rất cao ở
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 27 tầng mặt, do rễ cây chỉ tập trung chủ yếu ở độ sâu 0-30 cm. Đồng thời điều này cũng chứng tỏ xác thực vật trong đất bị phân giải với tốc độ không cao do độ ẩm cao và nhiệt độ thấp.
Theo đánh giá của các nhà thổ nhưỡng, sự phân bố mùn trong đất Việt Nam đều có tính quy luật sau: càng lên trên cao với nhiệt độ lạnh dần, độ ẩm tăng, sương mù quanh năm thì hàm lượng mùn tăng rõ rệt nhưng ở dạng mùn thô. Càng xuống thấp, do trũng ngập nước liên tục, trong điều kiện yếm khí thì mùn cũng được tích luỹ và tăng lên nhưng vẫn ở dạng thô.
Kết quả nghiên cứu của Ngô Văn Phụ (1976)[18] cho biết: Trong thành phần mùn ở đa số các đất nghiên cứu, axit humic và axit fulvic ở dạng di động chiếm thành phần chủ yếu (Nhóm phụ I), dạng liên kết bền vững với R2O3 chiếm vị trí trung gian (Nhóm phụ III), và dạng liên kết với canxi là bé nhất (Nhóm phụ II). Riêng đất Macgalit thì trái lại, dạng liên kết với canxi là lớn nhất, dạng di động chiếm tỷ lệ thấp, còn dạng liên kết bền vững với R2O3 không có đối với axit humic và ít với axit fulvic.
Theo Hoàng Văn Huây (1986)[12] đối với các loại đất feralit chứa kaolinit vùng nhiệt đới, chỉ cần tăng không nhiều một lượng chất hữu cơ thì CEC của chúng cũng tăng lên rất mạnh. Vì thế, chất hữu cơ có ý nghĩa rất lớn đối với độ phì nhiêu của các loại đất này.
Nghiên cứu tính chất đất đỏ vàng và biện pháp cải tạo, Lương Đức Loan và Nguyễn Tử Siêm (1979)[14] cho biết: đa số đất feralit do chịu ảnh hưởng của 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 humatcanxi rất ít hoặc không có. Do vậy, phần lớn đất Việt Nam có tỷ lệ axit humic/axit fulvic < 1 (trừ đất đen), chất lượng mùn xấu, đất chua. Đồng thời trong phẫu diện đất tỷ lệ axit humic/axit fulvic giảm
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 28 theo chiều sâu phẫu diện. Điều này chứng tỏ axit fulvic di động mạnh hơn axit humic.
Cũng theo Nguyễn tử Siêm, Thái Phiên, sự biến đổi độ phì của đất theo các phương thức canh tác khác nhau:
- Đất nương rẫy thường qua ít chu kỳ canh tác, do bị xói mòn và rửa trôi mạnh nên đất bị thoái hoá nặng, hàm lượng mùn và các chất dinh dưỡng đều giảm, đất bị chua dần, khả năng trao đổi catrion thấp, các đặc tính vật lý - nước bị suy thoái, đất mất cấu trúc, chai cứng. Nhiều vùng đất sau nương rẫy đã trở thành đất trống đồi trọc bị thoái hoá mạnh, không còn khả năng canh tác.
- Đối với đất trồng cây lâu năm khi đã định hình tạo ra tán cây che phủ tốt, có rễ ăn sâu nên hút được nhiều chất dinh dưỡng, khoáng từ dưới các tầng sâu, các tầng đất thường không bị xới xáo nên tác dụng bảo vệ đất tốt. Các nhà khoa học thuộc Hội Khoa học đất Việt Nam (2000)[11] nghiên cứu đất Bazan trồng cà phê ở Tây Nguyên thấy rằng: đất mới khai hoang từ rừng có hàm lượng chất hữu cơ khá cao 5-6%, chỉ sau 4-5 năm canh tác cây lương thực ngắn ngày thì chất hữu cơ trong đất suy giảm trung bình 50- 60%.
Nghiên cứu của Nguyễn Xuân Cự (2004)[3] tiến hành trên 63 mẫu đất tầng mặt được lấy từ nhiều loại đất khác nhau: đất phù sa trung tính ít chua sông Hồng (FLe), đất phù sa chua sông Cửu Long (FLd), đất phèn ở Minh Hải (FLt), đất xám bạc màu ở Quảng Nam (ACh), đất cát ở Thuận Hải (AR), đất xám ở Hà Tây (ACf) cho thấy: đất phèn ở Minh Hải và đất phù sa chua sông Cửu Long có hàm lượng C hữu cơ cao nhất ứng với 3,34 và 3,28%. Đất xám bạc màu ở Quảng Nam và đất cát ở Thuận Hải có hàm lượng hữu cơ thấp chỉ đạt 0,79 và 0,67%. Hàm lượng C hữu cơ ở đất phù sa trung tính ít chua sông Hồng đạt 1,61%, đất xám ở Hà Tây 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 từ 1,0 – 2,0%. Nguyên nhân
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 29 làm đất AR và đất ACh có hàm lượng C tổng số thấp còn đất FLd, FLt có hàm lượng C cao là do tác động của quá trình bón phân hữu cơ trong thâm canh lúa, trong điều kiện đất chua nên quá trình phân huỷ hữu cơ diễn ra chậm hơn.
2.2.3. Mối quan hệ giữa chất hữu cơ với các loại hình sử dụng đất
Mối quan hệ giữa chất hữu cơ với các loại hình sử dụng đất là khá chặt chẽ. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất ngoài chịu tác động ảnh hưởng của loại đất, địa hình, khí hậu, thủy văn…còn chịu tác động rất lớn của thảm thực vật. Nguồn cung cấp xác hữu cơ cho đất chính là từ cây trồng, thảm thực vật và phân bón. Tuy nhiên trong điều kiện nước ta hiện nay, việc đầu tư cho sản xuất trên đất đồi vẫn còn bị hạn chế, ít sử dụng phân bón, đặc biệt là không sử dụng phân hữu cơ. Nguồn hữu cơ bổ sung cho đất duy nhất chính là thảm thực vật. Do đó việc nghiên cứu chất hữu cơ trong đất gắn mật thiết với các loại hình sử dụng đất.
Từ năm 1990 đến nay, Viện Nông hoá thổ nhưỡng đã tiến hành nhiều đề tài nghiên cứu về đất dốc trong đó có đề tài nghiên cứu: “Sử dụng đất dốc để phát triển nông nghiệp bền vững” của Thái Phiên và cộng sự (1997)[17]. Theo nghiên cứu này, việc trả lại hữu cơ cho đất đồi núi là biện pháp tốt nhất để từng bước phục hồi, giữ gìn và cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao năng suất cây trồng. Vùi tàn dư hữu cơ của các loại cây trồng và lá cây phân xanh của băng chống xói mòn có thể bổ sung vào đất một lượng dinh dưỡng cho mỗi ha mỗi năm là: 100-200 kg N, 10-30 kg P2O5 và 50- 100 kg K2O.
Theo Ngô Văn Phụ và cộng sự (1981)[19] thì tầng mặt của đất dưới rừng trồng có hàm lượng chất hữu cơ (2,51%) lớn hơn hẳn so với đất trồng cây nông nghiệp (1,65%). Đáng chú ý trong đất rừng tự nhiên thì đất dưới rừng trồng lim có hàm lượng chất hữu cơ lớn hơn 2,5 lần (3,8%) so với đất dưới rừng trồng giang (1,2%). Trong các biện pháp bảo vệ đất như trồng xen
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 30 cây lương thực với cây đậu đỗ, trồng xen cây lâu năm với cây phân xanh, trồng cây có băng chắn đều có khả năng làm tăng hàm lượng chất hữu cơ của đất (Đỗ Xuân Hà, 1985)[9]. Theo Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên (1998)[21], trồng cây ngắn ngày hàm lượng chất hữu cơ bị suy giảm nhanh hơn ở đất trồng cây lâu năm và hàm lượng chất hữu cơ trong đất canh tác chỉ bằng 40 - 60% trong đất rừng nguyên sinh.
Theo đánh giá chung của nhiều nhà khoa học cho biết đất đồi núi trồng cây lâu năm thì khả năng tích lũy chất hữu cơ trong đất cao hơn so với cây trồng ngắn ngày, đặc biệt là đất rừng. Nghiên cứu của Đặng Văn Minh (2003)[15] về đất trồng chè độc canh thì chất lượng đất xấu đi, nhiều tính chất đất thay đổi theo chiều hướng bất lợi cho cây trồng.
Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên (1999)[22] cho biết, đối với đất trồng cây lâu năm khi đã định hình tạo ra tán cây che phủ tốt, có rễ ăn sâu nên hút được nước và các chất dinh dưỡng khoáng từ dưới các tầng sâu, đất đai thường không bị xới xáo liên tục nên tác dụng bảo vệ đất tốt. Cụ thể: Trên đất Acrisols (phiến thạch) dưới rừng thứ sinh hàm lượng chất hữu cơ là 3,81%, sau hai chu kỳ lúa lương còn 2,32%, đất vườn trồng sắn 16 năm liền còn 2,2%.
Nghiên cứu của Nguyễn Công Vinh (2001)[26] trên đất trồng lúa nương cho biết: trồng xen cốt khí có ảnh hưởng rõ tới thành phần của các nhóm chất hữu cơ thô trong đất. Các công thức có băng cốt khí có nhóm hữu cơ thô luôn cao hơn đất trồng thuần. Ngoài cây cốt khí ra còn có một số cây cho tác dụng khá cao ví dụ như cây keo dậu. Trần Thiện Cường (2001)[4] cũng cho biết đất trồng cây keo dậu có hàm lượng chất hữu cơ cao hơn nhiều (cao hơn so với mẫu đối chứng không trồng keo dậu ở tầng 0 – 20 cm là 211%, ở tầng 20 – 40 cm là 163%).
Theo Đỗ Trung Thu, Lê Duy Mỳ (1999)[25] lượng sản phẩm phụ của các cơ cấu luân canh tăng vụ cao hơn độc canh lúa là nguồn hữu cơ đáng kể bón trả
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 31 lại cho đất, có thể vùi trực tiếp hoặc thông qua chế biến cho cây trồng vụ sau. Cơ cấu một màu hai lúa: lượng sản phẩm phụ tăng so với hai vụ lúa từ 21 – 68%. Cơ cấu hai màu một lúa: lượng sản phẩm phụ tăng so với hai lúa 11 – 52%.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 32