Trong khi phytolith trong thực vật đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu thì sự có mặt,tồn tại của chúng trong đất ra sao, tương tác với các
nghiên cứu về vấn đề này mới chỉ tập trung vào khả năng và vai trò của phytolith trong việc tích luỹ, cố định C trong đất cũng như những tác động có thể có của một số yếu tố trong đất tới tính bền vững của phytolith. Trong khi đó, những cơng bố khoa học liên quan tới sự có mặt của phytolith tác động như thế nào tới tính chất đất lại vơ cùng hạn chế.
Các ion Si4+ là các hạt nhân liên kết và nhờ chuỗi các phản ứng polyme hóa để phát triển cấu trúc của phytolith. Trong quá trình kết tủa, các màng Si có thể bao bọc các lipit, protein hay cacbonhydrat. Lượng chất hữu cơ bị phytolith hấp phụ và tích lũy trong đất có thể lên đến 5% và chúng được gọi chung là PhytOC. Ngay cả khi phytolith được đưa trở lại môi trường đất, những hợp chất PhytOC này vẫn có thể được bảo quản trong một thời gian rất dài chống lại sự phân hủy bởi vi sinh vật nhờ các màng Si vững chắc (Elbauma và nnk, 2009). Do đó, tốc độ khống hóa chất hữu cơ chậm lại sẽ góp phần giảm phát thải các khí nhà kính từ đất vào khơng khí (Parr và nnk, 2009) [78].
Tuy nhiên, tỷ lệ tích lũy, giải phóng phytolith và cơ lập cacbon trong phytolith thay đổi nhiều giữa các loại thực vật. Nghiên cứu xem xét phần PhytOC tích lũy trên một số vùng đất nhiệt đới tại miền Tây nước Anh, Parr và Sullivan (2005) [77] đã đưa ra biểu đồ mơ phỏng sự tích lũy PhytOC trong đất.
Hình 9: Lượng C bị giữ lại trong đất bởi phytolith (PhytOC) so với C tổng số được vùi vào đất qua thời gian (Parr và Sullivan, 2005)
Nghiên cứu của Schlesinger (1990) chứng minh khả năng giữ chất hữu cơ của phytolith là rất có ý nghĩa với thực trạng tác động của hiệu ứng nhà kính ngày càng gia tăng nhưhiện nay. Nghiên cứu mô phỏng này dựa trên các điều kiện biên: 1) tỷ lệ phân hủy PhytOC là 25%/100 năm, 2) cây trồng được phát triển liên tục. Mơ hình thí nghiệm được bố trí trên nền đất “trưởng thành”.
Hình 10: Tích lũy C trong đất trồng có hàm lượng PhytOC khác nhau
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: q trình tích lũy C trong tự nhiên tương đối chậm, đạt ~25 kg/m2 sau khoảng 20.000 năm. Quá trình này tăng lên khi thực vật canh tác là kê (~38 kg/m2) và lên tới ~110 kg/m2 khi canh tác các lồi siêu tích lũy Si như mía. Như vậy, các lồi siêu tích lũy Si như mía có thể giúp cố định C trong đất gấp ~4,4 lần quá trình tự nhiên.
Sự biến đổi, chuyển hóa của phytolith trong mơi trường đất tương đối phức tạp và phụ thuộc vào các yếu tố như pH, Eh, nồng độ cation, anion trong dung dịch hay sự có mặt của chất hữu cơ hịa tan…Những yếu tố này tương tác với các nhóm hoạt động bề mặt và quyết định tốc độ hòa tan của phytolith. Các tứ diện SiO4 liên kết với nhau thông qua cầu nối oxy để tạo thành bề mặt của phytolith. Quá trình thủy phân bề mặt là nguyên nhân dẫn đến các liên kết Si-O bị phá vỡ và Si được giải phóng. pH (độ chua của đất) là một trong những yếu tố quan trọng nhất góp phần tăng cường q trình thủy phân bề mặt (Fraysse và nnk, 2006) [36]. Bổ sung cation kim loại kiềm và kiềm thổ (Na, Ca) vào đất có thể làm cho pH tăng và thúc đẩy q trình hịa tan phytolith (Dove, 1999) [29]. Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác lại cho rằng sự có mặt của các cation trong dung dịch và chất hữu cơ“sẵn có” trong cấu trúc của phytolith có thể gây cản trở q trình hịa tan. Trong đất lúa,
tương tác với các phức của Fe/Al có thể làm giảm tốc độ hòa tan của phytolith (Sommer và nnk, 2006) [88]. Khác với các cation, anion có thể tác động vào “nhân Si” của khối tứ diện SiO4 theo cơ chế tương tự như OH-. Sự hấp phụ anion vào “nhân Si” được cho là nguyên nhân chính làm yếu đi các mối liên kết Si-O và tạo tiền đề cho Si có thể tách ra khỏi bề mặt siloxan (Ehrlich và nnk, 2010) [32].