Nguyên tố Axit humic (%) Axit fulvic (%)
C 52 - 60 44 - 48
O 30 - 33 44 - 48
H 3,0 - 5,5 4,0 - 5,5
N 3,5 - 5,0 1,5 - 25
Nguồn: Stevenson (1994) [99]
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của axit humic theo Stevenson, 1982 [99]
1.4.2.3. Sinh khối vi sinh vật đất
Sinh khối vi sinh vật thường chiếm từ 1 - 3% tổng C hữu cơ và 2 - 6% tổng N hữu cơ trong đất. Ở các hệ sinh thái khác nhau thì có sinh khối vi sinh vật khác nhau, cao nhất ở vùng đất rừng và đất nông nghiệp nhiệt đới (986 - 3.420 µg/g đất), tiếp đến là vùng ơn đới (877 - 1.373 µg/g đất), vùng sa mạc (340 µg/g đất) và thấp nhất là vùng cực (126 µg/g đất). Các hoạt động chuyển đất rừng sang đất canh tác nông nghiệp làm suy thoái các bon có thể làm giảm nhanh sinh khối vi sinh vật. Tuy nhiên sinh khối vi sinh vật ở đất đồng cỏ cao hơn đất canh tác.
Dự trữ C và N trong sinh khối trong đất tồn cầu có sự khác nhau rất xa, khoảng 0,18 tỷ tấn C và 0,03 tỷ tấn N ở đất Tundra vùng cực; 1,82 tỷ tấn C và 0,25 tỷ tấn N ở đất rừng phương Bắc; 1,48 tỷ tấn C và 0,26 tỷ tấn N ở đất rừng ôn đới; 3,03 tỷ tấn C và 0,48 tỷ tấn N ở đất đồng cỏ ôn đới; 3,68 tỷ tấn C và 0,43 tỷ tấn N ở đất rừng nhiệt đới và 3,73 tỷ tấn C và 0,38 tỷ tấn N ở đất có hệ sinh thái savan. Ước tính tổng sinh khối C và N trên tồn cầu khoảng 13,9 và 1,83 tỷ tấn [83].
Trong đất nông nghiệp, sự biến đổi C, N trong sinh khối đất phụ thuộc nhiều vào điều kiện đất, thành phần và tính chất của các tàn dư hữu cơ đầu vào. Sinh khối vi sinh vật và hàm lượng chất hữu cơ ln có mối tương quan thuận. Nếu sinh khối trung bình 1500 kg C/ha thì hàm lượng chất hữu cơ trong đất dao động 2 - 2,5% [102, 115].
1.4.3. Q trình chuyển hóa ch t h và ổng hợp ch mù t
1.4.3.1. Q trình chuyển hóa chất hữu cơ trong đất
Quá trình biến đổi và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất rất phức tạp, bao gồm các chuỗi phản ứng sinh hóa với sự tham gia tích cực của hệ sinh vật. Theo Stevenson, chất hữu cơ thường bị biến đổi thành 3 con đường chính là phân giải liên tục các chất hữu cơ để biến thành các chất vơ cơ gọi là q trình khống hóa, phân giải khơng hồn tồn và tái tổng hợp thành các hợp chất cao phân tử gọi là q trình mùn hóa và trong q trình phân giải vi sinh vật sử dụng các nguyên liệu này làm nguồn thức ăn tạo ra sinh khối cơ thể gọi là q trình đồng hóa. Các q trình này ln xảy ra đồng thời ở trong đất nhưng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể sẽ có những q trình nhất định chiếm ưu thế hơn [99].
Q trình khống hóa trải qua nhiều bước trung gian do hoạt động của hệ vi sinh vật và en ym đất để tạo thành sản phẩm cuối cùng là các chất dinh dưỡng khoáng, CO2 và nước. Quá trình này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng oxi, hoạt tính vi sinh vật, biện pháp sử dụng, hệ thống canh tác, quản lý đất và mùa vụ [19, 43, 72, 83, 102]. Ở đất hiếu khí, hầu hết chất hữu cơ bị khống hóa hồn tồn và chỉ một phần nhỏ (1%) của chất hữu cơ đưa vào đất được tích lũy trong phần ổn định hình thành các hợp chất hữu cơ bền vững [102].
Nhìn chung các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, các chất tiết từ rễ thực vật thường phân hủy rất nhanh, thời gian tính bằng ngày. Phân động vật, cỏ khơ và thảm mục phân hủy nhanh, thời gian thường dưới 5 năm. Rơm rạ, tàn dư của cây lá kim và xenlulo có mức phân hủy trung bình, thời gian từ < 1 đến 10 năm. Vỏ
cây, gỗ và linhin có khả năng phân hủy rất chậm, thời gian từ 10 - 100 năm. Nhất là khi chất hữu cơ được liên kết với thành phần khống sẽ làm tăng tính bền vững của chúng, chống lại các tác nhân phân hủy. Nếu bảo vệ tốt, thời gian tồn tại của chất hữu cơ đất có thể từ 5 năm đến 1.000 năm. Ảnh hưởng của các phần tử khoáng đến sự ổn định của chất hữu cơ đất giảm dần từ khoáng Alophan > khoáng vơ định hình > Smetit > Illit > Kaolinit [83]. Bảng 1.6 đã chỉ ra khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số nguồn chất hữu cơ trong đất.