1.1 .Đất canh tác và nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất
1.1.1 .Đất canh tác
1.2. Ảnh hưởng của hoạt động canh tác nông nghiệp tới chất lượng đất
1.2.4. Ảnh hưởng của kỹ thuật làm đất đến tính chất hóa lý của đất
Hoạt động làm đất giúp tăng khả năng tiếp cận chất hữu cơ của vi sinh vật đất [36, 50, 55, 106] qua đó tăng q trình giải phóng N cho đất [102]. Các nhà khoa học cho rằng biện pháp lên luống vĩnh cửu kết hợp với giữ lại dư lượng sinh khối sau thu hoạch giúp vi sinh vật đất ổn định hơn, qua đó tăng cường bảo vệ C và N so với biện pháp cày bừa thông thường [38, 109].
Trồng trọt có lên luống vĩnh cửu (luống đất có khung gỗ bao quanh với đất trồng cao hơn mặt đất bên ngoài) là một kỹ thuật làm giảm sự nhiễm mặn đất trong điều kiện có mưa [169]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với kỹ thuật canh tác trên thì hàm lượng Na thấp hơn 2,64 và 1,80 lần tương ứng với tầng đất 0-5 cm và 5-20 cm ở các đất có lên luống vĩnh cửu so với các luống cày cấy thông thường. So với làm đất truyền thống, giá trị trao đổi Na của đất Vertisol có tưới tiêu sau chín năm là thấp hơn ở biện pháp canh tác làm đất tối thiểu [88].
Ngược lại, trong trồng lúa thì việc làm đất có xu hướng giảm tích tụ muối trong vùng rễ của lúa: hàm lượng muối tích tụ lớn hơn đã ghi nhận được trên tầng đất mặt trong giai đoạn tăng trưởng cây lúa trên đất canh tác không làm đất so với trên đất canh tác thông thường [183]. Và độ dẫn điện của đất (EC) thấp hơn với hệ thống canh tác truyền thống so với hệ thống canh tác không làm đất trong khu vực đất Vertisols ở miền Bắc Mexico [151]. Trong một số trường hợp, ảnh hưởng bởi các hoạt động làm đất tới sự tích tụ muối trong các tầng canh tác là không thực sự rõ ràng [59]. Trong lớp đất 5-15 cm, khơng có sự khác biệt trong đất về độ dẫn điện giữa các phương thức làm đất [60] và lượng Na chiết ra được theo các tầng đất không phụ thuộc vào thực tiễn làm đất, hoặc nếu có thì cũng rất ít bị ảnh hưởng [69].
Tác động của sản xuất nông nghiệp bảo tồn tới tổng hàm lượng N thường phản ánh những quan sát về tổng OM do vịng tuần hồn N ln gắn bó chặt chẽ với vịng tuần hồn C [42]. Các nhà khoa học thấy rằng, hàm lượng nitơ tổng số cao hơn đáng kể trong cả hai phương thức canh tác không làm đất và lên luống vĩnh cửu so với làm đất truyền thống ở vùng cao nguyên miền trung Mexico [31, 76]. Đặc biệt, sự gia tăng hàm lượng nitơ tổng số trong đất canh tác với sự gia tăng số lượng rơm rạ được giữ lại trên bề mặt ruộng một cách thường xuyên [76] và một số hệ
sinh thái nông nghiệp khác [32]. Như vậy, q trình hồn trả sinh khối sau thu hoạch cho đất làm tăng hàm lượng nitơ tổng số một cách rõ rệt trong đất [55, 76].
Tuy nhiên, biện pháp canh tác này có thể tăng tính nhạy cảm của đất với quá trình rửa trơi hoặc phản nitrat nếu khơng có sự phát triển của thực vật để sử dụng các chất dinh dưỡng dễ tiêu tại thời điểm được giải phóng [48, 58, 78]. Randall và Iragavarapu phát hiện thấy biện pháp làm đất thơng thường gây thất thốt NO3- cao hơn khoảng 5% so với biện pháp không làm đất [148]. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng tỷ lệ khoáng hoá N tăng lên khi giảm các biện pháp làm đất: khi canh tác có làm đất trong 8 năm cho thấy hàm lượng N linh động trong đất không cày bừa lớn hơn trong đất cày bừa thông thường với cây trồng là lúa mì mùa xuân [107]. Một nghiên cứu khác cũng cho kết quả tương tự, q trình khống hố nitơ thường tăng lên trong lớp đất 0-5 cm khi cường độ làm đất giảm xuống [182].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng P có thể chiết rút trong đất thuộc hệ canh tác không làm đất cao hơn trong đất canh tác với các biện pháp làm đất thông thường [59, 60, 62, 68, 69, 81]. Điều này rất có lợi cho thực vật khi P là một chất dinh dưỡng có khả năng hịa tan giới hạn, nhưng cũng có thể là một mối đe dọa cho các vấn đề môi trường vì khả năng rửa trơi P hịa tan trong nước chảy sẽ tăng cao [60]. Một số nghiên cứu khác cho thấy, sau 20 năm khơng có cày đất, có thể chiết rút hàm lượng P lớn hơn 42% mức 0-5 cm, nhưng thấp hơn 8-18% ở độ sâu 5-30 cm so với đất cày bừa thơng thường [82, 89, 162]. Tích tụ P ở tầng mặt đất liên tục không cày bừa đã được nhiều tác giả khẳng định [61, 62, 68, 71, 81]. Mặt khác, hàm lượng P cao hơn ở các lớp bề mặt của tất cả các hệ thống canh tác so với các tầng sâu hơn, nhưng nổi bật nhất trong đất không cày bừa [60].
Nhiều nghiên cứu cho thấy, đất khơng cày bừa có thể duy trì và tăng tính linh động của các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như K ở tầng đất gần bề mặt đất nơi có hệ rễ thực vật hoạt động [70]. Biện pháp lên luống vĩnh viễn cho hàm lượng K cao hơn 1,65 lần trong lớp đất 0-5 cm và 1,43 lần trong lớp 5-20 cm so với canh tác lên luống thông thường khi cả hai phương thức canh tác đều kết hợp với sự duy trì tàn dư thực vật trên bề mặt [76]. Các nghiên cứu khác đã cho thấy mức độ K có thể chiết rút cao hơn trong tầng đất mặt khi cường độ cày bừa giảm [91, 175], và hàm lượng K tăng trong đất không cày bừa so với đất cày bừa thông thường, nhưng tác dụng này giảm theo độ sâu [59]; và cũng đã quan sát thấy sự tích tụ trên lớp đất bề mặt của K linh động không phụ thuộc vào thực tế cày bừa hay độ sâu của đất [60, 68, 88, 116, 151].
1.2.5. Ảnh hưởng của tàn dư thực vật tới chất lượng đất
Sử dụng tàn dư thực vật như một loại phân bón hữu cơ cho đất đã có tác động đáng kể đến chất lượng đất [55, 57]. Sự phân hủy chậm tàn dư thực vật của lớp phủ trên mặt đất có thể giúp giảm thiểu q trình thẩm thấu các nguyên tố dinh dưỡng qua phẫu diện đất [34, 104]. Tuy nhiên, mật độ cao hơn của các khoảng hổng trong đất có thể khiến q trình thẩm thấu các chất dinh dưỡng hòa tan nhanh hơn và thấm sâu hơn vào các tầng đất bên dưới tầng canh tác [69, 94].
Mặt khác, phản ứng sinh hóa của đất có thể thay đổi phụ thuộc vào khí hậu, loại đất, hệ thống cây trồng, phương thức sử dụng phân bón tại mỗi hệ sinh thái nơng nghiệp và nó chi phối mạnh mẽ tới sự tồn tại và phân bố các chất dinh dưỡng trong đất [138, 146]. Ví dụ, mật độ của rễ cây thường lớn hơn ở tầng đất mặt trong hệ thống canh tác không làm đất so với canh tác truyền thống, điều này có thể dẫn đến sự tích lũy với tỷ lệ lớn các chất dinh dưỡng được đưa lên từ tầng đất bên dưới [115, 144]. Như vậy, trong canh tác có sử dụng tàn dư thực vật như là loại phân bón để bón cho cây trồng có tác động đáng kể đến phân bố và di chuyển chất dinh dưỡng trong đất [55, 57, 66, 70].
Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp che phủ đất bằng tàn dư cây trồng sau thu hoạch, cho thấy K trao đổi cao hơn trong lớp đất mặt (0-2 cm) trong trường hợp rơm lúa miến được giữ lại so với khi được loại bỏ hoàn toàn [139]. Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng, K trong tầng đất 0-20 cm tăng lên đáng kể trong trường hợp giữ lại sinh khối sau thu hoạch trên mặt các luống vĩnh viễn, hiệu ứng này rõ rệt hơn đối với sinh khối lúa mì hơn so với ngơ [76]. Lượng lớn K được cây trồng hút thu, đặc biệt là cây ngũ cốc và mang khỏi đất đi vào sinh khối. Vì vậy việc hồn trả sinh khối sau thu hoạch có tác dụng như trả lại cho đất một lượng K đáng kể [60].
Thành phần của sinh khối tồn dư để lại trên đồng ruộng sẽ ảnh hưởng đến sự phân hủy của chúng [57, 143]. Tỷ lệ C/N là một trong những tiêu chí thường được sử dụng để đánh giá chất lượng của sinh khối tồn dư [79, 129, 177], cùng với hàm lượng N, lignin, chất poliphenol và hàm lượng C hòa tan [123, 149, 169]. Trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ, hàm lượng N vơ cơ từ khí quyển hoặc trong đất có thể được cố định bởi các vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy [184]. Đặc biệt là khi các chất hữu cơ có tỷ lệ C/N lớn được thêm vào đất. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng, N tổng số trong đất có tương quan đáng kể đến khả năng phân hủy sinh khối hữu cơ và tỷ lệ C/N của tàn dư sinh khối được bổ sung vào đất [103, 138].
Trong khi một số loài thực vật thường được sử dụng như cây che phủ có hàm lượng N và P tương đối cao thì tàn dư cây trồng thường có hàm lượng N rất thấp (khoảng 1%) và hàm lượng P (khoảng 0,1%) [132]. Tàn dư cây trồng thường có hàm lượng lignin và poliphenol cao, do đó các tồn dư thực vật thường đóng vai trị quan trọng trong góp phần hình thành SOM hơn là vai trị của nguồn dinh dưỡng vơ cơ cho cây trồng [57, 131]. Bên cạnh đó tàn dư thực vật cịn có chứa một số các kim loại nặng ở lượng thấp, nó được coi như là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng vi lượng cho đất và cây trồng.
Một phương thức khác sử dụng tàn dư thực vật làm phân bón dưới dạng đốt các tàn dư này. Những báo cáo về biện pháp đốt tàn dư sinh khối sau thu hoạch cho thấy, điều này có thể tăng lượng dinh dưỡng dễ tiêu một cách tức thời trong tầng đất mặt cho cây trồng hút thu [59]. Tuy nhiên, đốt tàn dư cây trồng không được coi là một hình thức bền vững do các tác động tiêu cực tới tính chất vật lý đất, đặc biệt là khi quá trình này được kết hợp với các biện pháp giảm làm đất trước khi gieo trồng [110].