4 Mối quan hệ giữa HECH, WECH, SOC và pH

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.4. 4 Mối quan hệ giữa HECH, WECH, SOC và pH

Mối tương quan giữa các thơng số đo được trình bày trong Bảng 3.10 . Như thể hiện trong bảng, HWECH có mối tương quan thuận có ý nghĩa với cả WECH và SOC (p <0,01 và p <0,05), trong khi đó, khơng có mối tương quan có ý nghĩa với các thơng số khác. Mặc dù có sự tương quan cao giữa SOC và WECH, nhưng nó khơng có ý nghĩa (R = 0,652), có thể là do biến WECH cao. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, WECH được chiết xuất ở 25 ℃, và nó là nhóm cacbon hữu cơ khơng bền nhất, hay nói cách khác, phần này khơng ởn định trong quá trình đo so với chiết xuất bằng nước nóng. Kết quả của chúng tơi là khơng đởi với nhiều nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng nước nóng có thể chiết xuất một lượng cacbon khơng bền đáng kể, do đó, dẫn đến mối quan hệ cao với cacbon hữu cơ của đất rời (Chantigny và cộng sự, 2014; Nguyễn-Sỹ và cộng sự, 2019; Kautsar và cộng sự, 2020; Nguyễn-Sỹ và cộng sự, 2021b) . Do đó, cần lưu ý rằng việc đốt rơm rạ không ảnh hưởng đến mối quan hệ này. Khơng có gì ngạc nhiên khi độ pH của đất có mối tương quan nghịch với tất cả các thông số (HWECH, WECH, SOC). Sự gia tăng chất hữu cơ dẫn đến axit hữu cơ sinh ra do độ pH của đất giảm. Ví dụ, Cheng và cộng sự, 2016 đã tiến hành một thí nghiệm trên cánh đồng lúa dài hạn ở Nhật Bản cho thấy rằng carbon hữu cơ trong đất tương quan nghịch với độ pH của đất sau hơn 30 năm quan sát. Dong et al. cũng báo cáo xu hướng tương tự của độ pH đối với đất trồng lúa ở Trung Quốc, do bị ảnh hưởng bởi việc bón phân và chất hữu cơ.

56

Bàng 3. 10. Mối tương quan Pearson giữa các tham số

HE CH WECH SOC pH HECH 1,00 WECH 0,958 ** 1,00 SOC 0,814 * 0,652 1,00 pH -0,639 -0.526 -0,778 1,00

* Tương quan có ý nghĩa ở mức 0,05 (2 phía). ** Tương quan có ý nghĩa ở mức 0,01 (2 phía).

3.4.5. Nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của việc đốt tàn dư rơm rạ đối với sự thay đổi lượng cacbon hữu cơ của đất và nguồn cacbon hydrat khơng bền của nó bằng hai cách tiếp cận thân thiện với môi trường. Động lực học của chất hữu cơ nói chung và cacbohydrat trong đất cũng được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố mà nghiên cứu này chưa nghiên cứu đầy đủ. Ví dụ, điều kiện khí hậu, mục đích sử dụng đất và các vi sinh vật có lợi cũng được báo cáo là có ảnh hưởng đáng kể đến sản xuất carbohydrate và sự thoái hóa rơm rạ ( Bảng 3.11 ) (Yuan và cộng sự, 2018; Bi và cộng sự, 2020; Wu và cộng sự,

57

Bàng 3. 11. Carbon hữu cơ trong đất thay đổi khi bị ảnh hưởng bởi các phương pháp xử lý khác nhau

Phương pháp Nguồn carbon Kết quả chính Tham khảo

Đốt rơm rạ tại chỗ SOC, HWECH, WECH

SOC được duy trì, ECH bị giảm

Nghiên cứu hiện tại Chuyển đất từ rừng sang trồng lúa SOC, HWECH, WECH

SOC, ECH được duy trì

(Nguyễn-Sỹ và cộng sự, 2021b)

Rơm rạ bị phân huỷ bởi vi khuẩn nước thải

SOC, Min-ECH SOC duy trì, tăng ECH (Nguyễn-Sỹ và cộng sự, 2021a) 33 năm sử dụng rơm rạ SOC, HWEOC, WEOC Tất cả nhóm C đều tăng (Cheng và cộng sự, 2016) 4 năm-Bổ sung than sinh học

SOC Tăng SOC (Bi và cộng sự,

2020) Ứng dụng rơm rạ

trên lúa

SOC, HWSOC, WSOC, EOC

Tăng tất cả các nhóm (Dai và cộng sự, 2022)

Bổ sung phân NPK

SOC Tăng SOC (Dong và cộng

58

4-12 năm thực hành canh tác hữu cơ

SOC Tăng SOC (Kautsar và cộng

sự, 2020)

Carbon trong đất trầm tích

SOC Được điều chỉnh bởi

độ sâu của đất

(Ma và cộng sự, 2020)

Ứng dụng khoáng lâu dài

Phát thải SOC, CO 2

tăng (Tang và cộng

sự, 2021) Thay đổi nhiệt độ

trái mùa

CO 2 , CH 4 phát thải CH 4 trong mùa tiếp theo

(Tang và cộng sự, 2016) Ứng dụng ủ rơm rạ và rơm rạ dài hạn SOC, DOC, đồng vị ổn định δ 13 C

Tăng SOC, DOC, giảm δ 13 C

(Nguyễn-Sỹ và cộng sự, 2019)

Bổ sung than sinh học

DOC DOC giảm (Wu và cộng sự,

2020a) 12 năm - lúa

chuyển sang đất ngập nước

SOC, DOC, đồng vị ổn định δ 13 C

SOC duy trì, DOC giảm, tăng δ 13 C

(Wu và cộng sự, 2020b)

Rơm rạ và cộng đồng vi sinh vật

SOC, CO 2 , CH 4 Khả năng phân hủy C và phát thải C được

(Yuan và cộng sự, 2018)

59

trong đất điều chỉnh bởi cụm vi

khuẩn trong đất Rơm rạ / phân gia

súc và vi sinh

DOC, SOC Tất cả nhóm C đều tăng

(Zhu và cộng sự, 2021)

Cũng cần lưu ý rằng đốt rơm rạ thải ra nguồn carbon rất lớn trong cây lúa. Theo (Cheng và cộng sự, 2016) , lượng rơm rạ còn sót lại trên đồng ruộng là 6 tấn / ha, với hàm lượng cacbon khoảng 36-40% tổng sinh khối, dẫn đến khoảng 2000kg cacbon được phát thải vào không khí và một số còn lại dưới dạng cặn cháy. Ngoài ra, tác động hoạt động của vi sinh vật trong đất bằng cách đốt rơm rạ cũng cần được chú ý để hiểu sâu hơn về cơ chế luân chuyển cacbon hữu cơ trong đất và tiềm năng khoáng hóa của đất. Do đó, nghiên cứu sâu hơn dựa trên những tác động này là rất cần thiết.

60

KẾT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 1. Kết luận

• Về phương pháp dùng rơm rạ và enzyme rác để cải thiện dinh dưỡng đất và cây trồng: Nghiên cứu này nghiên cứu ảnh hưởng của rơm rạ và các enzym rác đối với sự phát triển của cây lúa, hàm lượng carbohydrate và amoni trong đất. Kết quả cho thấy khơng có sự khác biệt đáng kể về chiều cao cây và sinh khối giữa các nghiệm thức. Tuy nhiên, carbohydrate chiết xuất được tăng cường bằng cách bổ sung rơm rạ, trong khi sản xuất amoni được tăng cường bằng cách bổ sung enzyme rác. Khối lượng tươi và khối lượng khô của tất cả các nghiệm thức dao động trong khoảng 1,60-1,83 và 0,27-0,32 mg, nhưng khơng có ý nghĩa (p> 0,05). Điều đáng quan tâm là chiều dài rễ dao động từ 4,7-7,7 cm với cao nhất là đối chứng và thấp nhất với xử lý kết hợp; trong khi đó, chiều cao chồi dao động từ 17,8-20,3 cm và dài nhất ở nghiệm thức RS và ngắn nhất ở nghiệm thức đối chứng (P <0,05). Chúng tôi cho rằng trong giai đoạn đầu sinh trưởng của cây lúa, cây lúa hầu như chỉ tiêu thụ năng lượng từ hạt nên tác dụng của các chất dinh dưỡng trong đất kém hiệu quả hơn. Carbohydrate chiết xuất (ECH) dao động từ 61-207 mg /kg và được phân thành hai nhóm, với Đối chứng và Enzyme (60,0 và 60,3 mg /kg), với Rơm và Kết hợp (185,9 và 206,5 mg /kg). Việc áp dụng rơm rạ giúp tăng cường sản xuất ECH, trong khi enzyme rác không ảnh hưởng đến điều này.

• Đánh giá hiệu quả của khả năng tiền xử lý bằng siêu âm và nước nóng tới biến đổi dinh dưỡng đất : Nghiên cứu này nhằm đánh giá tác động của việc xử

61

℃) hoặc phương pháp hỗ trợ siêu âm (37Hz), được tiến hành với ba lần lặp lại. Kết quả cho thấy rằng carbohydrate chiết xuất ban đầu và ủ chiết xuất carbohydrate (Ini-ECH và Incu-ECH) dao động từ 211 đến 691 mg /kg và 229 đến 961 mg /kg, và đạt giá trị cao nhất với nước nóng. Các nghiệm thức đối chứng, Siêu âm và Siêu âm hỗn hợp cho thấy Ini-ECH thấp nhất (211-269 mg /kg), trong khi Incu-ECH thấp nhất liên quan đến cả hai nghiệm thức đất hỗn hợp với lượng tương tự (229-264 mg /kg). Ngược lại, quá trình khoáng hóa cacbon trong đất (được tạo ra từ cacbohydrat chiết x́t trong q trình ủ yếm khí, Min-ECH) tương tự trong xử lý Đối chứng, Nước nóng và Siêu âm (dao động từ 271-393 mg /kg) nhưng có xu hướng âm trong các xử lý đất hỗn hợp. . Do đó, chúng tơi kết luận rằng xử lý trước bằng nước nóng và siêu âm khơng làm tăng tiềm năng carbohydrate trong đất nhưng có khả năng thúc đẩy quá trình phân hủy carbon dioxide.

• Về ảnh hưởng của việc bón phân hóa học lâu dài tới biến đổi thành phần đất : Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định những thay đởi trong các đặc tính

hóa học chính của đất bao gồm pH, độ dẫn điện (EC), phốt pho có sẵn (P), cacbon hữu cơ trong đất (SOC) và tổng lượng nitơ (TN) sau thời gian dài (31 tuổi) bổ sung thêm hai loại thảm hữu cơ - rơm rạ và phân trộn rơm rạ, kết hợp với phân NPK trên ruộng lúa một lần ở vùng ôn đới lạnh của Nhật Bản. Sau lần thu hoạch thứ 31, các mẫu đất được thu thập từ năm công thức [(1) PK, (2) NPK, (3) NPK + 6 Mg /ha rơm rạ (RS), (4) NPK + 10 Mg/ha compost (CM1), và (5) NPK + 30 Mg /ha compost (CM3)] ở năm độ sâu đất (0–5, 5–10, 10–15, 15–20 và 20–25 cm ). Các tính chất hóa học của đất như pH, EC, P, SOC và TN có sẵn đã được phân

62

tích Độ pH chỉ giảm đáng kể ở tỷ lệ phân trộn cao hơn 30 Mg/ ha trong khi EC tăng ở tất cả hữu các cơ. Hàm lượng SOC tăng 67,2, 21,4 và 8,6%, và TN đất tăng 64,1, 20,2 và 8,5% tương ứng trong CM3, RS và CM1, so với xử lý NPK. Những thay đổi đáng kể về đặc tính của đất đã được phục vụ sau 31 năm sử dụng chất hữu cơ so với đất trồng lúa được bón phân PK và NPK. Sự giảm pH đáng kể đã được quan sát thấy khi áp dụng tỷ lệ cao (30 Mg /ha ) phân trộn rơm rạ nhưng không giảm với tỷ lệ thông thường là 10 Mg/ha . Tuy nhiên, EC tăng đáng kể so với các ơ bón phân PK và NPK chất trong hữu tất cơ. cả P các có nghiệm sẵn tăng thức đáng kể ở nghiệm thức CM1 và CM3 lần lượt là 55,1 và 86,4%. Lượng SOC dự trữ được biểu thị bằng phần trăm tổng C được bón vào đất cao hơn từ 10 Mg/ha phân trộn (28,7%) so với từ 6 Mg /ha rơm rạ (17,4%), cho thấy đất hữu cơ hơn. Tích lũy lation từ phân ủ rơm rạ so với phân bón từ rơm rạ ban đầu.

• Về Đánh giá tác động của việc đốt rơm rạ làm phân bón tới thay đổi một số thành phần hữu cơ quan trọng trong đất : Quản lý dư lượng rơm rạ vẫn đang

gặp phải nhiều vấn đề trên toàn thế giới. Nghiên cứu này sử dụng hai phương pháp thân thiện với môi trường để khảo sát ảnh hưởng của hoạt động đốt rơm rạ đến hàm lượng carbohydrate chiết xuất trong nước trong đất trồng lúa lâu dài. Mẫu đất được lấy ở độ sâu trong khoảng 0–15 cm tại ruộng lúa trước và sau khi đốt rơm rạ (đốt trước và đốt sau), sau đó chiết bằng nước cất theo tỷ lệ 1:10 (đất: nước) cho đo nước nóng (ở 80 ° C) và carbohydrate chiết xuất trong nước (ở 25 ° C) (HECH và WECH). Kết quả cho thấy, đốt rơm rạ không làm thay đổi cacbon hữu cơ trong đất (SOC); tuy nhiên, độ pH của đất tăng khoảng 8,3%. Trong khi đó, WECH và HECH dao động từ 233 đến 630 mg /kg, với HECH cao nhất ở Xử

63

lý trước khi đốt, trong khi lượng WECH thấp nhất ở Xử lý sau đốt. Carbohydrate chiết xuất giảm sau khi đốt rơm rạ so với trước khi đốt đất. Mặt khác, nước nóng làm tăng 39–58% carbohydrate so với việc chiết xuất trong nước. Chúng tôi kết luận rằng đốt rơm rạ không ảnh hưởng đến SOC nhưng có xu hướng làm giảm lượng cacbon khơng bền của chúng, và q trình gia nhiệt có thể làm phân hủy một phần SOC khi được chiết xuất ở nhiệt độ cao.

2. Kiến nghị

- Tiếp tục nghiên cứu trên quy mơ rộng hơn. Có thể nghiên cứu ảnh hưởng của chuyển đổi đất sang các cây trồng khác, hoặc mục đích khác (đất xây dựng).

- Thử nghiệm enzyme rác kêt hợp rơm rạ cần thực hiện thời gian dài hơn, quy mô lớn hơn.

- Nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng phương pháp sóng siêu âm trong đất đối với sự phát triển của cây trồng hoặc nghiên cứu sâu hơn ứng dụng thực tế trên cây lúa để củng cố kết quả nghiên cứu đề tài.

64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Albalasmeh, A. A., Berhe, A. A., & Ghezzehei, T. A. (2013). A new method for rapid determination of carbohydrate and total carbon concentrations using UV

spectrophotometry. Carbohydr Polym, 97(2), 253-261.

doi:10.1016/j.carbpol.2013.04.072

Albero, B., Tadeo, J. L., & Pérez, R. A. (2019). Ultrasound-assisted extraction of organic contaminants. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 118, 739-750. doi:10.1016/j.trac.2019.07.007

B.U.Uzoho, & G.U.Igbojionu. (2014). Carbohydrate Distribution of Particle Size Fractions of Soils in Relation to Land-use Types in Mbaise, Southeastern Nigeria. Journal of Biology,

Agriculture and Healthcare, 4(2), 27-36.

Balesdent, J., Wagner, G. H., & Mariotti, A. (1988). Soil organic matter turnover in long-term field experiments as revealed by carbon-13 natural abundance. Soil Science Society of Ameria Journal, 52(1), 118-124. doi:10.2136/sssaj1988.03615995005200010021x.

Bashan, Y. (1998). Inoculants Of Plant Growth-Promoting In Agriculture. Biotechnology Advances, 16(4), 729-770.

Bongiorno, G., BünemaNO, E. K., Oguejiofor, C. U., Meier, J., Gort, G., Comans, R., . . . de Goede, R. (2019). Sensitivity of labile carbon fractions to tillage and organic matter management and their potential as comprehensive soil quality indicators across pedoclimatic conditions in Europe. Ecological Indicators, 99, 38-50. doi:10.1016/j.ecolind.2018.12.008

Chantigny, M. H., Harrison-Kirk, T., Curtin, D., & Beare, M. (2014). Temperature and duration of extraction affect the biochemical composition of soil water-extractable organic matter.

Soil Biology and Biochemistry, 75, 161-166. doi:10.1016/j.soilbio.2014.04.011

Cheng, W., Padre, A. T., Sato, C., Shiono, H., Hattori, S., Kajihara, A., . . . Kumagai, K. (2016). Changes in the soil C and N contents, C decomposition and N mineralization potentials in a rice paddy after long-term application of inorganic fertilizers and organic matter. Soil

65

Cheng, W., Padre, A. T., Shiono, H., Sato, C., Nguyen-Sy, T., Tawaraya, K., & Kumagai, K. (2016). Changes in the pH, EC, available P, SOC and TN stocks in a single rice paddy after long-term application of inorganic fertilizers and organic matters in a cold temperate region of Japan. Journal of Soils and Sediments, 17(7), 1834-1842.

doi:10.1007/s11368-016-1544-9

Cheng, W., Sakai, H., Yagi, K., & Hasegawa, T. (2010). Combined effects of elevated [CO2] and high night temperature on carbon assimilation, nitrogen absorption, and the allocations of C and N by rice (Oryza sativa L.). Agricultural and Forest Meteorology, 150(9), 1174-1181. doi:10.1016/j.agrformet.2010.05.001

Cheng, W., Yagi, K., Akiyama, H., Nishimura, S., Sudo, S., Fumoto, T., . . . Megonigal, J. P. (2007). An empirical model of soil chemical properties that regulate methane production in Japanese rice paddy soils. J Environ Qual, 36(6), 1920-1925. doi:10.2134/jeq2007.0201

Debosz, K., Vognsen, L., & Labouriau, R. (2007). Carbohydrates in hot water extracts of soil aggregates as influenced by long-term management. Communications in Soil Science and

Plant Analysis, 33(3-4), 623-634. doi:10.1081/css-120002768

Di Donato, P., Buono, A., Poli, A., Finore, I., Abbamondi, G., Nicolaus, B., & Lama, L. (2018). Exploring Marine Environments for the Identification of Extremophiles and Their Enzymes for Sustainable and Green Bioprocesses. Sustainability, 11(1), 149.

doi:10.3390/su11010149

DobermaNO, A., & Fairhurst, T. H. (2002). Rice Straw Management. Better Crops International, 16, 7-11.

Dubois, M., Gilles, K. A., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., & Smith, F. (1956). Colorimetric method for determination of sugars and related substances, Anal. Chem. 28 (1956).

Analytical Chemistry, 28(3), 350-356.

Fischer, H., Meyer, A., Fischer, K., & Kuzyakov, Y. (2007). Carbohydrate and amino acid composition of dissolved organic matter leached from soil. Soil Biology and Biochemistry, 39(11), 2926-2935. doi:10.1016/j.soilbio.2007.06.014

Gamalero, E., & Glick, B. R. (2011). Mechanisms Used by Plant Growth-Promoting Bacteria. In D. K. Maheshwari (Ed.), Bacteria in Agrobiology: Plant Nutrient Management. Italy:

66

Ghani, A., Dexter, M., & Perrott, K. W. (2003). Hot-water extractable carbon in soils: a sensitive measurement for determining impacts of fertilisation, grazing and cultivation. Soil Biology and Biochemistry, 35(9), 1231-1243. doi:10.1016/s0038-0717(03)00186-x

Glick, B. R. (2012). Plant growth-promoting bacteria: mechanisms and applications. Scientifica

(Cairo), 2012, 963401. doi:10.6064/2012/963401

Guigue, J., Lévêque, J., Mathieu, O., Schmitt-Kopplin, P., Lucio, M., Arrouays, D., . . . Ranjard, L. (2015). Water-extractable organic matter linked to soil physico-chemistry and microbiology at the regional scale. Soil Biology and Biochemistry, 84, 158-167.

doi:10.1016/j.soilbio.2015.02.016

Guigue, J., Mathieu, O., Lévêque, J., Mounier, S., Laffont, R., Maron, P. A., . . . Lucas, Y. (2014). A comparison of extraction procedures for water-extractable organic matter in soils. European Journal of Soil Science, 65(4), 520-530. doi:10.1111/ejss.12156

Guttormsen, G. (2000). Nitrogen Mineralization From Crop Residues. Acta Horticulturae(533),

371-376. doi:10.17660/actahortic.2000.533.45

Hashem, A., Tabassum, B., & Fathi Abd Allah, E. (2019). Bacillus subtilis: A plant-growth