Các nghiên cứu về tương quan giữa độ dẫn điện và hàm lượng Fe trong đất với hàm lượng tích lũy Phytolith trong đất cịn hạn chế, đối với 39 mẫu thu thập tại Đồng bằng sông Hồng, phương trình tuyến tính thể hiện tương quan giữa EC và hàm lượng phytolith mang giá trị âm nhưng có giá trị tuyệt đối rất thấp, do đó, có thể coi 2 đại lượng này gần như khơng có liên quan với nhau. Đối với hàm lượng Fe trong đất, đồ thị thể hiện tương quan thuận giữa Fe và hàm lượng phytolithcó trong các mẫu tại đồng bằng sơng Hồng. Nhìn chung, mối liên hệ giữa hàm lượng phytolith với EC và Fe được thể hiện tại hình 18 và 19.
Hình 18: Đồ thị thể hiện tương quan giữa giá trị EC và hàm lượng Phytolith trong đất
Hình 19: Đồ thị thể hiện tương quan giữa hàm lượng Fe và hàm lượng Phytolith trong đất
Bằng phương pháp phân tích tương quan sử dụng phần mềm SPSS 20, kết quả cho thấy, mối tương quan thuận giữa hàm lượng phytolith trong đất với hàm lượng khoáng sét trong đất là rất rõ rệt, mối tương quan này được phần mềm nêu trên đánh giá có độ chính xác tới 99%. Theo Nguyễn Ngọc Minh và nnk (2015), lượng Silic mất đi bởi rửa trơi có thể lên tới 10 tấn/1 ha đất lúa, do đó việc khống sét có mặt ở hàm lượng lớn có thể sẽ làm giảm khả năng bị rửa trôi của phytolith, qua đó, lượng phytolith trong đất sẽ được giữ lại nhiều hơn. Tuy nhiên, để đánh giá rõ hơn mối tương quan rõ rệt này, các yếu tố tương tác hóa học có ảnh hưởng tới mối tương quan giữa hàm lượng sét và hàm lượng phytolith cần được xem xét ở các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 20: Đồ thị thể hiện tương quan giữa hàm lượng Phytolith và hàm lượng Sét trong đất
3.3.2. Đề xuất mơ hình tính tốn hàm lượng phytolith bằng phương pháp hồi quy đa biến đa biến
Trong các phương pháp phân tích thống kê, phân tích hồi quy đề cập đến việc nghiên cứu sự phụ thuộc của một biến số, biến phụ thuộc, vào một hay nhiều
biến số khác, biến độc lập, với mục đích ước lượng và dự đốn giá trị trung bình của biến phụ thuộc dựa trên những giá trị đã biết hay cố định của biến độc lập.
Đối với nghiên cứu này, đề tài sử dụng phần mềm SPSS 20 để phân tích hồi quy đa biến với kỳ vọng đề xuất được mơ hình tốn ước lượng hàm lượng phytolith tích lũy trong đất tại đồng bằng sơng Hồng dựa vào những yếu tố tương quan là pH, SOM, EC, hàm lượng Al, hàm lượng Fe, hàm lượng sét trong đất.
Kết quả tính tốn các hệ số bằng phần mềm SPSS 20 như sau:
Bảng 4: Kết quả phân tích hồi quy đa biến dự đốn hàm lượng Phytolith
Biến độc lập Kết quả Hệ số Sai số chuẩn pH -0,055 0,035 SOM 0,001 0,02 EC -8,322.10-5 0,000 Fe -0,001 0,015 Al 0,013 0,045 Hàm lượng Sét 0,007 0,004 Hệ số tự do 0,533 0,2
Từ kết quả trên,cơng thức dự đốn tương đối hàm lượng Phytolith tích lũy tại đồng bằng sông Hồng như sau:
Hàm lượng Phytolith (%SiO2) = -0,055.pH + 0,001.SOM – 8,322.10-5.EC - 0,001.Fe + 0,013.Al +0,007.Sét + 0,533.
Đề tài đã sử dụng số liệu sẵn có của các chỉ tiêu pH, SOM, EC, hàm lượng Fe, Al và khoáng sét để kiểm chứng mức độ chính xác của cơng thức dự đoán nêu trên đối với hàm lượng Phytolith mà đề tài đã tiến hành khảo sát trên thực tế. Đồ thị so sánh số liệu thực tế và số liệu tính tốn từ cơng thức dự đốn được thể hiện trên hình 21. Nhìn chung, cơng thức dự đốn từ phân tích hồi quy đa biến cho kết quả là đồ thị có dao động giữa các điểm cực đại và điểm cực tiểu thấp hơn so với thực tế, trừ một số điểm có giá trị phytolith cao bất thường, nhìn chung giá trị dự đốn khơng chênh lệch q lớn so với giá trị đo đạc thực tế.
Hình 21: Đồ thị thể hiện hàm lượng phytolith thực tế và dự đốn dựa trên mơ hình hồi quy đa biến
3.4. Cân bằng Silic tại đồng ruộng và vấn đề xuất khẩu rơm rạ tại Việt Nam
Đất phù sa hệ thống sơng Hồng vốn có màu nâu của đất nhiệt đới màu mỡ, tính chất lý hóa học của đất đặc trưng cho loại đất phù sa tốt cho nhiều loại cây trồng như thành phần cơ giới thịt trung bình đến thịt nhẹ, cấu trúc vi hạt kết tơi xốp, pH đất trung tính, hàm lượng dinh dưỡng NPK và chất hữu cơ từ khá đến giàu. Tuy nhiên, sau hàng ngàn năm canh tác lúa nước của nông dân vùng đồng bằng sông Hồng “cấy chay, bừa chùi” cùng với hệ thống đê điều bao quanh các dịng sơng có từ thế kỷ thứ 14 nhằm chống lụt, nhưng cũng đã ngăn cản sự bồi đắp phù sa sông cho đồng bằng, đến nay một diện tích lớn đất phù sa sơng Hồng đã bị suy thối trở thành đất bạc màu với hình thái phẫu diện đất và tính chất lý hóa học khác hẳn đất ban đầu [8]. Do đó, việc tìm hiểu cân bằng của các nguyên tố dinh dưỡng trong nông nghiệp để phục vụ việc canh tác bền vững là rất cần thiết. Đối với cân bằng Silic, đầu vào của Silic trong đất là từ q trình phong hóa, Si được bổ sung từ phân, nước tưới và Silic từ q trình lắng động khí quyển; đầu ra Silic trong đất bị mất đi do các quá trình bay hơi, mất theo năng suất cây trồng, mất do rửa trôi và mất đi nếu rơm rạ bị lấy khỏi đồng ruộng.
Hình 22: Cân bằng Silic trong canh tác lúa
Theo Husnain và nnk (2010), silic được bổ sung chủ yếu từ nước tưới tuy nhiên lượng mất đi khi thu hoạch là rất lớn, lượng Silic mất đi do thu hoạch lớn hơn 2 lần so với các nguyên tố khác như N, P, K. Do đó, lượng mất đi này khó có thể được bù đắp đủ bởi nguồn Silic tự nhiên như Silic sinh ra từ q trình phong hóa, do đó, việc bổ sung Silic từ phân là rất cần thiết. Cũng theo nghiên cứu này, lượng Silic sẵn có tại Java, Indonesia đã giảm từ 11% tới 20% trong 3 thập kỷ. Theo Nguyen (2015), bằng phương pháp mô phỏng sử dụng mơ hình Hydrus-1D, đã chỉ ra rằng rửa trơi cũng là 1 yếu tố làm giảm đáng kể Silic trên đồng ruộng, theo đó, lượng Silic mất đi do rửa trơi trên 1 ha đất lúa có thể lên tới 10 tấn Si/năm.
Các nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng rơm rạ là một nguồn dự trữ Silic rất lớn với hàm lượng từ 10-15% theo trọng lượng khô, theo Nguyen (2014), nếu đốt rơm rạ ở nhiệt độ là 6000C thì phytolith có trong rơm rạ sẽ hịa tan nhanh nhất để giải phóng các khống chất dinh dưỡng để bổ sung cho đất và cây trồng. Do đó, việc xử lý rơm rạ rồi bồi hồn lại cho đất giúp bổ sung lượng dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
Trong những năm gần đây, Việt Nam có xu hướng xuất khẩu rơm rạ sang các nước phát triển nhằm phục vụ nhu cầu chăn ni, sản xuất của các nước đó. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho biết rơm rạ là một nguồn chứa các chất dinh dưỡng với xấp xỉ 38,7% Cacbon, 12% Silic, 2,37% Kali, 1,13% Canxi và 0,53% Magie theo trọng lượng khô. Việc lấy rơm rạ khỏi đồng ruộng thay vì hồn trả lại sau khi thu hoạch đồng nghĩa với việc lấy đi một nguồn dinh dưỡng tiềm tang, ảnh hưởng tới canh tác bền vững và cần thiết phải bổ sung dinh dưỡng bằng phân bón.
Bảng 5: Khối lượng nguyên tố có trong rơm rạ thu hoạch trên 1 ha đất lúa
Nguyên tố % theo khối lượng khơ
trong rơm rạ
Khối lượng có trong rơm rạ thu được trên 1 ha đất lúa (12 tấn rơm rạ): tấn
C 38,7 4,65
K 2,37 0,2844
Si 12 1.2
Bảng 6: Lợi nhuận từ bán rơm rạ và chi phí người nơng dân phải bù cho lượng dinh dưỡng mất đi tương ứng
Nguyên tố Giá phân
(vnđ/kg) Giá phân/1kg nguyên tố (vnđ/kg) Chi phí (bù cho lượng) nguyên tố mất đi bằng phân bón (vnđ) Giá bán rơm thu được trên
1 ha đất lúa (vnđ/kg) K (Phân K2O, hàm lượng ~60%) 8.500 17.000 đ 4.800.000 Si (phân SiO2, hàm lượng ~32%) 9.000 60.000 đ 72.000.000 Tổng 76.800.000 đ 25.000.000 đ
Từ 2 bảng 6 và bảng 7, đối với 1 ha đất lúa cho 12 tấn rơm rạ/năm, lượng Silic và Kali ngun tố có trong 12 tấn rơm rạ khơ lần lượt là 1200 kg và 284,4 kg. Theo khảo sát, giá phân Kali đỏ (hàm lượng 50-60%) có giá tham khảo là
8.500đ/kg, phân Silica (hàm lượng 32%) có giá tham khảo là 9.000/kg, giá bán rơm rạ 25.000/12 kg. Như vậy, theo tính tốn của đề tài, trong trường hợp người dân bán hết 12 tấn rơm rạ/1 ha đất trồng lúa thì chi phí để mua phân hoàn trả lại lượng dinh dưỡng tương ứng mất đi sẽ gấp 3 lần lợi nhuận thu về từ việc bán rơm. Do đó, xét về phương diện kinh tế, nếu người nơng dân bán rơm rạ thì sẽ mất đi lượng chất dinh dưỡng trong rơm rạ (quy ra phân bón) bằng 3 lần lớn hơn giá bán thực tế rơm rạ.
Từ những kết quả ban đầu nêu trên, việc có thêm những nghiên cứu nhằm đánh giá cụ thể, rõ ràng hơn về lợi ích cũng như thiệt hại của việc xuất khẩu rơm rạ là rất cần thiết nhằm đưa ra những tư vấn chính xác cho những nhà quản lý, những người làm chính sách.
KẾT LUẬN
Bằng các phương pháp thí nghiệm và phân tích thống kê trên 39 mẫu đất được thu thập tại 10 tỉnh, thành phố tại khu vực Đồng bằng sông Hồng là: Hà Nội, Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình, Hải Phịng, Vĩnh Phúc, Hà Nam, Hải Dương, Quảng Ninh và Bắc Ninh, nghiên cứu đã rút ra một số kết luận như sau:
- Mặc dù có sự khác nhau về các tính chất hóa lý, đa phần các mẫu đất đều có tính chất thuận tiện cho việc canh tác nông nghiệp. Các mẫu đều chứa hàm lượng cấp hạt sét cao, làm tăng khả năng giữ các chất dinh dưỡng phục vụ cho cây trồng. Khu vực nghiên cứu đa phần có tính chất đất ở mức axit nhẹ, với giá trị pH nằm trong khoảng từ 3,86 – 7,35 với giá trị trung bình là 5,38 ± 0,64. Hầu hết các mẫu đất có chứa hàm lượng chất hữu cơ ở mức trung bình cho đến cao, với giá trị từ 1,14 – 7,93 %C, giá trị hàm lượng chất hữu cơ trung bình là 4,12±1,46 %C.
- Hàm lượng phytolith trong khu vực nghiên cứu có giá trị từ 0,17%- 0,88% SiO2 với giá trị hàm lượng phytolith trung bình là 0,43±0,13% SiO2.
- Nghiên cứu đã đánh giá sự tương quan giữa hàm lượng Phytolith với các yếu tố lý, hóa học trong đất là pH, SOM, EC, hàm lượng Al, hàm lượng Fe và hàm lượng sét trong đất. Kết quả cho thấy hàm lượng phytolith tương quan nghịch với pH, tương quan thuận với SOM, hàm lượng Fe, Al và khoáng sét. Đối với chỉ tiêu EC trong đất, hàm tuyến tính có hệ số góc mang giá trị tuyệt đối rất thấp, thể hiện việc hàm lượng phytolith khơng thực sự có tương quan rõ rệt với chỉ tiêu EC.
- Nghiên cứu sử dụng mơ hình hồi quy đa biến bằng phần mềm SPSS 20 đã đề xuất được cơng thức dự đốn hàm lượng Phytolith dựa trên các yếu tố có tương quan đến hàm lượng phytolith trong đất nêu trên. Cơng thức có dạng: Hàm lượng Phytolith (%SiO2) = -0,055.pH + 0,001.SOM – 8,322.10-5.EC -0,001.Fe + 0,013.Al +0,007.Sét + 0,533. Nghiên cứu đã tiến hành kiểm chứng độ chính xác của cơng thức trên bằng cách sử dụng số liệu thực tế của các tính chất lý, hóa học trong đất để tính ra hàm lượng phytolith dự đốn và so sánh với hàm lượng phytolith thực tế, kết quả cho thấy ngoại trừ một số điểm có hàm lượng phytolith cao bất thường, nhìn
chung kết quả dự đoán và hàm lượng phytolith thực tế không chênh lệch nhau nhiều.
- Trong bối cảnh Việt Nam có xu hướng xuất khẩu rơm rạ sang các nước phát triển phục vụ nhu cầu chăn ni, sản xuất, việc đánh giá chi phí – lợi ích của việc xuất khẩu bước đầu cho thấy lợi ích từ việc xuất khẩu rơm rạ là chưa thực sự rõ ràng, trái lại cịn có thể tác động xấu đến dinh dưỡng trong đất nông nghiệp và đời sống của người nơng dân. Do đó, cần có thêm các nghiên cứu khác để đánh giá rõ ràng hơn những lợi ích và thiệt hại từ việc xuất khẩu phụ phẩm nông nghiệp, cụ thể là rơm rạ, qua đó có những tư vấn chính sách chính xác, kịp thời để đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Ngọc Minh (2014), “Nghiên cứu đặc tính bề mặt và khả năng hấp phụ cation của phytolith có trong tro rơm rạ”, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia
Hà Nội, 29 (3S), 158-162.
2. Nguyễn Ngọc Minh (2014), “Ảnh hưởng của nhơm (Al3+) đến tốc độ hịa tan của phytolith trong tro rơm rạ”,Tạp chí Nơng nghiệp và phát triển Nông thôn, 3. Nguyễn Ngọc Minh (2013), “Nghiên cứu sự giải phóng kali từ phytolith trong
tro rơm rạ”,Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, 29 (3S), 152-157 4. Nguyễn Ngọc Minh (2012), “Vai trò của Silic sinh học (phytolith) trong rơm rạ
đối với môi trường đất và dinh dưỡng cây trồng”, Tạp chí Nơng nghiệp và Phát
triển nơng thơn, 11, 47-52.
5. Nguyễn Ngọc Minh, Phạm Thị Dinh, Lý Thị Hằng, Nguyễn Thị Thu Hương, Lê Thị Liên, Đào Thị Khánh Ly, Phạm Văn Quang, Nguyễn Thị Thúy (2011), “Nghiên cứu một số đặc tính của Phytolith (cây hóa thạch) tách từ rơm rạ”, Tạp
chí Nơng nghiệp và Phát triển Nông thôn, 19, 28-33.
6. Nguyễn Ngọc Minh, Trần Thị Tuyết Thu, Nguyễn Hải Hà, Nguyễn Xuân Huân, Phạm Văn Quang, Đàm Thị Ngọc Thân, Lê Thị Kim Chi, Đinh Trọng Hoàng, Lê Thị Lan Anh, Nguyễn Thị Vân (2016), “Tích lũy và chuyển hóa phytolith trong đất lúa đồng bằng sơng Hồng”, Tạp chí Nơng nghiệp và Phát triển Nơng
thôn, 8, 45-52.
7. Phạm Văn Quang (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng của sự tích lũy Phytolith đến một số tính chất lý – hóa học đất, Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trường. 8. Đào Châu Thu, Bài giảng “Suy thoái đất và phục hồi đất bị suy thoái”.
Tiếng Anh
1. A.Dobermann, T.H. Fairhurst (2000), “Rice: Nutrient Disorders and Nutrient Management”, Handbooks series.
2. Alexandre, A., Meunier, J.D.,Colin, F., and Koud, J.M. (1997): Plant impact on the biogeochemical cycle of silicon and related weathering processes,
Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 61. No. 3. pp. 677-682.
3. Barão, L., Clymans, W., Vandevenne, F., Meire, P., Conley, D.J., Struyf, E. (2014), “Pedogenic and biogenic alkaline-extracted silicon distributions along a temperate land-use gradient”, Eur. J. Soil Sci.
4. Barbosa-Filho, M.P, Snyder, G.H, Elliott, C.L, Datnoff, L.E (2001), “Evaluation of soil test procedures for determining rice-available silicon”,
Commun Soil Sci. Plant Anal, 32, 1779-1792.
5. Bartoli, F. (1983), “The biogeochemical cycle of silicon in two temperate foresty ecosystems”, Environmental Biogeochemistry, Ecol. Bull.
(Stockholm), 35, 469-476.
6. Bartoli, F. (1985), “Crystallochemistry and surface properties of biogenic opal”, Journal of Soil Science, 1985,36,335-350.
7. Bartoli, F., and Wilding (1980), “Dissolution of Biogenk Opal as a Function of its Physical and Chemical Properties”, Soil sci. soc. AM. j, Vol. 44.
8. Berthelsen, S., Noble, A. D., and Garside A. L. (2001), “Silicon research down under: Past, present and future”, Silicon in agriculture, Pp. 241–256. 9. Blackman, E. (1969), “Observations on the development of the silica cells of
the leaf sheath of wheat (Triticumaestivum)”, Canadian Journal of Botany 10. Blecker, W., McCulley, R, L., Chadwick, O.A., and Kelly, E.F. (2006):
Biologic cycling of silica across a grassland bioclimosequence, Global biogeochemical cycles, VOL. 20, GB3023.
11. Carey, J.C., Fulweiler, R.W. (2012), “Human activities directly alterwatershed dissolved silica fluxes”, Biogeochemistry, 111, 125–138.
12. Cary, L., Alexandre, A., Meunier, J.D., Boeglin, J.L., Braun, J.J. (2005), “Contribution of phytoliths to the suspended load of biogenic silica in the Nyong basin rivers (Cameroon)”, Biogeochemistry, 74, 101–114.
13. Clarke, J. (2003), “The occurrence and significance of biogenic opal in the regolith”, Earth Science Reviews, 60:175–194.
14. Clymans, W., Struyf, E., Govers, G., Vandevenne, F., and Conley, D.J. (2011): Anthropogenic impact on amorphous silica pools in temperate soils,
Biogeosciences, 8, 2281–2293, 2011.