3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.2. Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu
Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong đất nền ban đầu được thể hiện trong bảng 8 dưới đây:
Bảng 8: Một số tính chất đất khu vực nghiên cứu
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
1 TPCG − Trung bình 2 OM % 3,13 3 pHH2O − 6,62 4 NTS % 0,19 5 P2O5TS % 0,18 6 K2OTS % 1,93 7 NH4+ mg/100g đất 2,96 8 NO3- mg/100g đất 1,53
9 P2O5DT theo Olsen Ppm 23,06
1. Thành phần cơ giới
Thành phần cơ giới đất nghiên cứu là trung bình. Với kết quả này có thể nhận định đất có khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng tốt thích hợp cho canh tác lúa.
2. Phản ứng của đất (pHH2O)
pH là yếu tố quan trọng của đất, ảnh hưởng lớn tới khả năng hòa tan, khoáng hóa và hấp thu các chất hữu cơ. Giá trị pH có thể giúp đánh giá định tính hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng nhiều hay ít. Sự thay đổi của pH về phía axit hoặc kiềm sẽ kìm hãm sự phát triển của cây trồng khi không phù hợp với chúng, thậm chí gây chết cây.
Giá trị pH = 6,62 được đánh giá là trung tính. Cây lúa thích hợp sinh trưởng và phát triển trên đất ít chua hoặc trung tính có pH = 5,5 – 7,5. Như vậy với giá trị pH của đất nghiên cứu có thể khẳng định là phù hợp cho sự phát triển của cây lúa.
3. Chất hữu cơ (% OM)
Chất hữu cơ là một chỉ tiêu quan trọng của độ phì đất. Có ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn dinh dưỡng, trạng thái dễ tiêu và các điều kiện hấp phụ trao đổi chất của cây trồng.
Theo thang đánh giá chất hữu cơ trong đất có thể thấy với hàm lượng OM = 3,13% thì ở mức trung bình nên để duy trì sản xuất lâu dài thì ngoài bổ sung các dòng phân vô cơ thì cũng cần đưa vào đất các dạng phân hữu cơ để tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất lên.
4. Dung tích hấp phụ trao đổi cation (CEC)
Dung tích hấp phụ trao đổi cation là lượng ion lớn nhất được đất hấp phụ có khả năng trao đổi và được biểu thị bằng mgđl/100g đất. Ảnh hưởng tới khả năng giữ và trao đổi ion dinh dưỡng, đặc biệt là nguyên tố hòa tan nhanh.
Qua kết quả phân tích nhận thấy CEC = 16,48 mgđl/100g đất của đất nghiên cứu ở mức trung bình. Kết quả này cũng có mối tương quan tương đối với OM vì đất càng nhiều mùn thì CEC càng lớn và ngược lại.
5. Hàm lượng N, P2O5, K2O tổng số
Hàm lượng NTS = 0,19% là ở mức khá còn hàm lượng P2O5TS = 0,18% và K2OTS = 1,93% là ở mức giàu. Lý giải cho điều này có thể là do tập quán canh tác của nông dân bón rất nhiều phân bón vô cơ và phân chuồng. Tuy nhiên đạm là thành phần rất dễ bị rửa trôi, bay hơi nên tồn dư trong tầng đất canh tác là không lớn. Riêng đối với phốt pho thì trong đất chúng có thể liên kết với một số ion kim loại hoặc hidroxit kim loại để tạo thành hợp chất khó tan. Đối với kali thì cũng có thể bị giữ lại trong tinh thể một số khoáng 2:1.
6. Hàm lượng N, P dễ tiêu
Hàm lượng NDT trong đất nghiên cứu bằng tổng hàm lượng NH4+ và NO3- phân tích được và có giá trị là 4,49 mg/100g đất. Theo thang đánh giá ở phụ lục 3 thì hàm lượng NDT này được đánh giá là ở mức trung bình. Theo thang đánh giá P – Olsen thì hàm lượng PDT = 23,06 ppm (>10 ppm) được coi là giàu P. Điều này cũng dễ dàng được giải thích vì khi môi trường đất trung tính thì lượng ion phốt phat dễ tiêu thường lớn nhất.
Đối với cây lúa nhu cầu sử dụng N, P là cao trong giai đoạn đầu sinh trưởng và phát triển vì vậy dựa vào kết quả phân tích hàm lượng N, P dễ tiêu để có thể điều chỉnh liều lượng phân bón hợp lý nhằm tăng năng suất mà không làm dư thừa trong đất. 3.3. Kết quả thí nghiệm trong phòng
3.3.1. Động thái pH, Eh đất thông qua hai phương pháp tưới
3.3.1.1. Động thái pH đất thông qua hai phương pháp tưới
Bảng 9: Động thái pH của hai công thức tưới Số ngày
sau ngập nước
CT1 – Ngập thường xuyên CT2 – Nông lộ phơi
pH Thời điểm pH 0 6,62 Ngập 4 cm 6,62 1 6,13 Ngập 4 cm 6,23 2 5,92 Ngập 4 cm 5,88 8 6,17 Ngập 4 cm 6,12 15 6,71 Ngập 4 cm 6,72 22 6,93 Ngập 4 cm 6,85 29 7,81 Rút nước 7,76 36 7,68 Se mặt 7,6 50 7,26 Nứt đất 6,67 54 7,45 Ngập 4 cm 7,07 59 7,44 Ngập 4 cm 7,27
Hình 7: Diễn biến pH của các công thức thí nghiệm
Dựa vào số liệu thu thập được nhận thấy trong tuần đầu ngập nước giá trị pH có xu hướng giảm có thể do thời kỳ đầu ngập nước quá trình phân hủy chất hữu cơ
diễn ra mạnh, sản phẩm của quá trình phân hủy có một số axit hữu cơ làm giảm pH đất. Sau thời gian này giá trị pH ở cả hai công thức đều có sự biến động nhưng không đáng kể, phần lớn dao động xung quanh giá trị pH = 7. Điều này là phù hợp với các nghiên cứu trước đây đó là trong đất dù có phản ứng chua, trung tính hay kiềm thì theo thời gian ngập nước giá trị pH luôn có xu hướng tiệm cận giá trị pH = 7. Như vậy ở cả hai phương pháp tưới thì giá trị pH đều có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa.
3.3.1.2. Biến động Eh thông qua hai phương pháp tưới
Sự biến động thế oxy hóa khử của đất được trình bày trong bảng 10 và hình 8 dưới đây.
Bảng 10: Động thái Eh của hai công thức tưới Số ngày
sau ngập nước
CT1 – Ngập thường xuyên CT2 – Nông lộ phơi
Eh (mV) Thời điểm Eh (mV) 1 83 Ngập 4 cm 86 2 -28 Ngập 4 cm -30 8 -247 Ngập 4 cm -246 15 -246 Ngập 4 cm -240 22 -255 Ngập 4 cm -251 29 -234 Rút nước -232 36 -209 Se mặt -195 50 -220 Nứt đất 302 54 -226 Ngập 4 cm 145 59 -232 Ngập 4 cm 128
Hình 8: Diễn biến Eh của các công thức thí nghiệm
Nhận thấy ở cả hai công thức thí nghiệm giá trị Eh giảm rất mạnh trong 8 ngày đầu sau khi ngập nước. CT1 giảm từ 83 mV xuống -247 mV, CT2 từ 86 mV xuống -246 mV. Các ngày ngập nước tiếp theo giá trị Eh có biến động giảm nhưng không đáng kể có thể coi là ổn định. Điều này cũng tương đồng với các nghiên cứu của Ponnamperuma F.N. (1978, 1985), TS. Văn Huy Hải (1986) và TS. Nguyễn Việt Anh (2009).
Vấn đề này có thể được giải thích như sau: Khi cho ngập nước lúc này môi trường đất là môi trường yếm khí. Các vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh tham gia vào quá trình khử các hợp chất hóa học trong đất, làm tăng quá trình khử. Ngoài ra các vi sinh vật háo khí sau khi đã sử dụng lượng ôxy còn lại trong dung dịch đất thì chúng sẽ chuyển sang lấy ôxy của các chất ôxi hóa và các chất này sẽ chuyển thành chất khử, từ đây làm giảm Eh của đất.
Ở CT2 sau khi rút cạn nước cho tới khi đất có vết nứt chân chim thì giá trị Eh sẽ tăng lên đến giá trị 302 mV. Sau khi cho ngập nước trở lại thì Eh lại có xu hướng giảm. Như vậy sau khi rút cạn nước tạo môi trường thoáng khí thì sẽ xảy ra quá trình ôxi hóa làm tăng giá trị Eh.
Phương pháp tưới NLP có giai đoạn rút nước phơi ruộng sẽ tạo môi trường thoáng khí từ đây có thể giúp thay đổi trạng thái tồn tại của Fe. Trong môi trường khử hầu hết Fe tồn tại ở dạng Fe2+ gây độc cho cây trồng, nhưng ở môi trường thoáng khí Fe2+ bị ôxi hóa thành Fe3+ ít gây độc cho cây trồng.
3.3.2. Biến động hàm lượng N, P tổng số thông qua hai phương pháp tưới Kết quả phân tích hàm lượng N, P tổng số trong đất nền ban đầu và sau khi Kết quả phân tích hàm lượng N, P tổng số trong đất nền ban đầu và sau khi kết thúc thí nghiệm được thể hiện trong bảng 11 như sau:
Bảng 11: Hàm lượng NTS, PTS trong đất nền và sau khi kết thúc thí nghiệm
Chỉ tiêu NTS PTS
CT1 – NTX CT2 – NLP CT1 – NTX CT2 – NLP
Đất nền 0,19% 0,19% 0,18% 0,18%
Kết thúc thí nghiệm 0,17% 0,18% 0,18% 0,18%
Như vậy trong cả quá trình thí nghiệm, hàm lượng NTS có sự thay đổi ở cả hai công thức tưới nhưng không đáng kể. NTS có giảm 0,02% tại CT1 và 0,01% tại CT2. Thông thường hàm lượng dinh dưỡng tổng số trong đất biến đổi khi có sự tác động của quá trình canh tác, bón phân…trong thời gian lâu dài hoặc do địa hình dễ bị rửa trôi, xói mòn. Riêng hàm lượng PTS không thay đổi ở cả hai công thức tưới. Đối với kết quả nghiên cứu có thể khẳng định rằng chế độ tưới không làm ảnh hưởng tới hàm lượng NTS, PTS tổng số trong đất.
3.3.3. Biến động hàm lượng N dễ tiêu thông qua hai phương pháp tưới
3.3.3.1. Biến động hàm lượng N – NH4+ thông qua hai phương pháp tưới
Sự thay đổi hàm lượng NH4+ thông qua hai phương pháp tưới được trình bày trong bảng 12:
Bảng 12: Sự biến động hàm lượng NH4+ thông qua hai phương pháp tưới Số ngày sau
ngập nước
CT1 – Ngập thường xuyên CT2 – Nông lộ phơi
NH4+ (mg/100g đất) Thời điểm NH4+ (mg/100g đất) 0 2,96 Ngập 4 cm 2,96 8 13,14 Ngập 4 cm 14,28 15 13,39 Ngập 4 cm 12,31 22 11,96 Ngập 4 cm 11,76 29 10,5 Rút nước 9,87 36 10,04 Se mặt 6,65 50 9,85 Nứt đất 3,99 54 9,75 Ngập 4 cm 5,4 59 8,45 Ngập 4 cm 7,8
Hình 9: Sự biến động hàm lượng NH4+ qua hai công thức thí nghiệm Dựa vào biểu đồ có thể thấy trong tuần đầu tiên sau khi ngập nước hàm lượng NH4+ tăng nhanh ở cả hai công thức thí nghiệm (tăng từ 2,96 đến 13,14 mg/100g đất tại CT1 và 14,28 mg/100g đất tại CT2). Các ngày tiếp theo của giai đoạn ngập nước ở cả hai công thức thí nghiệm, hàm lượng NH4+ có xu hướng giảm nhưng không biến động lớn giữa các lần phân tích. Riêng CT2 sau khi rút cạn nước
hàm lượng NH4+ giảm nhanh chóng và thấp nhất tại thời điểm đất nứt chân chim đạt 3,99 mg/100g đất. Sau khi cho ngập nước trở lại CT2 thì NH4+ tăng trở lại. Khi kết thúc thí nghiệm tức là 9 ngày sau khi ngập nước trở lại CT2 thì hàm lượng NH4+ đạt 7,8 mg/100g đất tương đương so với hàm lượng NH4+ tại CT1 là 8,45 mg/100g đất. Như vậy tốc độ khoáng hóa tại CT2 cao hơn CT1 hay biện pháp tưới NLP làm gia tăng tốc độ khoáng hóa N trong đất đồng thời không làm ảnh hưởng tới hàm lượng NDT trong đất nếu so với biện pháp tưới truyền thống.
Kết quả này có thể được giải thích như sau: Sau khi ngập nước trong môi trường yếm khí dưới tác dụng của vi sinh vật các chất hữu cơ trong đất bị khoáng hóa thành NH4+, trong tuần đầu sau ngập môi trường chưa kỵ khí hoàn toàn nên hàm lượng NH4+ giai đoạn này tăng dần và đạt giá trị lớn nhất. Ngoài ra trong môi trường kỵ khí kéo dài sẽ xảy ra phản ứng ôxy hóa kỵ khí amoni trong đó NH4+ bị ôxy hóa bởi nitrit NO2- không cần cung cấp thêm chất hữu cơ để tạo thành khí N2 [31]. Đây chính là nguyên nhân lý giải vì sao những ngày đầu sau ngập nước làm lượng NH4+ tăng mạnh nhưng càng về sau lại có sự giảm dần.
NH4+ + 1,32 NO2- + 0,066 HCO3- + 0,13 H+ →1,02 N2 + 0,26 NO3- + 0,066 CH2O0,5N0,15 +2,03 H2O
Sau khi rút nước môi trường đất trở nên thoáng khí, NH4+ tham gia vào quá trình nitrat hóa với sự có mặt của các vi sinh vật háo khí tạo ra NO3-. Vì vậy hàm lượng NH4+ sẽ giảm dần và hàm lượng NO3- trong đất sẽ tăng dần. Khi ngập nước trở lại thì quá trình khoáng hóa lại xảy ra tương tự.
3.3.3.2. Biến động hàm lượng N – NO3- thông qua hai phương pháp tưới
Bảng 13: Sự biến động hàm lượng NO3- thông qua hai phương pháp tưới Số ngày sau
ngập nước
CT1 – Ngập thường xuyên CT2 – Nông lộ phơi
NO3- (mg/100g đất) Thời điểm NO3- (mg/100g đất) 0 1,53 Ngập 4 cm 1,53 8 1,99 Ngập 4 cm 1,72 15 1,55 Ngập 4 cm 1,24 22 1,81 Ngập 4 cm 1,89 29 1,71 Rút nước 1,84 36 1,49 Se mặt 2,7 50 1,28 Nứt đất 3,78 54 1,19 Ngập 4 cm 2,55 59 1,13 Ngập 4 cm 1,8
Hình 10: Sự biến động hàm lượng NO3- qua hai công thức thí nghiệm Theo thời gian ngập nước, trong môi trường kị khí xảy ra quá trình phản nitrat hóa gây mất đạm. Một số loài vi khuẩn phản nitrat hóa thuộc loại kỵ khí không bắt buộc (vi khuẩn thở nitrat) thì sau khi sử dụng hết nguồn ôxy có trong đất thì chúng sẽ có xu hướng sử dụng nguồn ôxy có trong NO3- để ôxy hóa chất hữu cơ, đây chính là lý do hàm lượng NO3- giảm theo quá trình ngập nước tại CT1.
C6H12O6 + 4NO3- → 6CO2 + 6H2O + 2N2 + Q
Sau khi rút nước môi trường thoáng khí thì quá trình nitrat hóa xảy ra, ôxy hóa NH4+ thành NO3-. Điều này giải thích vì sao giai đoạn rút nước làm giảm hàm lượng NH4+ và tăng hàm lượng NO3- tại CT2.
Dựa vào biểu đồ nhận thấy giai đoạn rút nước CT2 làm tốc độ nitrat hóa NO3- tăng nhanh hơn so với CT1 đồng thời phương pháp tưới NLP còn làm tăng hàm lượng N – NO3- trong đất lên. Cụ thể là từ giai đoạn rút nước (ngày thứ 29) đến khi cho ngập trở lại và kết thúc thí nghiệm thì hàm lượng NO3- ở CT2 luôn luôn cao hơn so với CT1.
Thời điểm kết thúc thí nghiệm hàm lượng N dễ tiêu (tổng hàm lượng NH4+ và NO3-) ở hai công thức như sau:
CT1 – NTX: NDT = 8,45 + 1,13 = 9,58 mg/100g đất CT2 – NLP: NDT = 7,8 + 1,8 = 9,6 mg/100g đất
Như vậy phương pháp tưới NLP không ảnh hưởng tới hàm lượng NDT trong đất so với phương pháp tưới NTX. Có thể kết luận rằng phương pháp tưới NLP không làm thay đổi hàm lượng đạm tổng số lẫn dễ tiêu nhưng làm tăng tốc độ khoáng hóa N ở cả hai dạng NH4+, NO3- và làm tăng hàm lượng N – NO3- trong đất.
3.3.4. Biến động hàm lượng PDT thông qua hai phương pháp tưới
Bảng 14: Biến động hàm lượng PDT thông qua hai phương pháp tưới Số ngày sau
ngập nước
CT1 – Ngập thường xuyên CT2 – Nông lộ phơi
P2O5 (ppm) Thời điểm P2O5 (ppm) 0 23,06 Ngập 4 cm 23,06 8 53,18 Ngập 4 cm 44,12 15 83,88 Ngập 4 cm 80,63 22 68,14 Ngập 4 cm 64,83 29 88,17 Rút nước 87,18 36 77,62 Se mặt 46,21 50 81,39 Nứt đất 8,27 54 68,37 Ngập 4 cm 79,35 59 79,35 Ngập 4 cm 75,57
Hình 11: Sự biến động hàm lượng PDTqua hai công thức thí nghiệm Dựa vào đồ thị có thể thấy sự biến động PDT trong đất thông qua hai phương pháp tưới là tương tự với sự biến động NH4+. Trong 15 ngày đầu sau khi ngập nước vi sinh vật yếm khí chuyển hóa lân gặp môi trường thuận lợi hoạt động mạnh, gia tăng quá trình khoáng hóa lân hàm lượng PDT tăng cao, những ngày tiếp theo của
quá trình ngập nước hàm lượng PDT vẫn tăng nhưng không có sự biến động lớn giữa các lần phân tích. Tại CT2 sau khi rút nước hàm lượng PDT giảm và tăng khi cho ngập nước trở lại. Có thể sau khi cho ngập nước, môi trường ẩm ướt trở lại (môi trường có sự khô ẩm xen kẽ) tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm gia tăng