2. 3N ội dung và phương pháp thực hiện các thí nghiệm
3.4 Một số nghiên cứu về chuyển hóa đạm trong đất phèn nhẹ
Để tính toán cân bằng đạm trong các hệ thống cây trồng trên, đề tài đã nghiên cứu một số quá trình chuyển hóa đạm trong đất phèn nhẹđược trình bày qua các thí nghiệm dưới đây.
3.4.1 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của các biện pháp tưới đến khả năng cố định đạm tự do trên đất phèn trồng lúa
Sự cố định đạm tự do nhờ vào hoạt tính nitrogenase của vi sinh vật đất đã
đưa vào đất một lượng đạm nhất định, điều này đặc biệt quan trọng đối với canh tác một vụ lúa nước trước đây
hiều thế kỷ mà không có bón phân đạm. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy, sự cố định đạm tự do có thể đưa vào đất lúa nguồn đạm đáng kể cho đất lúa. Tuy nhiên, lượng đạm được cố định này biến động rất lớn trên các cánh đồng do điều kiện môi trường đất chi phối đến hoạt động cốđịnh đạm của vi sinh vật.
3.4.1.1 Đo khả năng cố định đạm bằng phương pháp khử acetylene (ARA) của tổng vi sinh vật trên các loại đất và điều kiện tưới khác nhau tổng vi sinh vật trên các loại đất và điều kiện tưới khác nhau
Theo phương pháp ARA, hoạt lực nitrogenase của vi sinh vật được đánh giá dựa vào lượng khí ethylene tạo ra. Kết quả xác định hoạt động khử acetylene của vi sinh vật cốđịnh đạm tự do trong đất lúa ngập liên tục và ngập khô luân phiên ở đất phèn nhẹ Giồng Riềng và đất phèn nhẹ Ô Môn, được trình bày ở Bảng 3.8.
Kết quả đo được trong thí nghiệm cũng phù hợp với thí nghiệm App et al. (1984)được tiến hành ở ruộng lúa ở IRRI. Vi sinh vật có khả năng cốđịnh N2 tự do nhờ hệ thống enzime nitrogenase, enzime này có thể khử nhiều cơ chất khác nhau, trong đó có acetylene (C2H2). Vì vậy, dựa vào lượng khí ethylene được tạo ra để đánh giá hoạt lực nitrogenase của vi sinh vật, qua đó xác định khả năng cốđịnh đạm tự do của vi sinh vật.
Bảng 3.8 Hoạt động khử acetylene (µmol C2H4/m2/giờ) của vi sinh vật ở ruộng lúa Ô Môn và Giồng Riềng, vụ HT 2008
Ngày sau khi sạ Địa điểm Nghiệm thức
10 ngày 20 ngày 45 ngày Trung bình
71,0 87,5 61,8 Ô Môn Ngập liên tục 27,0 Ô Môn Khô–ngập 26,0 64,0 105 65,0 Giồng Riềng Ngập liên tục 25,5 67,5 137 76,7 Giồng Riềng Khô–ngập 26,5 59,0 109 64,8 Từ kết quả l C2H4/m2/giờ), lượng đạ toán và trình bà
đo hoạt động khử acetylene tạo ra ethylene (µmo
m vi sinh vật cố định trong ruộng lúa ở Ô Môn và Giồng Riềng được tính y ở Bảng 3.9.
Bảng 3.9 Lượng đạm (mg N/m2/ngày) ở ruộng lúa Ô Môn và Giồng Riềng, vụ HT 2008
Ngày sau khi sạ Nhân tố Nghiệm thức
10 ngày 20 ngày 45 ngày
Ô Môn 8,9 23,1 31,9 Loại đất Giồng Riềng 8,7 21,3 41,4 ns ns ns Ngập nước liên tục 8,8 22,3 44,9 Chếđộ
quản lý nước Khô–ngập luân phiên 8,8 22,1 28,4
ns ns *
Ghi chú: ns: không khác biệt ý nghĩa thống kê; * : khác biệt có ý nghĩa thống kê
Ở
hức ngập nước liên tục (44,9 mg N/m2/ngày) cao hơn khácbiệt so với nghiệm thức khô–ngập (28,4 mg N/m2/ngày).
Theo nghiên cứu của Ishizawa et al. (1987) cho thấy sự ngập nước đã cung cấp điều kiện thích hợp cho sự cố định đạm trên rễ cây lúa. Kết quả nghiên cứu ở đất ngập nước liên tục cố định đạm tự do cao hơn ruộng ngập ướt khô xen kẽ cũng phù hợp với nghiên cứu của Trolldeneir (1975) cũng cho thấy lượng đạm cố định
được ước lượng là 63 kg N/ha trên đất trồng lúa ngập nước và 28 kg N/ha trên đất lúa không ngập nước. Roger và Ladha (1992) cho biết lượng đạm từ cố định đạm không cộng sinh trong điều kiện đất ngậ nước lớn hơn trong điều kiện thoáng khí.
đóng góp m là 30–40 kg N/ha cho dinh
ng chủng vi khuẩn và đất thiếu đạm.
Choudhury và
r, Clostridium à Burkholderia có thể thay thế cho bón phân đạm, trong khi Rhizobium có thể xúc tiến sự tăng trưởng hoặc cải thiện hình
thá lúa.
thời điểm 10 ngày và 20 ngày sau khi sạ, lượng đạm do vi sinh vật cốđịnh
được ở các nghiệm thức quản lý nước và 2 loại đất thì không khác biệt ý nghĩa qua thống kê. Ở thời điểm 45 NSKS, lượng đạm được cốđịnh ở nghiệm t
p
Chalk (1991) cho rằng sự cố định đạm của vi khuẩn khi có hiện diện của rễ lúa
ột lượng ý nghĩa về mặt nông học của đạm
dưỡng cây trồng nông nghiệp vùng nhiệt đới trong điều kiện trồng khô
Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng đạm được cố định tăng theo thời gian sinh trưởng của cây lúa, sau khi sạ 10 ngày thì lượng đạm được cốđịnh thấp (8,7– 8,9 mg N/m2/ngày). Đến giai đoạn 20 NSKS, lượng đạm cố định tăng lên (22,1– 23,1 mg N/m2/ngày), đến giai đoạn 45 ngày thì lượng đạm cao nhất trong 3 thời
điểm khảo sát (28,4–44,9 mg N/m2/ngày). Điều này có liên quan đến khả năng phát triển bộ rễ lúa cao vào giai đoạn 45 NSKS. Sử dụng phương pháp ARA đã tìm thấy hoạt tính cao của nitrogenase hiện diện ở vùng rễ lúa ngập nước.
Kennedy (2004) cho biết sự cố định đạm bởi một số vi khuẩn như Azotobacte , Azospirillum, Herbaspirillum v
Hình 3.16 cho thấy vi khuẩn Azotobact Môn và
được quan sát dưới kính hiển vi điện tử. V uẩn Azotobacter chỉ là thành
ph ố qu t c tự ộn hống cố định đạm sin p n ồm , vi khu tổn ư ng uẩn c lượng 10–80 kg n 84 hám uẩn lam ấy để cải thiện độ phì của đất và năng suất lúa. Hoạt đ
er được phân lập từđất lúa Ô
i kh một
ần trong s ần thể của vi sinh vậ ốđịnh đạm do trong ru g lúa. Hệ t h học chủ yếu trong đất lúa ngậ ước bao g khuẩn lam
ẩn quang g hợp, vi khuẩn dị d ỡng. Sự đó góp của kh lam được ướ
N/ha/vụ (Watanabe a d Roger, 19 ). Từ khi k phá ra kh làm tăng đạm dưới điều kiện ngập nước, nhiều thí nghiệm chủng vi khuẩn được thực hiện sử dụng khuẩn lam nuôi c
ộng của vi khuẩn dị dưỡng trong hệ thống cố định đạm sinh học là 7 kg N/ha/vụ (App et al., 1986). Tuy nhiên, theo các tác giả Zhu et al. (1984), Shrestha và Ladha (1996) tìm thấy sựđóng góp của vi khuẩn này là 11–16 kg N/ha/vụ, góp phần cho tổng nhu cầu đạm của lúa là 16–21%.
Hình 3.16 Vi khuẩn được phân lập từđất lúa Ô Môn, được quan sát
n so với nghiệm thức khô–ngập luân phiên.
dưới kính hiển vi điện tử phóng đại 16.000 lần
Như vậy, qua thí nghiệm này cho thấy, lượng đạm được cố định bởi các vi sinh vật tăng dần qua 3 giai đoạn khảo sát và ở nghiệm thức ngập nước liên tục thì lượng đạm được cố định luôn cao hơ
Giữa hai loại đất thì không khác biệt. Mỗi vụ lúa (90 ngày) ước tính trung bình cố
m tự do ở ruộng ngập nước liên tục khoảng 22,8 k
định đạ g N/ha và ruộng khô ngập
xen kẽ
ần qua các giai đoạn lấy mẫu và kết
ả th
khoảng 17,8 kg N/ha [Phụ lục 5].Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Roger và Ladha (1992) cho thấy sựđóng góp của cốđịnh đạm trên đất trồng lúa
được xác định từ 14–50 kg N/ha/vụ và Trolldeneir (1975) ước lượng được lượng
đạm được cốđịnh ở đất ngập nước cao hơn đất trồng không ngập nước.
3.4.1.2 Mật số vi sinh vật cốđịnh đạm tự do
Mật số vi sinh vật cố định đạm tăng d
qu í nghiệm cũng cho thấy, nghiệm thức ngập nước liên tục luôn có mật số cao hơn nghiệm thức khô–ngập luân phiên ở cả 2 địa điểm (Hình 3.17).
Hình 3.17 Mật số tổng vi sinh vật cố định đạm lúc lúa 10, 20 và 45 ngày tại: ụ HT 2008
Ghi ch
không bắt buộc, dị dưỡng, quang d
(a) Giồng Riềng (b) Ô Môn, v
ú: CFU (Coliform Forming Units): đơn vị thành lập khuẩn lạc
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy các vi sinh vật cốđịnh đạm trong ruộng lúa thì rất đa dạng, bao gồm các loài như: hiếu khí, kỵ khí
ưỡng, các loài này được tìm thấy trong hệ sinh thái lúa ngập nước mà nó
đóng góp đạm cho đất. Qua kết quả khảo sát ở giai đoạn 10, 20 và 45 NSKS, mật số
CFU/ml) (Bảng 3.10). Mật số vi sinh vật cố định đạm trong đất lúa tăng dần theo thời gian sinh trưởng của lúa. Trong điều kiện ngập nước liên tục thì mật số tổng vi sinh vật cốđịnh đạm cao hơn so với điều kiện khô ngập luân phiên.
Bảng 3.10 Mật số vi sinh vật cốđịnh đạm tự do ởđất lúa tại Ô Môn và Giồng
Mật số vi sinh vật (log CFU/ml) ở các i điểm (ngà Riềng, vụ HT 2008 [Phụ lục 5] thờ y sau khi sạ) Địa điểm Quản lý nước 4 10 20 5 Ngập nước liên tục 8,85 bc 8,98 b 9,15 a Ô Môn ô ngập luân phiên 8,83 c 8, 9,04 Ngập nước liên tục 9,00 a 9,10 a 9,12 ab G. Riềng ô ngập luân phiên 8,91 b 8, 9,06 Kh 91 b c Kh 99 b bc
Các trị trung bình theo có các ch ong cùng một cột thì khác ĩa th ng k .
Tóm lại, qua thí nghiệm cốđịnh đạm tự do trên ruộng lúa trên đất phèn nhẹở
Giồng
sau ữ khác nhau tr biệt có ý ngh ố ê (p<0,05)
Riềng và Ô Môn với hai chếđộ tưới liên tục và tưới tiết kiệm cho thấy không có sự khác biệt giữa hai loại đất. Và đất ngập liên tục thì lượng đạm được cố định cao hơn so với nghiệm thức khô–ngập luân phiên.
3.4.2 Thí nghiệm 4: Nghiên cứu khả năng bốc hơi NH3 trên đất trồng lúa nước
Trong các dưỡng chất cần thiết cho cây trồng, chất đạm là nguyên tố dễ bị
mất đi nhất do bay hơi. Đạm có thể bay hơi dưới dạng NH3, N2O, NO, N2 và có thể
xảy ra cả trên đất khô và đất ngập nước.
Khi bón phân urea vào trong ruộng thì phân tử urea sẽ được chuyển hóa thành NH4+ thông qua quá trình thủy phân. Phản ứng hóa học này diễn ra sau khi urea
được hòa tan trong nước dưới điều kiện đồng ruộng. Dưới điều kiện pH kiềm thì NH4+ sẽ chuyển sang khí amoniac và chúng sẽ bốc hơi vào trong không khí. Ởđất chua urea phân giải chậm hơn, phân urea hòa tan trong nước tỉ lệ thuận với lượng đạm bón
vào. N
đạm mục 3.3.1). Ngoài ra, trong thí nghiệm cũng đưa vào phươn
pháp buồng thu
ơi và tỷ lệ amoniac mất do bốc hơi đối với mỗi thời kỳ bón phân (10 NSKS, 20 NSKS và 45 NSKS) và tổng
Trong đợt 10 NSKS của vụ Đông Xuân thì tổng lượng bốc hơi trong các ngày c
n thứ 2 (20 NSKS)
g, cũng giống nhưđợt thứ 1, m
hiệt độ, pH nước và nồng độ NH4+ là những nhân tố quan trọng ảnh hưởng
đến thế áp suất của khí NH3.
Để tính toán lượng đạm mất qua bốc hơi, thí nghiệm đã sử dụng phương pháp buồng thu trực tiếp lượng NH3 bốc hơi sau các thời kỳ bón phân urea (được tính toán trong cân bằng
g pháp mô phỏng, thông qua các chỉ tiêu pH, nhiệt độ và nồng độ NH4+ trong nước để tính toán lượng NH3 bốc hơi.
3.4.2.1 Xác định sự bốc hơi NH3 sau 3 thời kỳ bón phân urea của hai vụ Đông Xuân và Hè Thu bằng phương Xuân và Hè Thu bằng phương
Bảng 3.11 trình bày kết quả tính lượng amoniac bốc h
lượng bốc hơi của hai vụ Đông Xuân và Hè Thu. Thí nghiệm đo sự bốc hơi NH3 bằng hệ thống buồng thu, ruộng được bón 100 kg N/ha và được chia đều làm 3 đợt bón, mỗi đợt bón 33,3 kg N/ha để so sánh được tỷ lệ bốc hơi giữa các đợt với nhau.
- Thời kỳ bón phân thứ 1 (10 NSKS)
ủa đợt này là 4,56 kg N/ha chiếm 13,7 % lượng phân bón vào. Trong khi đó ở
vụ Hè Thu thì tổng lượng bốc hơi trong các ngày của đợt này là 0,71 kg N/ha, chiếm 2,13% lượng phân bón vào. Nhìn chung, tỷ lệ bốc hơi NH3 của vụ Đông Xuân lớn hơn vụ Hè Thu rất nhiều trong đợt này.
- Thời kỳ bón phâ
Đợt 20 NSKS, tỷ lệ bốc hơi amoniac cao hơn đợt thứ 1 và đợt thứ 3 và cũng là tỷ lệ bốc hơi cao nhất trong vụ Đông Xuân này, cụ thể là 4,92 kg N/ha (chiếm 14,7%). Trong khi đó tỷ lệ bốc hơi amoniac trong vụ Hè Thu của đợt thứ 2 thấp hơn
đợt thứ 1, cụ thể là 0,09 kg N/ha (chiếm 0,27 %). Nhìn chun
ức độ bốc hơi amoniac của đợt thứ 2 trong vụ Đông Xuân cũng lớn hơn nhiều so với vụ Hè Thu.
- Thời kỳ bón phân thứ 3 (45 NSKS)
Trong 3 đợt đo thì đợt thứ 3 của vụ Đông Xuân có tỷ lệ bốc hơi NH3 là thấp nhất với số lượng là 1,67 kg N/ha (chiếm 5,01%). Trong khi đó vụ Hè Thu thì tỷ lệ
bốc hơi cũng rất thấp với 0,23 kg N/ha (chiếm 0,69%).
Tóm lại, đối với vụ Đông Xuân trong 3 đợt bón phân bằng nhau, thì đợt thứ
2 là bốc hơi nhiều nhất, kếđến là đợt thứ 1 và cuối cùng đợt thứ 3 là bốc hơi ít nhất. Và tổng lượng bốc hơi NH3 của cả 3 đợt là 11,1 kg N/ha (chiếm 11,1%). Tỷ lệ này thấp hơn kết quả nghiên cứu của Freney et al. (1990) tại IRRI theo nghiên cứu này khi urea được bón vào trong nước ruộng thì amoniac trong ruộng mất khoảng từ
10% đến 56% lượng bón vào.
ĐX 2007-2008 và HT 2008
Bảng 3.11 Lượng amoniac bốc hơi sau các thời kỳ bón phân urea của vụ
Đông Xuân 2007-2008 Hè Thu 2008
Tỷ lệ phân urea bón (kg N/ha) Lượng NH3 bốc hơi (kg N/ha) % NH3 bốc hơi Lượng NH3 bốc hơi (kg N/ha) % NH3 bốc hơi 10 NSKS 33,3 4,56 13,7 0,71 2,13 20 NSKS 33,3 4,92 14,7 0,09 0,27 45 NSKS 33,3 1,67 5,01 0,23 0,69 Tổng 100 11,1 11,1 1,03 1,03
Trong khi đó, tỷ lệ bốc hơi khí NH3 qua ba đợt bón phân của vụ Hè Thu 2008 là rất thấp, chỉ có 1,03%. Tỷ lệ bốc hơi khí NH3 trong đợt thứ 2 (20 NSKS) của vụ
Hè Thu này là thấp nhất trong 3 đợt đo. Điều này có thể là do các ngày đo của đợt 2 giá trị rung bình của đợt thứ 2 chỉ có 3,81 và
đây là giá trị thấp đo được trong suốt tiến trình làm thí nghiệm. Mặc dù ở đợt thứ 2 này nồng độ NH4+ cũng khá cao nhưng do giá trị pH thấp đã ngăn cản chuyển hóa
NH4+ s ợc gọi chung là ammoniacal–N, nồng đ 3). Vì thế, mà tỷ lệ NH3 bốc hơi của đợt thứ ba từ ruộng thí nghiệm là rất thấp so với hai đợt còn lại.
Như vậy, nếu so sánh giữa hai vụ lúa, thì vụ Đông Xuân tỷ lệ bốc hơi khí NH3 luôn vượt trội gấp nhiều lần so với vụ Hè Thu. Điều này có thể giải thích là do giá trị pH qua các ngày của từng đợt của vụĐông Xuân luôn cao hơn vụ Hè Thu. Vì sự hình thành khí NH3 và bốc hơi NH3 sẽ gia tăng đáng kể cùng với sự gia tăng pH (Freney et al., 1983).
Đồng thời, qua nghiên cứu cũng cho thấy sự mất đạm qua bay hơi ởđất phèn o thấy sự bay hơi của NH3 sau các thời kỳ bón urea trên các loại đất rất biến động từ 0,5–53%, nhưng
3.4.2.2 M
c diễn biến của lượng phát thải NH3, đ
ợc trình bày sau đây:
ang NH3. Vì theo Freney et al. (1983) thì sự chuyển hóa NH4+ sang NH3 phụ
thuộc rất lớn vào pH của nước ruộng. Thực tế đã có nhiều nghiên cứu cho rằng thành phần NH4+ và NH3 cân bằng trong nước đư
ộ của NH3 (trong dung dịch) thay đổi tỉ lệ với NH4+. NH3 này sẽ tăng 10 lần trên sự tăng 1 đơn vị pH của dung dịch lên đến pH = 9, cụ thể là khi NH3 tăng lần lượt từ 0,1% đến 1%, 10%, 50% khi pH tăng từ 6 đến 7, 8, 9 (Freney et al., 198
rất thấp. Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Khanif (1992) ch
đất phèn rất thấp từ 0,5–16,4%.
ô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán
Việc đo lường mức độ phát thải NH3 trong điều kiện đồng ruộng đòi hỏi thiết