1.2 .Tổng quan về cacbon hữu cơ trong môi trường đất
1.2.1 .Nguồn cacbon hữu cơ trong môi trường đất
Cacbon hữu cơ trong đất đóng vai trị quan trọng đối với tất cả quá trình diễn ra trong mơi trường đất và có tác động đến hầu hết các tính chất lý, hố, sinh học của đất, cacbon hữu cơ là thành phần cacbon có trong chất hữu cơ của đất, ký hiệu là OC. Chất hữu cơ trong đất là một trong bốn hợp phần cơ bản của đất: phần khoáng, phần chất hữu cơ, phần khơng khí đất và dung dịch, OC có ý nghĩa quan trọng đối với độ phì nhiêu của đất, bao gồm các tàn dư thực vật và động vật ở các giai đoạn phân huỷ khác nhau, các tế bào và mô của sinh vật đất và các chất tổng hợp bởi các sinh vật đất. Đây là hợp phần quan trọng và có tác động mạnh trong quá trình hình thành, phát triển và duy trì độ phì nhiêu của đất. OC của đất ảnh hưởng đến nhiều tính chất đất, như khả năng cung cấp chất dinh dưỡng, khả năng hấp thụ, giữ nhiệt và kích thích sinh trưởng cây trồng (Amatangelo và nnk, 2008). OC là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất.
Trong đất tự nhiên nguồn hữu cơ cung cấp duy nhất cho đất là tàn dư sinh vật bao gồm xác thực vật và phân hữu cơ.
Tàn dư sinh vật: Sinh vật sống trong đất, lấy chất dinh dưỡng từ đất để sinh
trưởng, phát triển khi chết để lại những tàn dư sinh vật (xác hữu cơ). Trong tàn tích sinh vật, chủ yếu chiếm tới 4/5 là tàn tích thực vật màu xanh. Trong q trình sống chúng quang hợp tạo chất hữu cơ và khi chết chúng để lại cho đất, thân, rễ, cành, lá, quả và hạt (Đỗ Ánh, 2005).
Thực vật màu xanh có nhiều loại, số lượng và chất lượng chất hữu cơ chúng đưa vào đất cũng khác nhau. Cây gỗ sống lâu năm cung cấp chủ yếu là cành, lá khô và quả rụng tạo thành trên mặt đất một tầng thảm mục ở đất rừng, sau đó mới bị phân giải bởi vi sinh vật đất. Cây thân cỏ cho lượng chất hữu cơ nhiều và tốt hơn, lượng hữu cơ mà chúng để lại trong đất chủ yếu lại là rễ ở vùng đồng cỏ, lượng rễ để lại trong đất ở tầng mặt hàng năm là rất lớn. Ngoài thực vật màu xanh cịn có xác động vật và vi sinh vật, lượng của chúng không nhiều, song chất lượng lại rất tốt đối với dinh dưỡng cây trồng. Thành phần hố học của những tàn tích hữu cơ rất khác
nhau tuỳ thuộc vào nguồn gốc của chúng. Nhìn chung các tàn tích hữu cơ chứa đến 75 - 90% là nước. Trong thành phần chất khơ, ngồi các chất gluxit, protitit, lipit, lignin, tanin, nhựa, sáp, tàn tích hữu cơ cịn chứa một lượng nhất định các nguyên tố vô cơ như Si, Ca, Fe, Mg.
Phân hữu cơ: Đối với những nơi có mức độ thâm canh cao thì phân hữu cơ
là một nguồn lớn bổ sung chất hữu cơ cho đất. Trong những năm 70, 80 của thế kỷ 20, ở nhiều vùng đất, người dân thu hoạch cả hạt lẫn cây, vì vậy phân hữu cơ gần như nguồn chính để tăng lượng mùn trong đất. Hiện nay có nhiều loại phân hữu cơ như: phân chuồng, phân bắc, phân rác, phân xanh, bùn ao. Số lượng và chất lượng của chúng tuỳ theo trình độ kỹ thuật canh tác, thâm canh cây trồng ở mỗi nơi (Tôn Thất Chiểu và Lê Thái Bạt, 1998).
Quá trình hình thành hữu cơ trong đất có từ các nguồn trên. Sự biến hố xác hữu cơ trong đất là một q trình sinh hố phức tạp, xảy ra với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy khơng khí và nước. Xác thực vật tồn tại trên mặt đất hoặc trong các tầng đất, trong quá trình phân giải chúng mất cấu tạo, hình dạng ban đầu và biến thành những hợp chất hoạt tính hơn, dễ hồ tan hơn. Một phần những hợp chất này được khống hố hồn tồn, sản phẩm của quá trình này là nước, một số khí và những hợp chất khống đơn giản, trong số đó có nhiều chất dinh dưỡng cho thực vật thế hệ tiếp sau. Một phần được vi sinh vật dùng để tổng hợp protit, lipit, gluxit và một số hợp chất mới, xây dựng cơ thể chúng và khi chúng chết đi lại được phân huỷ. Phần thứ ba biến thành những hợp chất cao phân tử có cấu tạo phức tạp đó là những hợp chất mùn. Những hợp chất mùn này lại có thể bị khống hố.
Q trình khống hố là q trình biến đổi chất hữu cơ thành chất vô cơ với sự tham gia của các men do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp sẽ bị thuỷ phân, phân giải và tạo ra những sản phẩm trung gian như protein, peptit, axit amin và cuối cùng là sự oxy hố hồn tồn những hợp chất hữu cơ. Quá trình này diễn ra theo 2 giai đoạn nhỏ là sự thối mục chất hữu cơ diễn ra trong q trình hiếu khí và tạo ra các sản phẩm oxy hố hồn tồn thành các sản phẩm: CO2, H2O, NO3-, PO43-, SO42-… đây là quá trình toả nhiệt. Giai đoạn tiếp theo là thối rữa, đây là quá trình vi
sinh vật phân giải chất hữu cơ xảy ra trong quá trình kỵ khí (có thể do vi sinh vật hiếu khí phát triển quá nhanh đã sử dụng hết oxy hoặc do thiếu oxy do ngập nước), và bên cạnh những sản phẩm bị oxy hố hồn tồn như CO2, H2O còn tạo ra một lượng lớn các chất khử trong điều kiện yếm khí và sản phẩm cuối cùng tạo thành từ các sản phẩm trung gian bao gồm: CH4, H2S, NH3, PH3, H2, CO2… Khống hố là q trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ tạo thành các hợp chất khoáng đơn giản, sản phẩm cuối cùng là những hợp chất tan và khí (Nguyễn Xuân Cự và Trần Thị Tuyết Thu, 2016).