1.2.3.1. Hình thức sử dụng đất với tốc độ thấm.
Ảnh hưởng hình thức sử dụng đất đến lý tính của đất được đề cập trong nghiên cứu của Spaans và cộng sự (1989) [169] và một số nghiên cứu chứng minh thay đổi lý tính đất sau khi phá rừng làm đất nơng nghiệp (Lal, 1990) [107].
Khi thảm thực vật tự nhiên bị mất, mưa tác động trực tiếp lên bề mặt đất, làm tăng sự hình thành váng bề mặt, giảm sự tái tuần hồn của chất hữu cơ trong đất, giảm khả năng giữ nước của đất và tốc độ thấm [122]. So với đất chịu tác động của con người, đất dưới điều kiện thảm thực vật tự nhiên (ví dụ đất rừng nguyên sinh) cĩ những đặc tính chung như: dung trọng thấp và tốc độ thấm nước bão hịa cao, độ xốp tổng số, mao quản lớn, là kết quả của gĩc lá che phủ, lượng chất hữu cơ đưa vào, sự phát triển và phân hủy rễ cây và sự phong phú của hệđộng vật đất (Lee và Foster, 1991) [113]. Ngược lại, đối với đất dưới tác động của con người thì thơng thường hàm lượng hữu cơ tầng mặt lại giảm; chăn nuơi hay sử dụng cơ giới làm chặt đất, tăng dung trọng và giảm tốc độ thấm (Celik, 2005; Li Y.Y. và Shao M. A., 2006) [38], [115].
Jimenez và cộng sự (2006) cho rằng thay đổi hình thức sử dụng đất đã làm thay đổi đáng kể các tính chất ban đầu của đất [97]. Thay thế hệ thực vật tự nhiên đã làm giảm sự phát triển bộ rễ, hoạt động của động vật đất, giảm khả năng kéo dài của hệ thống mao quản (Reiners và cộng sự, 1994) [154]. Sự phát triển bộ rễ thảm thực vật rừng, cây bụi cĩ sự khác biệt vềđộ sâu, đường kính, sự phân bổ, sinh khối hơn là sự phát triển của hệ thống rễ của cây cỏ hay cây trồng canh tác (Jacson và cộng sự, 1996) [95]. Chuyển đổi từ thảm thực vật tự nhiên sang hình thức sử dụng khác đã làm giảm sự tích lũy hữu cơ của
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 30
đất, ảnh hưởng đáng kể tới khả năng giữ nước và kết cấu đất (Harden, 2003) [88].
Giertz S., Junge B. (2005) cho rằng hình thức sử dụng đất ảnh hưởng đáng kể đến chế độ nước của vùng á nhiệt đới. Một trong những yếu tố tác động do sản xuất nơng nghiệp là làm giảm mao quản lớn, khả năng thấm, làm giảm số lồi cũng như hoạt động của sinh vật đất [81].
William, J. R. và cộng sự (1984) [192] xác định tốc độ thấm bão hịa theo tầng đất trên các loại hình sử dụng (Bảng 1.6).
Bảng 1.6 : Tốc độ thấm trên các loại hình sử dụng đất
Tốc độ thấm bão hịa theo tầng đất (mm/giờ)
Hình thức sử dụng đất (0 - 15 cm) (15 - 30 cm) (30 - 60 cm) ðất nơng nghiệp 11,0 10,2 11,1 ðất trồng cỏ 9,7 10,0 10,2 ðất rừng keo (Acacia nilotica) 10,3 10,7 11,0
Nguồn: William J. R., Jones C. A. & Dyke P. T. (1984) [192]
Spaas và cộng sự (1990) nghiên cứu đất rừng chuyển sang đất trồng cỏ trong 3 năm ở Coasta Rica cho thấy tốc độ thấm bão hịa giảm xuống từ 1000 cm xuống 50 cm/ngày [170].
Deuchare và cộng sự (1999) cho biết khi đất rừng chuyển đổi thành đất chăn thả thì đất bị nén chặt và dẫn tới giảm độ xốp của đất [58]. Khi chuyển đổi ngược lại, từ đất chăn thả sang đất rừng, thì tốc độ thấm tăng, xĩi mịn giảm theo thời gian trồng (Carter và cộng sự, 1998) [37].
Kết quả nghiên cứu của Mbagwu và cộng sự (1993) cho thấy: Khu khơng làm đất - khơng che phủ, đất đồng cỏ chăn thả và đất bỏ hĩa tốc độ thấm thấp, trong khi đĩ cĩ làm đất - che phủ thì đất rừng được thảm thực vật tự nhiên che phủ cĩ tốc độ thấm cao hơn [124].
Price và cộng sự (2008) cho biết đất rừng cĩ sự sai khác rất lớn về dung trọng, tốc độ thấm nước của đất và khả năng trữ ẩm cao hơn đất đồng cỏ và
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 31
đất dùng để chăn thả. Tốc độ thấm trung bình trên đất rừng lớn hơn gấp 7 lần so với đất trồng cỏ và đất chăn thả [149].
Sản xuất nơng nghiệp đã làm giảm mạnh các bon và chất hữu cơ trên đất chua nhiệt đới (Mbagwu và cộng sự, 1993) [124]; giảm một số tính chất hĩa học của đất (Fesha và cộng sự, 2002) [71]; giảm lượng sét và kết quả là đã tác động tới đồn lạp và độ bền của đồn lạp (Mbagwu và cộng sự, 1993) [124].
ðất trồng cỏ chuyển sang canh tác nơng nghiệp 14 năm đã làm giảm khả năng giữ nước của đất gần 19 %. Khả năng giữ nước của đất giảm là do đã giảm các đồn lạp ở kích thước từ 1- 4 mm. Trong thời gian ngắn đất canh tác cĩ ảnh hưởng tích cực, tạo thuận lợi để tăng khả năng giữ và vận chuyển nước trong đất. Tuy nhiên, về lâu dài sẽ làm giảm khả năng thấm, tăng mức độ rửa trơi và giảm hiệu quả sử dụng nước [143]. Chăn thả trên đồng cỏ làm giảm khả năng thấm của đất bởi xáo trộn đất và thực vật che phủ (Wood và cộng sự, 1989) [195]. Như vậy các loại hình sử dụng đất ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất của đất, đặc biệt tới khả năng giữ và thấm nước của đất. 1.2.3.2. Kỹ thuật canh tác với tốc độ thấm của đất
Các biện pháp kỹ thuật canh tác cĩ thể làm thay đổi chếđộẩm và nhiệt như: biện pháp làm đất, chếđộ tưới, trồng cây che phủ; đây là yếu tố chủ yếu tác động đến các đặc tính nước của đất, xĩi mịn, độ chặt; thay đổi cấu trúc của mao dẫn ảnh hưởng đến tốc độ thấm của đất (Harden, 2003) [88].
Lựa chọn hệ thống và kỹ thuật canh tác trên đất dốc, đặc biệt là hoạt động làm đất cĩ khả thi, sẽ làm giảm chảy tràn, mất đất và tăng tốc độ thấm (Lal và Vandoren, 1990; Moroke và cộng sự, 2009) [107], [136].
Các biện pháp canh tác làm đất ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước mao dẫn, cắt đứt mao dẫn và ảnh hưởng đến tính dẫn nước của đất. Cĩ nhiều
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 32
nghiên cứu xác định tính thấm của đất liên quan tới việc làm đất nhưng cịn nhiều mâu thuẫn, vì phụ thuộc vào: quá trình canh tác, vùng khí hậu, kỹ thuật làm đất, mức độ bão hịa và chưa bão hịa nước của đất.
Theo Benjamin (1993) khi làm đất tối thiểu thì tính thấm lớn hơn so với chỉ áp dụng kỹ thuật làm đất thơng thường [23]. Một số tác giả khác (Baumhart và Lescano, 1996) [20] cĩ cùng quan điểm. Sharratt B. và cộng sự (2006) cho rằng làm đất tối thiểu là biện pháp kỹ thuật tốt để tăng tốc độ thấm tối đa ở Alaska [164], là phương pháp kiểm sốt xĩi mịn đất cĩ hiệu quả (Uri và cộng sự, 1999) [182]. Khơng làm đất thúc đẩy khả năng thấm của đất so với kỹ thuật làm đất thơng thường (Meek và cộng sự, 1992) [128]. Nguyên nhân của tăng khả năng thấm là do giảm xáo trộn đất (Mielke và Wilhelm, 1998) [131], tăng hàm lượng chất hữu cơ và độ bền của đồn lạp (Lal và cộng sự 1990) [107], tăng số lượng các lỗ giun, tạo được các mao dẫn sinh học thẳng bằng rễ cây trồng và giun đất. Các mao dẫn sinh học ít bị gấp khúc và ổn định cĩ tác dụng vận chuyển nước và khơng khí, tăng sự phát triển của bộ rễ so với các mao dẫn được tạo ra do cày đất (Lal và Vandoren, 1990) [107]. Thêm vào đĩ, làm đất tối thiểu lại giảm sự tác động làm chặt đất bởi các bánh xe của máy làm đất (ECAF, 1999)[65].
Áp dụng hình thức làm đất tối thiểu đất cĩ số lượng mao quản lớn và mao quản khơng bịđứt cao hơn so với làm đất thơng thường do sự phát triển đa dạng sinh vật đất và ít xáo trộn tầng đất canh tác (Wahl, 2004) [184].
Tủ phụ phẩm cây trồng và che phủ giúp cho bảo vệ bề mặt đất vì giảm thiểu lực tác động trực tiếp của hạt mưa (Duley, 1939; Moldenhauer và Kemper, 1969) do vậy cải thiện được đồn lạp của lớp đất bề mặt [61], [133].
Một số tác giả khác cho rằng các biện pháp làm đất thơng thường đã làm cho đất bị tác động bởi khơng khí, ánh sáng mặt trời và giĩ; cịn làm đất tối thiểu kết hợp với che phủđất đã làm dung hịa sự tác động của chếđộ khơ - ẩm luân phiên (Denef và cộng sự, 2001) [55]. Sự trương và phân tán do thay
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 33
đổi chếđộ khơ - ẩm cĩ thể giảm bằng các chất mùn bổ sung vào đất (Piccolo và cộng sự, 1997) [144]. Thêm vào đĩ, kỹ thuật bảo vệ đất làm tăng hàm lượng hữu cơ trong đất, giảm xĩi mịn, tăng tốc độ thấm, đồn lạp bền trong nước và sinh khối của vi sinh vật (Fesha và cộng sự, 2002) [71].
Áp dụng làm đất tối thiểu trong thời gian dài làm tăng khả năng giữ nước ở tầng đất từ 0 - 12 cm so với áp dụng hình thức làm đất thơng thường; độ xốp khá khi áp dụng làm đất tối thiểu là 45 %, cịn khi làm đất thơng thường độ xốp là 39 % [28].
Các hoạt động làm đất quá kỹ đã làm giảm chất hữu cơ, giảm kết cấu và dẫn đến tăng xĩi mịn đất (Tisdall và Oades 1982; Kay, 1998) [177], [101]. Tuy nhiên, một vài nghiên cứu ở Rolling Pampa của Sasal M. C., Andriulo A. E., Taboada M. A., 2006; Miller và cộng sự, 1998 cho kết quả ngược lại; nếu áp dụng kỹ thuật làm đất tối thiểu thì tốc độ thấm thấp hơn so với áp dụng cày bằng đĩa [156], [132]; làm đất tối thiểu làm giảm tốc độ thấm (Lindstrom và cộng sự, 1981; Unger, 1992) [116], [181]. Áp dụng kỹ thuật làm đất tối thiểu cĩ tốc độ thấm tương đương hoặc nhỏ hơn so với hình thức làm đất thơng thường (Unger, 1992) [181], sự khác biệt đĩ khơng rõ theo thời gian (Ankeny và cộng sự, 1990; Dunn và Phillip, 1991) [16], [62].
Một số biện pháp kỹ thuật khác:
Ghawi và Battikhi (1986) dùng phụ phẩm để che phủ đất; đĩ là biện pháp hiệu quả giữ nước bởi vì giảm sự chảy tràn bề mặt và tăng tốc độ thấm của nước vào đất [80]; làm giảm sự mất nước ở vùng rễ cây trồng, giảm sự hình thành váng và xĩi mịn do lực tác động của hạt mưa (Lal, 1979) [106].
Adams (1966) cho rằng che phủ rơm rạ làm tăng đáng kể tốc độ thấm trên đất dốc [11]. Bernett và cộng sự (1967) quan sát thấy, khi đất được che phủ bằng rơm rạ thì dịng chảy bề mặt giảm 17 % và lượng đất mất 3,4 tấn/ha, trong khi đất khơng được phủ các chỉ số này là 38 % và 20,2 tấn/ha [24].
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 34
Lattanzi và cộng sự (1974) cho rằng: lượng đất mất do xĩi mịn giảm 40 % khi bề mặt được tủ 6 tấn thân lúa mì/ha và giảm tới 80 % khi tủ 9,2 tấn/ha [109]. Mc.Calla và cộng sự (1963) cho biết đất được che phủ bằng rơm rạ đã làm tăng tốc độ thấm so với đất phủ bằng hỗn hợp các chất hữu cơ [125]. Theo Mannering và Meyer (1961) khi phủ thân cây ngơ được chặt thì đã giảm được một nửa lượng đất mất [121]. Meyer và cộng sự (1970) cũng cho rằng: khi phủ 0,5 tấn phụ phẩm rơm rạ/ha thì cĩ thể giảm được 1/3 lượng đất mất so với khơng được che phủ, nếu che tủ 5 tấn phụ phẩm rơm rạ cĩ thể giảm được tới 95 % lượng đất mất [130]. Khan và cộng sự (1988) cho biết che phủ bằng thân rơm rạ tốt hơn so với trồng cây che phủ [102]. Lal (1979) cho rằng trên đất cày che phủđất 4 - 6 tấn rơm rạ sẽ cho hiệu quả cao để giảm dịng chảy bề mặt và lượng đất mất ở độ dốc từ 1 - 15 %; cịn nếu khơng làm đất thì cĩ thể ngăn chặn được dịng chảy bề mặt và lượng đất mất tương đương với mức che phủ 4 - 6 tấn phụ phẩm/ha [106].
Việc che phủ đất rất cĩ lợi đối với những vùng nhiệt đới cĩ cường độ mưa lớn và trên đất dốc do giảm được dịng chảy bề mặt và lượng đất mất [12].
Làm đất tạo nên sự xáo trộn đồn lạp, làm chặt đất và xáo trộn quần thể thực và động vật đất (Plante và McGill, 2002) [146]. So với biện pháp cày đất, áp dụng kỹ thuật làm đất tối thiểu làm tăng đồn lạp bền và các bon hữu cơ đất (Filho và cộng sự, 2002) [72]. Giảm làm đất cĩ thể làm tăng mao dẫn lớn, mao dẫn sinh học, tăng sự di chuyển của nước, nước hữu hiệu và tăng chất lượng nước (Warkentin, 2001) [185]. Ngược lại, điều đĩ cũng tác động đến việc thấm sâu và mất dinh dưỡng theo nước ngầm. Cường độ và thời gian làm đất quyết định mức độ ảnh hưởng của việc làm đất đến các bon hữu cơ trong đất (Studdert và Echeverria, 2000) [172].
Tăng cường che phủ cho bề mặt đất đã làm giảm xĩi mịn, giảm bốc hơi, bảo vệ sự tác động trực tiếp của hạt mưa và tăng độ bền của đồn lạp
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ... 35
(Layton và cộng sự, 1993) [110]. Che phủ cho đất làm tăng sự tích lũy các bon hữu cơ cho đất (Sharma và Acharya, 2000) [163], làm thay đổi chế độ nhiệt, độ ẩm của đất và tác động đến động vật đất. Trả lại phụ phẩm cho đất cải thiện cấu trúc đất (Martens, 2000) [123].
ðồn lạp đất biến động mạnh dưới các loại cây trồng, do việc luân canh và trồng cây che phủ (Jarecki và Lal, 2003) [96]. Mức độ tác động của cây trồng đối với đồn lạp đất cịn phụ thuộc vào hợp chất hĩa học của cây trồng (Martens, 2000) [123], cấu trúc và độ bền rễ cây trồng làm thay đổi tính chất hĩa sinh của đất (Chan và Heenan, 2003) [40]. Áp dụng hình thức làm đất thơng thường cĩ hiệu quả trong thời gian nhất định (Chan và Heenan, 2003) [40]. Trên một số loại đất, việc luân canh khơng ảnh hưởng đến độ bền của đồn lạp (Filho và cộng sự, 2002) [72]. ðất được trồng cây che phủ làm tăng hàm lượng hữu cơ cho đất, giảm xĩi mịn, tăng CEC, tăng độ bền của đồn lạp, tăng tốc độ thấm, tái tạo dinh dưỡng cây trồng. Trả lại phụ phẩm từ cây trồng che phủ cĩ thể làm tăng sinh khối của vi sinh vật, sự hơ hấp, khống hĩa N và làm thay đổi quần thể vi sinh vật đất (Schutter và Dick, 2002) [161].
Trồng cây họđậu trong hệ thống nơng nghiệp làm giảm xĩi mịn đất và cải thiện khả năng sản xuất của đất trồng (Craswell và cộng sự, 1997) [46]. Nơng lâm kết hợp ảnh hưởng đến hữu cơ đất và dần dần ảnh hưởng đến đồn lạp đất so với áp dụng hệ thống canh tác thơng thường (Mugendi và cộng sự, 1999) [137].
Bĩn bổ sung phân hữu cơ trong thời gian từ 7 - 23 năm đã làm thay đổi đáng kể các tính chất của đất như: độ xốp, dung trọng, kết cấu đất, khả năng giữ nước và cung cấp dinh dưỡng, làm tăng năng suất cây trồng, tăng hiệu quả kinh tế, giảm lượng đất mất do xĩi mịn và lắng cặn chảy tràn (tăng độ xốp và