Mã hóa Phytolith (%SiO2) SD pH SOM (%) EC (S/cm) Sét (%) Limon (%) Cát (%) Fe (g/Kg) Al (g/Kg) SH 1 0,78 0,02 4,1 3,33 59 29,2 54,4 16,4 6,05 0,29 SH 2 0,4 0,02 5,83 4,5 137 33,5 54,8 11,8 9,03 0,46 SH 3 0,23 0,02 4,3 1,46 44 20,6 33,9 45,5 3,03 0,48 SH 4 0,41 0,01 5,78 2,08 189 33,1 63,9 3 2,25 0,45 SH 5 0,33 0,02 5,39 4,34 383 34,1 54,3 11,5 6,43 0,36 SH 6 0,2 0,04 7,27 2,78 324 16,8 56,4 26,8 12 1,62 SH 7 0,17 0,03 6,06 2,29 112 21,4 53,3 25,2 3,87 0,45 SH 8 0,43 0,03 3,86 3,43 400 23,2 58,7 18,1 3,84 1,05 SH 9 0,51 0,02 5,84 1,14 157 19,7 52,4 28 3,09 0,45 SH 10 0,3 0,01 5,62 3,41 86 10,1 13,5 76,4 2,14 0,1 SH 11 0,46 0,04 4,67 7,74 135 32,8 36,3 30,8 5,11 0,59 SH 12 0,35 0,04 6,12 1,14 32 17,3 12,3 70,4 1,43 0,28 SH 13 0,26 0,04 5,01 2,18 68 22,4 57,9 19,8 2,6 0,63 SH 14 0,83 0,02 5,47 2,08 89 25,2 62,4 12,4 4,88 1,47 SH 15 0,57 0,05 4,88 4,94 277 34,2 53,2 12,5 5,07 1,63 SH 16 0,46 0,07 4,37 7,35 151 34 62,8 3,2 6,03 1,88 SH 17 0,3 0,04 4,45 1,69 106 19,5 73,6 6,9 4,73 1,01 SH 18 0,26 0 7,35 4 91 22,7 60,1 17,3 4,81 1,02 SH 19 0,39 0,02 5,51 4,26 77 36,6 56,6 6,7 6,11 1,19
SH 20 0,71 0,03 5,26 5,14 67 35,2 41,9 22,9 6,18 1,68 SH 21 0,62 0,02 6,22 4,86 119 25,05 62,86 12,09 8,63 2,69 SH 22 0,32 0,01 7,15 7,03 163 34,8 51,5 13,7 13,31 2,79 SH 23 0,36 0,03 5,97 7,93 152 47,2 42,9 9,9 8,02 2,66 SH 24 0,48 0,03 5,44 4,58 193 36 59,4 4,6 10,03 2,56 SH 25 0,88 0,01 5,21 5,75 91 38 53,5 8,5 7,04 1,66 SH 26 0,8 0,01 4,48 4,32 146 43,2 48,4 8,4 8,44 2,94 SH 27 0,49 0,04 4,82 3,8 67 20,8 38,5 40,7 8,8 2,37 SH 28 0,42 0,02 4,76 5,72 89 40,8 54,6 4,6 6,43 1,71 SH 29 0,32 0,03 4,82 3,25 57 11,2 72,2 16,6 6,9 1,94 SH 30 0,54 0,04 5,06 5,53 58 20,9 36,3 42,8 1,78 0,35 SH 31 0,42 0,03 4,84 3,43 64 30,8 63,8 5,4 7,92 1,25 SH 32 0,3 0,01 5,32 5,02 192 30,8 57,4 11,8 7,57 1,3 SH 33 0,34 0,02 5,17 4,52 95 40,8 54,2 5 7,04 3,25 SH 34 0,2 0,02 5,21 2,08 43 10 23,5 66,5 5,96 2,09 SH 35 0,29 0,01 5,28 4,26 74 10 26,4 63,6 3,5 0,77 SH 36 0,36 0,02 5,35 2,57 142 15,6 70,3 14,1 3,3 1,63 SH 37 0,41 0,15 7,14 6,24 587 30,4 45,6 24 6,02 1,22 SH 38 0,38 0,03 5,87 3,62 119 23,2 53,6 23,2 7,11 1,24 SH 39 0,57 0,02 4,82 6,78 295 30,4 48,3 21,3 9,57 1,67
Đối với tính chất vật lý, giá trị trung bình theo phần trăm của thành phần cấp hạt sét, limon và cát lần lượt là 27,27%8,44%, 50,34%10,88% và 22,37%14,40%. Căn cứ vào phân loại theo thành phần cơ giới, các mẫu đất ở khu vực nghiên cứu tương đối đa dạng, được phân loại trong các nhóm: đất cát pha, đất thịt nặng, đất thịt trung bình, đất sét nhẹ, sét pha thịt…trong đó, nhóm đất sét pha thịt chiếm thành phần lớn.
Đối với tính chất hóa học, dựa trên kết quả pH và phân loại pH của Mỹ, hầu hết các mẫu đất trong khu vực nghiên cứu có pH nằm trong khoảng từ đất axit mạnh cho tới đất kiềm nhẹ. Giá trị pH nằm trong khoảng 3,86 đến 7,35 với giá trị trung
bình là 5,38 ± 0.64. Trong khu vực nghiên cứu, có một số mẫu đất có giá trị pH rất thấp (các mẫu SH 8, SH 1, SH 3, SH 11 có gí trị pH lần lượt là 3,86, 4,1, 4,3 và 4,67), 2 mẫu có giá trị pH cao nhất là mẫu SH 6 và SH 18 có giá trị pH lần lượt là 7,27 và 7,35. Đối với hàm lượng chất hữu cơ, 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. Các mẫu đất SH 11, SH 16, SH 22 và SH 23 có giá trị cao nhất, lần lượt là 7,74%; 7,35%; 7,03% và 7,93% , trong khi đó, các mẫu đất SH 3, SH 9, SH 12 và SH 17 có giá trị lần lượt là 1,46%, 1,14%, 1,14% và 1,69%. Với 2 mẫu đất lấy tại điểm SH 3 và SH 9 giá trị thành phần hữu cơ thấp, điểm chung là đều trồng lúa 1 vụ 1 năm, thời gian còn lại trồng các loại đậu, lạc hoặc trồng xen canh giữa lúa và các loại ngũ cốc khác. Ngoài ra, đất ở các khu vực này hầu hết đều trong tình trạng khơ hạn sau khi thu hoạch. Những nguyên nhân trên (trồng thêm các loại ngũ cốc và điều kiện khơ hạn) có thể có tác động đến việc làm giảm hàm lượng chất hữu cơ vì (1) có ít lượng phụ phẩm nơng nghiệp được hồn trả lại đất, và (2) là do điều kiện khơ hạn khơng thích hợp cho việc tích lũy các thành phần hữu cơ trong đất.
Kết quả thí nghiệm về hàm lượng phytolith có trong bảng 4. Nhìn chung, hàm lượng phytolith tại các điểm trong khu vực nghiên cứu có sự chênh lệch khá rõ, nằm trong khoảng 0,17-0,88% SiO2. Hàm lượng phytolith trong bình 0,43±0,13% SiO2. Theo Bartoli (1985) [6] và Clarke (2003) [13], hầu hết các loại đất đều chứa lượng opal phytolith lên đến 0,7-3% SiO2, thậm chí, cịn có một số lượng đáng kể những loại đất chứa đến hơn 5%. Theo kết quả nghiên cứu, phytolith có trong khu vực nghiên cứu nằm ở mức trung bình, tuy nhiên lại là rất thấp nếu so sánh với một số hệ sinh thái tự nhiên như đầm lầy (4,5%), đất trồng cỏ (20%), rừng tre nứa (43%)…(Hart, 1992; Meunier và các cộng sự, 1999) [63]. Tại khu vực nghiên cứu, những điểm có hàm lượng phytolith cao nhất là tại SH 25 (0.88%), những mẫu lấy tại điểm SH 7, SH 10, SH 17, SH 18, SH 29, SH 32, SH 33, SH 35 có hàm lượng phytolith thấp nhất (lượng phytolith tích lũy lần lượt là 0,17%, 0,3%, 0,3%, 0,26%, 0,32%, 0,34% và 0,39%).
Về độ mặn của đất, căn cứ vào phân loại của Bộ Nông nghiệp Mỹ, các cấp độ mặn được chia thành các nhóm 1) Khơng mặn; 2) Mặn ít; 3) Mặn trung bình; 4) Mặn nhiều tùy theo giá trị EC của đất. Theo đó, tất cả các mẫu đất tại khu vực nghiên cứu đều được xếp vào nhóm mặn nhiều, với giá trị trung bình của độ mặn là 146.92±79.64 (S/cm), điểm lấy mẫu có độ mặn thấp nhất là điểm SH 12 (0.32
S/cm) và có độ mặn cao nhất là điểm SH 37 (587 S/cm).
3.2. Tích lũy và phân bố của phytolith trong các loại đất khác nhau
Đề tài sử dụng phần mềm Mapinfo để xác định loại đất tại các điểm lấy mẫu, 39 mẫu đất trong nghiên cứu được thu thập ở nhiều địa phương khác nhau bao gồm Đất phù sa glay, đất phèn tiềm tàng, đất mặn, đất phèn hoạt động, đất vàng nhạt trên đá cát, đất có tầng loang lổ của hệ thống sơng Hồng; đất phù sa khơng được bồi, chua và ít chua…
Theo kết quả thí nghiệm của Clymans và các cộng sự (2011) và Guntzer cùng các cộng sự (2012), sự thay đổi pH đất có thể điều chỉnh các bể ASi thơng qua việc làm tăng hoặc làm giảm tỷ lệ hòa tan phytolith, nhìn chung mối tương quan giữa giá trị phytolith và pH là tỷ lệ nghịch, khi pH tăng thì hàm lượng phytolith giảm và ngược lại. Trong thực tế, các vùng đất có hàm lượng phytolith cao nhất cũng có giá trị pH tương đối thấp, các mẫu SH 20 (đất nâu vàng trên phù sa cổ), SH 25 (Đất phù sa glay), SH 26 (Đất phù sa glay) có giá trị pH lần lượt là 5,26, 5,21 và 4,48 có hàm lượng phytolith tương ứng là 0,71, 0,88 và 0,8%, đồng thời, các mẫu đất có giá trị pH cao cũng có hàm lượng phytolith tương đối thấp, ví dụ như mẫu tại điểm SH 6 (đất mặn nhiều), SH 7 (đất phèn tiềm tàng sâu, mặn trung bình), SH 18 (đất phù sa không được bồi, chua), SH 22 (đất phù sa glay) có giá trị pH lần lượt 7,27, 6,06, 7,35 và 7,15 có hàm lượng phytolith tương ứng là 0,2, 0,17, 0,26 và 0,32%.
Tuy nhiên, có một mẫu đất trong khu vực nghiên cứu có hàm lượng phytolith và giá trị pH khơng theo quy luật nêu trên, ví dụ điểm SH 14 (giá trị pH là 5,47, hàm lượng phytolith là 0,83%).Hiện tượng này có thể được giải thích với sự khác nhau trong canh tác nông nghiệp và các yếu tố vơ sinh đã tác động đến sự tích lũy
phytolith trong đất, làm cho tính chất đất khơng cịn là yếu tố tác động mạnh đến hàm lượng phytolith. Nhìn chung, sự phân bố phytolith ở đồng bằng sơng Hồng được thể hiện ở hình sau:
Hình 14: Sơ đồ hàm lượng phytolith tại các điểm thu thập mẫu tại đồng bằng sông Hồng đồng bằng sông Hồng
3.3. Mối tương quan giữa hàm lượng phytolith với các chỉ tiêu hóa học trong đất
Dựa trên số liệu thu thập từ các mẫu đất tại đồng bằng sơng Hồng, đề tài kỳ vọng tìm ra mối tương quan giữa hàm lượng phytolith tích lũy với từng chỉ tiêu hóa học, cụ thể để tài phân tích mối liên hệ giữa phytolith với pH, hàm lượng chất hữu cơ và hàm lượng Al trong các mẫu đất. Để đánh giá tác động của các yếu tố hóa học nêu trên lên lượng tích lũy phytolith trong đất, đề tài giả thiết rằng lượng rơm rạ bồi hoàn lại đất và tốc độ rửa trôi là như nhau trên các mẫu đất, khi đó, lượng phytolith trong đất sẽ phụ thuộc vào điều kiện hóa học tác động lên khả năng hòa tan phytolith trong đất. Qua đó, đề tài sẽ đưa ra mơ hình dự đốn hàm lượng phytolith trong đất dưới sự tác động của các yếu tố là pH, hàm lượng chất hữu cơ, độ dẫn điện,hàm lượng Fe, Al có trong đất.
3.3.1.Tương quan giữa phytolith với các yếu tố hóa học, lý học trong đất
Theo các kết quả nghiên cứu của Clymans cùng các cộng sự (2011) và Guntzer (2012), nhìn chung pH có mối tương quan nghịch đối với lượng phytolith tích lũy trong đất. Đối với kết của của đề tài, xu hướng chung về mối tương quan giữa hai đại lượng này cũng là tương quan nghịch do hệ số góc của phương trình hồi quy tuyến tính có giá trị âm, tuy nhiên, hệ số xác định bội (R2) của của bộ mẫu khơng có giá trị lớn nên mối tương quan nghịch này có thể khơng giảm theo một hàm tuyến tính. Điều này có thể giải thích khi pH tăng thì một số yếu tố hóa học, vật lý trong đất bị tác động và các yếu tố này cũng có tác động làm giảm lượng phytolith tích lũy trong đất, do đó sự giảm này không đơn thuần chỉ bởi tác động của pH nên không thể giảm theo 1 hàm tuyến tính.
Hình 15: Đồ thị thể hiện tương quan giữa pH và hàm lượng phytolith tích lũy trong đất trong đất
Đối với ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ trong đất đối với sự tích lũy Phytolith, đường tuyến tính thể hiện sự tương quan giữa 2 đại lượng này có hệ số góc dương, phản ánh tính chất tương quan thuận giữa 2 đại lượng. Tuy nhiên, tương tự mối tương quan giữa phytolith và pH, hệ số xác định bội thấp nên mối liên hệ này đối với các mẫu thu thập không thực sự chặt chẽ.
Hình 16: Đồ thị thể hiện tương quan giữa hàm lượng chất hữu cơ và phytolith tích lũy trong đất
Theo Nguyễn Ngọc Minh và các cộng sự (2015), phytolith trong đất có vai trị như một keo âm và các ion Al3+ linh động có khả năng hấp phụ lên bề mặt phytolith làm “gia cố” độ bền vững cho phytolith trong đất, do đó, nếu hàm lượng Al3+càng lớn thì lượng phytolithtích lũy sẽ lớn theo. Tuy nhiên, nếu pH của đất có giá trị lớn hơn 5, các ion Al3+có thể bị thủy phân thành các dạng tồn tại khác nhau và các ion này sẽ tương tác với phytolith ở mức độ khác nhau. Trong thực tế, đối với các mẫu tại đồng bằng sơng Hồng, hàm tuyến tính thể hiện tính tương quan giữa Al và hàm lượng phytolith tích lũy trong đất là 1 hàm có hệ số góc dương, tuy nhiên mối tương quan giữa hàm lượng phytolith theo chiều tăng của Al là khơng thực sự rõ rệt. Điều này có thể giải thích bởi giá trị pH của các mẫu đất thu thập được đa phần đều lớn hơn 5, do đó các ion Al3+ bị thủy phân ở các dạng tồn tại khác nhau gây nên sự tương tác không rõ ràng giữa 2 đại lượng này.
Hình 17: Đồ thị thể hiện tương quan giữa hàm lượng Al và phytolith trong đất
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 sơng 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 sông 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 đoán 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 khống 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 đoán