CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Đất trồng chè và nguyên nhân gây suy thoái đất trồng chè trên thế giới và ở
ở Việt Nam
1.3.1. Đ t tr ng chè và nguyên nhân gây suy thoái t tr ng chè trên thế giới
Cây chè có lịch sử tồn tại lâu đời nhưng chỉ được tập trung nghiên cứu từ đầu thế kỷ XX cho đến nay. Cây chè phân bố chủ yếu ở vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, trên rất nhiều loại đất khác nhau, nhưng chủ yếu là đất xám (Acrisols); đất đỏ (Feralsols); đất đá bọt (Andosols) và một phần ở đất tích nhơm (Alisols), đất Podzôn rửa trôi (Podzoluvisols). Hiện nay, các vùng đất trồng chè trên thế giới đều đang phải đối mặt với sự suy thoái đất do canh tác bất hợp lý. Q trình này càng có xu hướng gia tăng và diễn biến phức tạp do tác động của biến đổi khí hậu tồn cầu. Phần lớn đất trồng chè thâm canh cao ở một số quốc gia đều bị thối hóa do suy giảm hàm lượng chất hữu cơ, CEC thấp, giảm khả năng thấm và giữ nước, suy giảm đa dạng sinh học, axit hóa, xói mịn và rửa trơi các chất dinh dưỡng đồng thời tăng tích lũy nhơm và các kim loại nặng độc hại ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm chè [8, 39, 51, 52, 54, 69, 75, 89].
Trung Quốc là nơi có diện tích đất trồng chè lớn nhất toàn cầu, chiếm khoảng 1,64 triệu ha. Chè được trồng chủ yếu trên đất xám (Acrisols), đất hình thành ở vùng khí hậu bán khơ hạn đến khí hậu ẩm (Alfisols), đất đỏ (Ferrasols) phát triển trên các loại đá mẹ phiến sét, gơnai, mica, granit với độ chua trung bình pH = 4,5 - 6,5, độ dốc trung bình < 300. Theo Chen Zongmao (1994), phần lớn đất trồng chè Trung Quốc đều có độ phì thấp, rất nghèo dinh dưỡng, chủ yếu do bị xói mịn rửa trơi [57]. Từ kết quả phân tích 200 mẫu đất trồng chè thuộc các loại đất khác nhau, Wu Xun and Ruan Jianyun (1994) đã chỉ ra hàm lượng kali đều ở mức rất nghèo đến nghèo, dao động 15,3 - 1031 ppm, khoảng 59,05% mẫu đất có hàm lượng kali nhỏ hơn 80 ppm, 72,66% đất trồng chè có hàm lượng Mg < 40 ppm,
trong đó thấp nhất là 1,25 ppm, 69% có hàm lượng lưu huỳnh < 80 ppm [116]. Bên cạnh vấn đề suy thoái dinh dưỡng, ô nhiễm kim loại nặng trong đất trồng chè ở Trung Quốc cũng đã trở nên phổ biến. Theo kết quả đánh giá chất lượng môi trường đất nông nghiệp của Cheng Jie-liang (2007) tại tỉnh Chiết Giang (Trung Quốc), nghiên cứu 136 mẫu đất trồng chè đều có hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cr, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni, As ở mức cao so với tiêu chuẩn cho phép, trong đó đáng kể nhất là Cd và As [58]. Theo Deng Hua (2012), hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng chè ở tỉnh Quảng Châu (Trung Quốc) ở mức rất cao, Zn gấp 1,4 lần, Pb gấp 1,6 - 1,8 lần, Mn gấp 1,8 - 2,6 lần tiêu chuẩn cho phép, riêng Al và Cd vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Nguyên nhân do nguồn nước tưới, sử dụng nhiều phân khống và thuốc trừ sâu hóa học [60]. Thêm vào đó, q trình axit hóa đất trồng chè ngày càng trở nên phổ biến. Theo Wang Hui và cộng sự (2010), ở các vườn chè miền Đơng Trung Quốc đất có giá trị pH giảm trung bình 1,37; 1,62 và 1,85 đơn vị sau 13, 34 và 54 năm trồng chè đã làm tăng mạnh hàm lượng Al3+ và giảm CEC, gây thiếu hụt các nguyên tố dinh dưỡng phốt pho, Mo, Ca, Mg, dẫn đến giảm mạnh sản lượng chè [110].
Ấn Độ là quốc gia có diện tích đất trồng chè lớn thứ hai trên thế giới với các vùng chè rộng lớn ở miền Đông Bắc và miền Nam. Chè được trồng từ những năm 1834 - 1840. Đất trồng chè miền Nam Ấn Độ chủ yếu là đất sét và đất đỏ pha cát, có tính chất xấu hơn so với vùng Đơng Bắc, do đã bị khai thác quá mức trong thời gian dài trên 100 năm, đặc biệt là nghèo các bon và kali. Việc sử dụng nhiều phân bón hóa học, thuốc trừ sâu làm cho đất trồng chè ở miền Nam Ấn Độ ngày càng trở nên thối hóa. Đất trồng chè ở miền Bắc Ấn Độ chủ yếu là đất đỏ pha sét và đất phù sa, thường xuyên phải đối mặt với tình trạng khơ hạn trong mùa khơ từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau. Theo Panda và cộng sự (2003), đất trồng chè ở Tezpur và Siliguri thuộc miền Bắc Ấn Độ có độ chua trung bình 5,2 và 4,7, hàm lượng các bon hữu cơ 1,2%, và 2,1%, dung trọng của đất trồng chè ở Tezpur là 1,7 g/cm3, ở mức rất cao. [89] Theo Tanmoy Karak và cộng sự (2011), hàm lượng một số kim loại nặng trong đất trồng chè ở Assam, Ấn Độ dao động từ mức trung bình thấp đến cao. Trong đó, As 1,27 - 2,54 ppm, Cd 0,15 - 2,12 ppm, Cr 0,25 - 28,52 ppm, Pb 8,96 - 58,94 ppm, Mn 13,65 - 66,32 ppm, Ni 20,13 - 51,42 ppm, Zn 123,2 - 412,2 ppm [103].
Đất trồng chè ở Inđônêsia chủ yếu là các loại đất đỏ và đất xám có nguồn gốc tro núi lửa, ở độ cao 800 - 1300 m so với mực nước biển. Chè được trồng tập trung ở miền Tây đảo Java và miền Đông Bắc và Nam Sumatra. Theo Astika (1994), các loại đất trồng chè ở Inđơnêsia có tầng đất sâu, hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng khác ở mức trung bình đến cao, phản ứng đất chua vừa, pH 5,5 - 5,8, là điều kiện tốt cho sự phát triển của cây chè.
Chè ở Sri Lanka được trồng tập trung ở miền Trung, miền Tây và tây Bắc trên 3 nhóm đất chính: đất đỏ (Oxisols), đất xám (Ultisols), đất phèn tiềm tàng (Inceptisols) ở độ cao 600 đến 1200 m. Nhóm đất Ultisols chiếm diện tích lớn nhất. Phần lớn các đất trồng chè ở Sri Lanka là các đất nghèo dinh dưỡng, phản ứng của đất ở mức chua pH 5 - 5,5, đất có thành phần cơ giới chủ yếu là cát pha thịt, pha sét. Do đặc điểm địa hình dốc, lượng mưa lớn trên 1800 mm làm tăng xói mịn rửa trơi và suy thối chất lượng đất. Hiện nay các vùng trồng chè ở Sri Lanka cũng bị tác động khơng nhỏ của biến đổi khí hậu tồn cầu. Theo Wijeratne và cộng sự (2007), khi lượng mưa trung bình tháng giảm 100 mm thì sản lượng chè sẽ giảm 30 - 80 kg/ha/tháng. Đất được duy trì độ ẩm, cải thiện hàm lượng chất hữu cơ sẽ giảm thiểu tác động bất lợi của thời tiết khô hạn và gia tăng nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu cho thấy nếu hàm lượng chất hữu cơ đất tăng 1% thì sản lượng chè tăng trung bình 400 - 500 kg/ha/năm. Những vùng chè khô hạn được tưới cho sản lượng tăng thêm khoảng 50 - 100% [113].
Chè ở các quốc gia thuộc Liên Xô (cũ) được trồng trên đất xám (Ultisols) và đất pốt zôn (Podzols). Hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng chè phụ thuộc nguồn gốc hình thành, phân bố địa lý, đặc điểm địa chất và lịch sử canh tác. Đất trồng chè ở đây có hàm lượng chất hữu cơ khá cao 3 - 5%, thậm chí đến 7%. Cịn ở phía Bắc Thổ Nhĩ Kỳ giáp biển Đen vẫn duy trì được hàm lượng chất hữu cơ ở tầng đất mặt trên 4% sau 60 năm khai thác đất rừng. Chè ở Nhật Bản được trồng chủ yếu trên đất sét nặng và đất đỏ có nguồn gốc từ tro núi lửa [8].
Mặc dù phải đối mặt với tình trạng suy thối chất lượng đất trồng chè do tác động của khai thác quá mức và biến đổi khí hậu. Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và sử dụng các sản phẩm chế biến từ chè trên toàn cầu, các quốc gia trồng chè đã ngày càng cố gắng lựa chọn những giải pháp tốt nhất cho chiến lược cải tạo bảo vệ đất nhằm đảm bảo mục tiêu sản xuất chè sạch, chè hữu cơ.
1.3.2. Đ t tr ng chè và c q ì s t tr ng chè ở Vi t Nam
1.3.2.1. Tình hình chung về đất trồng chè ở Việt Nam
Ở Việt Nam, chè thường được trồng ở những vùng có lượng mưa trung bình từ 1200 mm/năm trở lên, độ ẩm khơng khí khoảng 80% và trên hầu hết các loại đất có độ cao trên 20 m so với mực nước biển, mực nước ngầm sâu dưới 1m, độ dốc khơng q 300, tầng đất dày trên 50 cm. Tính chất chung của đất trồng chè Việt Nam là có phản ứng axit từ chua đến chua nhẹ, pHKCl = 4 - 6, hàm lượng chất hữu cơ khoảng 1 - 2%, nghèo lân, kali, canxi, magiê và có hàm lượng sắt, nhơm cao. Đất có thành phần cơ giới nặng, chủ yếu do được hình thành trên các đá mẹ giàu sét, cấu trúc kém, ít tơi xốp [28, 29, 30, 39, 48, 62].
Hiện cây chè được trồng tập trung ở 6 vùng chính là Tây Bắc và miền núi phía Bắc, Việt Bắc - Hoàng Liên Sơn, trung du Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên, duyên hải miền Trung. Những vùng trồng chè lớn chủ yếu trên các đất xám (Acrisols) phát triển trên phiến thạch sét, gơnai và mica, sa thạch, phù sa cổ và đất đỏ (Feralsols) phát triển trên bazan. Cây chè trồng trên đất xám phát triển trên phiến thạch sét chiếm 60 - 75% diện tích, có điều kiện thổ nhưỡng phù hợp với yêu cầu sinh trưởng và phát triển [48].
Một trong những yếu tố độ phì đất được đặc biệt quan tâm nghiên cứu là hàm lượng chất hữu cơ. Chất hữu cơ tổng số của các loại đất chính ở Việt Nam thường rất nghèo ở các vùng đất cát và đất xám bạc màu, đến trung bình khá ở các đất feralit đỏ vàng, vàng đỏ trên núi cao và rất giàu ở nhóm đất mùn alit trên núi [19, 36, 41, 42, 43]. Theo Phạm Quang Hà (2010), trong các loại đất canh tác nơng nghiệp chính của Việt Nam, hàm lượng chất hữu cơ cao nhất trong đất phèn, trung bình 3,8%; tiếp đến là đất feralit 2,22%; đất phù sa 1,99%; đất mặn 1,72%; đất xám 1,08% và thấp nhất là đất cát 0,68% [68].
Lượng chất hữu cơ tập trung nhiều ở lớp đất mặt (0 - 20 cm), càng xuống sâu càng giảm. Đất đỏ vàng và nâu vàng vùng đồi núi có hàm lượng chất hữu cơ ở lớp đất mặt thuộc loại khá, nhưng giảm nhanh theo độ sâu. Đất đỏ nâu có hàm lượng chất hữu cơ giảm dần theo phẫu diện do đất tơi xốp. Đất bạc màu có hàm lượng chất hữu cơ nghèo đến rất nghèo trên bề mặt và giảm nhanh theo độ sâu. Đa số các loại đất Việt Nam đều có tỷ lệ axit humic/axit fulvic < 1 nên chất lượng chất hữu cơ kém, càng xuống sâu thì tỷ lệ axit fulvic càng tăng, chứng tỏ axit fulvic có khả năng di động mạnh hơn axit humic [19, 36, 41, 42, 43].
Nhìn chung đất trồng chè ở Việt Nam có hàm lượng chất hữu cơ ở mức thấp và dao động rộng từ rất nghèo đến trung bình (thường < 2%). Những vùng trồng chè có điều kiện khí hậu thuận lợi cho sự tích lũy chất hữu cơ và ít bị xói mịn rửa trơi thì hàm lượng chất hữu cơ ở mức khá [4, 8, 29, 39, 35].
Hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng chè có sự khác nhau rất rõ giữa các nhóm đất khác nhau. Theo Bùi Thị Ngọc Dung (2012), hàm lượng chất hữu cơ (OM) trong đất trồng chè Lâm Đồng ở mức rất nghèo đến nghèo và trung bình. Trong đó, đất xám trên phù sa cổ 1,4 - 1,6%, đất xám trên mắc ma axit 1,0 - 1,6%, đất đen 2,5 - 3,0%, đất đỏ vàng 0,87 - 5,55%, đất đỏ nâu trên bazan 2,4 - 3,5%, đất nâu đỏ trên bazan 3,0 - 3,2% [8].
Cho đến nay, tại các vùng đất trồng chè có đầu tư thâm canh cao như ở Phú Hộ (Phú Thọ), Tân Cương (Thái Nguyên) và Lâm Đồng có thực hiện biện pháp che phủ lâu năm thì đất đều có hàm lượng chất hữu cơ ở mức trung bình khá đến rất giàu. Đối với những vườn chè quy mơ hộ gia đình ở Yên Bái và Phú Thọ có mức đầu tư thấp thì hàm lượng chất hữu cơ đất đều ở mức nghèo đến trung bình. Theo Trần Thị Tuyết Thu (2012), hàm lượng chất hữu cơ trong 3 mơ hình thâm canh cao, trung bình và thấp ở vùng trồng chè Tân Cương, Thái Nguyên là 4,13%, 3,63% và 2,76%. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng chè ở Khải Xuân, Phú Thọ có mức đầu tư trung bình dao động từ 1,8% đến 2,81% [4, 35, 46, 47, 48].
Nhìn chung, sự tích lũy hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng chè ở Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động quản lý đầu vào cung cấp phân bón và nguồn chất hữu cơ cho đất. Đến nay, ngành chè đã ban hành quy trình hướng dẫn thực hành sản xuất nông nghiệp tốt cho chè búp tươi (tiêu chuẩn ViệtGAP) và có nhiều giải pháp để tiến tới nền sản xuất chè bền vững, nâng cao năng suất chất lượng chè, giảm thiểu những rủi ro gây hại tới môi trường và sức khỏe con người, đã đặc biệt quan tâm đến vấn đề sử dụng hợp lý và bền vững tài nguyên đất trồng chè. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu tổng hợp về quản lý các bon trong đánh giá chất lượng đất trồng chè và phân tích sâu những ảnh hưởng bất lợi của việc ứng dụng một số chế phẩm sinh học, phân hữu cơ sinh học đang được áp dụng thử nghiệm để nâng cao năng suất chè cũng như ảnh hưởng của một số biện pháp canh tác đến khả năng tích lũy chất hữu cơ đất - yếu tố vơ cùng quan trọng giúp duy trì sức sản xuất bền vững của đất trồng chè.
1.3.2.2. Các q trình chủ yếu gây suy thối đất trồng chè ở Việt Nam
Q trình xói mịn, rửa trơi và mất cân bằng chất dinh dưỡng
Thành phần hóa học của các nguyên tố trong đất và đá mẹ có liên quan chặt chẽ với nhau ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất. Nhưng các giai đoạn sau của quá trình phát triển đất lại chịu sự chi phối mạnh bởi các q trình lý, hóa, sinh học và điều kiện môi trường cũng như lịch sử hoạt động quản lý đất. Đặc biệt, hàm lượng các chất dinh dưỡng khoáng trong đất canh tác chịu ảnh hưởng từ tất cả các yếu tố đầu vào của hệ thống canh tác và quá trình mất đi theo năng suất thu hoạch, hoặc đi vào các thành phần mơi trường khác.
Nói chung, các vùng đất trồng chè thâm canh cao ở Việt Nam đều có lịch sử canh tác liên tục kéo dài từ hơn nửa thế kỷ qua. Bên cạnh các chất dinh dưỡng bị lấy đi khỏi đất bằng sản phẩm thu hoạch thì một phần lớn các chất dinh dưỡng bị mất bởi q trình xói mịn, rửa trơi. Đặc biệt là thời gian 10 năm đầu khi cây chè đang ở giai đoạn kiến thiết cơ bản là giai đoạn đất có thể bị mất do xói mịn nhiều nhất. Lượng dinh dưỡng mất đi do xói mịn chủ yếu là chất hữu cơ, nitơ, phốt pho, kali và các nguyên tố vi lượng. Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng bị mất có thể xếp theo thứ tự như sau: C > N > K > Ca > Mg > P [19, 28, 39, 49]. Theo Li và Ding (1992), xói mịn đất trồng chè gây mất 188 kg chất dinh dưỡng khoáng và 1.687 kg chất hữu cơ/ha/năm. Phân khoáng và phân hữu cơ được bổ sung vào để duy trì cân bằng dinh dưỡng và hàm lượng chất hữu cơ trong đất [73]. Còn theo Hồ Quang Đức (1994), ở những vườn chè 10 tuổi khơng được che phủ bảo vệ đất có lượng đất bị mất do xói mịn trung bình 32 tấn/ha/năm [62].
Q trình suy thối đất trồng chè cịn do việc sử dụng phân khống khơng hợp lý dẫn đến làm mất cân đối chất dinh dưỡng cung cấp cho cây chè. Sử dụng quá nhiều phân nitơ và phốt phát để tăng năng suất chè đã thúc đẩy sử dụng và làm nghèo kiệt các nguyên tố dinh dưỡng khác, đặc biệt là nguyên tố vi lượng trong đất. Bên cạnh đó, cịn thúc đẩy q trình axit hóa đất, làm tăng hàm lượng Al3+
, Fe3+ và tích lũy các kim loại nặng Cd, As, Pb trong đất. Khả năng đối kháng của các nguyên tố hóa học thường là nguyên nhân gây mất cân bằng dinh dưỡng và tích tụ độc chất vào sản phẩm chè. Khi đất trồng chè chứa nhiều Fe3+ sẽ làm giảm