2. Đất phèn hoạt động Sj
2.3.6 Độc tố nhôm và sắt trong đất phèn + Độc tố nhôm
+ Độc tố nhôm
Đối với cây trồng cạn độc tố nhôm trở ngại rất lớn và ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng. Đất phèn có pH đất thấp, nồng độ ion H+, Fe2+ và Al 3+ cao, nhôm bị thủy phân phóng thích ion H+ làm đất càng chua hơn (Breemen and Pons, 1978). Sự hịa tan của nhơm tùy thuộc vào pH của mơi trường, pH càng thấp thì nhơm hịa tan càng nhiều (Bloomfield and Coulter, 1973). Sự vượt quá nồng độ Al3+ hòa tan trong dung dịch đất là nguyên nhân gây ra bởi pH thấp dưới 5. Nồng độ nhôm trong dung dịch đất phụ thuộc vào pH, nồng độ các phức chất hữu cơ và vơ cơ, chúng có thể tạo phức với nhôm (Dobermann and Fairhurst, 2000). Ngộ độc nhôm là một trong những nhân tố chính giới hạn năng suất cây trồng trên đất phèn và thường kết hợp với thiếu lân (Baggie et al., 2002). Độc tố nhơm là yếu tố chính giới hạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng trên đất phèn (Kamprath, 1984). Khi pH thấp hơn 5 nhơm hịa tan trong dung dịch đất tăng, pH dung dịch đất giảm (Urich, 1980), Al3+ là độc tố quan trọng trong dung dịch đất, nếu đất có hàm lượng chất hữu cơ cao, độc tố Al có thể giảm (Berggren, 1989). Nhơm hịa tan tích lũy trong mơ rễ sẽ ngăn cản sự phân chia của tế bào, làm ức chế sự hoạt động của các enzyme liên quan đến sự tổng hợp tế bào làm cho bộ rễ cây cịi cọc và bị xù xì. Thêm vào đó sự thiếu hụt phosphate của thân cây và rễ bị cản trở do nhôm cố định lân trong đất. Sự giới hạn chiều dài của rễ cây trồng cũng là thông số cơ bản cho việc nghiên cứu khả năng chịu đựng của cây trồng đối với độc tố nhôm. Các kết quả nghiên cứu về nhơm hịa tan trong đất cho thấy nhơm có ảnh hưởng tới sự phân chia tế bào của rễ (Foy, 1974), đậu bò (Miysaka et al., 1991), bắp (Pellet et
al., 1995), khóm và cây đậu nành (Hoa and Masuda, 2004), giảm tỷ lệ hô hấp của rễ,
ảnh hưởng tới hoạt động của một số loại enzyme, tính thấm của màng tế bào và khả năng của rễ hấp thu các cation khác như Ca2+, Mg2+ và nhất là tạo phức với lân làm giảm lượng lân dễ tiêu trong đất.
Nồng độ nhôm cao gây độc cho cây: khi nồng độ nhôm cao sẽ tích lũy trong tế bào rễ ảnh hưởng đến sự phân chia tế bào, ngăn cản hoạt động của các enzyme liên hoan đến sự tổng hợp vách tế bào làm cản sự thu hút lân vì lân bị kết tủa ở rễ và kết tủa trong đất (Dent, 1986). Theo Breemen and Pons (1978) triệu chứng ngộ độc do Al3+ thể hiện như sau: lá có màu vàng cam ở đầu các lá già, sau đó xuất hiện các đốm nâu. Triệu chứng này ít thấy trên đồng ruộng. Nhơm thường gây độc trước khi triệu chứng này xuất hiện trên lá, hàm lượng nhôm cao dẫn đến sự thiếu lân trầm trọng. Hàm lượng nhôm gây độc không thể đánh giá qua hàm lượng Al3+ trong cây vì Al3+ đã bị kết tủa bởi lân và tích lũy trong rễ. Nồng độ Al3+ trong dung dịch 0,05-2 ppm gây độc đối với lúa non, đối với
lúa 3-4 tuần tuổi là 25 ppm. Tuy nhiên, khả năng gây độc sẽ tùy thuộc các yếu tố khác như hàm lượng lân bón trong đất, pH đất.
Theo Hưng (2009) đất phèn ĐTM có độ chua thấp nhất (pH<4,0) và hàm lượng Al trao đổi (9-10 cmol kg-1) trong các tầng A, B và C cao nhất so với các vùng khác (Hình 2.5a và 2.5b). Theo (Hình 2.4a) thể hiện mối tương quan nghịch giữa pH và Al trao đổi trong đất phèn ĐBSCL: khi pH càng thấp thì hàm lượng Al trao đổi trong đất tăng cao. Theo Ponnamperuma (1972) pH có ảnh hưởng trực tiếp đến sự hòa tan Al3+ cùng với Fe2+, Fe3+ và độ hữu dụng của P. Trong đất phèn, Al3+ là cation trao đổi chủ yếu, nó tồn tại chủ yếu dưới dạng hydroxide hoặc sulfate nhơm, khi đất thấp pH<4,0 thì độ hịa tan của Al gia tăng, và Al sẽ thay thế các cation bazơ trong phức hệ trao đổi (Bosch et al., 1998). Theo Breemen (1973) độc tố nhơm có liên quan chặt đến độ chua của đất, hoạt động của nhôm sẽ tăng gấp 10 lần khi pH giảm 1 đơn vị. Đối với Dent (1986) cho rằng cây trồng có thể ngộ độc nhơm từ những nồng độ rất thấp tùy theo tính chống chịu mặn khác nhau của thực vật, từ 1-2 ppm nhơm hịa tan khoảng 0,04-0,08 mol/m3, khi pH nhỏ hơn 3,5 thì Al3+ là mối nguy hại chính cho cây trồng do nhơm là cation có thể thay đổi trong điều kiện đất phèn, nó có thể ở dạng Hydroxide-keo, Hydroxide.
+ Độc tố sắt
Sắt là một trong bốn nguyên tố chiếm số lượng nhiều nhất trong lớp vỏ trái đất sau oxy, silicon và nhôm. Hàm lượng sắt trung bình trong đất, trầm tích và đá chiếm khoảng 5%. Hầu hết sắt trong đất hiện diện dưới dạng oxit sắt, màu sắc đặc trưng ở trong đất là màu nâu, đỏ và vàng (Gương, 2010). Nồng độ Fe2+ cao gây độc cho cây: nồng độ Fe2+ hòa tan vượt quá 300-400ppm gây độc cho cây trồng, nồng độ này thường ít tìm thấy trên đất Sulfaquepts ngập nước (Breemen and Pons, 1978). Nồng độ sắt tới ngưỡng gây độc thay đổi tùy theo pH đất, khoảng 100 ppm ở pH=3,7 và 300 ppm hoặc cao hơn ở pH=5 (Tadano and Yoshida, 1978; Yoshida, 1981). Qua nhiều kết quả nghiên cứu về nồng độ Fe2+ gây độc đối với cây thì rất biến động, ở nồng độ 45 ppm đã gây độc cho cây lúa (Baba, 1958; Tadano et al., 1978). Trong tình trạng dinh dưỡng kém, đặc biệt thiếu P và K hoặc với sự hiện diện của một số chất ức chế hơ hấp như H2S thì ở nồng độ Fe2+ thấp khoảng 30 ppm cũng có thể gây độc cho cây (Breemen and Pons, 1978).
Trên đất phèn tốc độ gia tăng pH chậm mặt dù nồng độ Fe2+ tăng cao, điều này có thể do khả năng đệm của đất cao, đòi hỏi một lượng lớn oxit Fe bị khử để đạt được sự gia tăng đáng kể của pH. Ở đất Việt Nam, khơng có sự tạo thành Fe (OH)2 vì hàm lượng Fe hoạt động (vơ định hình) thấp khoảng 0,08%. Sau 6-10 tuần ngập tất cả lượng Fe2+ bị tiêu thụ nhưng pH không gia tăng đủ để tạo sự kết tủa của Fe (OH)2. Sự hiện diện của Sulfide do sự khử SO4 cũng có thể làm giảm nồng độ Fe2+. Tuy nhiên, do sự khử SO4 rất ít ở pH<5 nên hàm lượng Fe2+ cũng chỉ giảm sau một thời gian ngập nước kéo dài.
Ngộ độc sắt là hiện tượng phức tạp của rối loạn dưỡng chất và sự thiếu hụt các dưỡng chất khác, đặc biệt là P, K, Ca, Mg và Zn đối với cây trồng trên đất phèn (Sahrawat, 2004). Nồng độ cao của sắt trong dung dịch đất phèn có thể gây mất cân đối dinh dưỡng qua hiệu ứng đối kháng trên hút thu dinh dưỡng của cây trồng, bao gồm K, P, Mn và Zn (Sahrawat, 2004; 2007). Trên đất lúa ngập nước thuộc biểu loại đất thông thường, sự thiếu hụt Ca, Mg, và Mn thường không xảy ra. Tuy nhiên trên đất phèn trồng lúa, cần quan tâm đặc biệt đến sự thiếu hụt của P, K và Zn (Sahrawat, 2004). Đất phèn TGLX lại có hàm lượng sắt tự do từ 1,7-2,0% Fe2O3 trong các tầng A, B và C là cao nhất (Hình 2.4c). Do TGLX và BĐCM thuộc vùng ven biển, phần lớn chịu ảnh hưởng của nhiễm mặn nên pH đất của các tầng (pH=4,0-4,7) luôn cao hơn ĐTM và TSH (Hình