CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.2 Sự bạc màu đất và vai trò của chất hữu cơ trong đất
2.2.1.3 Cải thiện độ xốp đất
Nhiều nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ trong
đất đã có tác động cải thiện độ xốp đất. Trên đất có bổ sung chất hữu cơ đã
cho thấy nâng cao độ xốp đất và tăng kích thước các khí khổng trong đất so với đất không được bổ sung chất hữu cơ (Hình 2.5). Việc bổ sung chất hữu cơ trong đất dẫn đến tăng độ xốp và hình thành nhiều khí khổng có kích thước lớn hơn 500 μm. Trong khi loại khí khổng có kích thước nhỏ hơn đã khơng có
phân hữu cơ trong đất đã gia tăng các khí khổng hình thành tự do với kích
thước lớn hơn 1000 μm. Trong khi loại khí khổng kéo dài có kích thước từ
500-1000 μm nhiều nhất trên đất có bổ sung chất hữu cơ. Loại khí khổng kéo
dài có kích thước nhỏhơn 500 μm trên nghiệm thức có bổ sung chất hữu cơ có xu hướng giảm thấp hơn nghiệm thức đối chứng (Pagliai et al., 2004).
Hình 2.5 Độ xốp đất thay đổi theo loại đất canh tác
(Nguồn: Pagliai et al., 2004)
2.2.2 Vai trò của chất hữu cơ trong cải thiện đặc tính hóa học đất 2.2.2.1 Cải thiện pH đất
Chất hữu cơ trong đất đóng vai trị rất quan trọng trong cải thiện đặc tính hóa học đất (Reeves, 1997; Võ Thị Gương, 2010). Kết quả nghiên cứu cho
thấy đất canh tác được bổ sung phân hữu cơ đã có tác dụng nâng cao pH đất trên tầng đất mặt (Butterly and Tang, 2010). Việc sử dụng phân hữu cơ bã bùn mía, dã quỳ đã có tác dụng cải thiện pH đất vườn cây ăn trái từ 3,5 đến 3,7
khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đất khơng bón phân hữu cơ (Võ Thị
Gương và ctv., 2010). Trên cây chôm chôm, sau ba năm bổ sung phân hữu cơ
chứa bã bùn mía đã cải thiện pH đất lên 4,5 so với nghiệm thức không bổ sung phân hữu cơ có pH đất thấp 3,2 (Võ Văn Bình và ctv., 2014). Một nghiên cứu cho thấy tác động của nhiều loại phân hữu cơ khác nhau lên cải thiện chất
lượng đất cho thấy các loại phân hữu cơ: phân hữu cơ vi sinh, phân trùn, chất thải hầm ủ biogas, phân chuồng được bổsung vào trong đất canh tác đã có tác
dụng cải thiện pH đất có ý nghĩa, đồng thời giảm nhôm trao đổi trên đất phèn
Đ ộ x ố p c ủa đấ t Đ ộ x ố p c ủa đấ t
Bổ sung phân hữu cơ 40 tấn/ha Đối chứng
Kích thước khí khổng trong đất (μm)
(Phạm Thị Phương Thúy và Dương Minh Viễn, 2008). Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng phân hữu cơ từ những nguồn nguyên liệu khác nhau đã
cải thiện pH đất có ý nghĩa, giúp gia tăng các dưỡng chất hữu dụng trong đất cho cây trồng.
2.2.2.2 Nâng cao hàm lượng carbon hữu cơ trong đất
Vai trò của chất hữu cơ trong đất đối với dinh dưỡng cây trồng được biết
đến khả năng giữ dưỡng chất trong đất và chuyển đổi thành dạng dưỡng chất
hữu dụng cho cây trồng (Diacono and Montemurro, 2010). Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng carbon hữu cơ trong đất tăng sau một thời kỳ dài bổ sung chất hữu cơ vào trong đất (Hình 2.6). Ngồi ra, chất hữu cơ bổ sung vào
trong đất giúp gia tăng nuất suất cây trồng, đồng thời cải thiện độ phì nhiêu đất
trong việc tăng cường carbon hữu cơ dễ phân hủy, N hữu dụng trong đất (Liu
et al., 2010; Võ Thị Gương và ctv., 2010a). Trong đó, carbon hữu cơ trong đất và N hữu dụng được xem là hai chỉ tiêu hóa học quan trọng nhất góp phần
tăng năng suất (Liu et al., 2015). Như vậy, năng suất cây trồng có ý nghĩa tương quan thuận với các yếu tố cấu thành độ phì nhiêu đất. Ngoài ra, kết quả
nghiên cứu cho rằng việc bổ sung phân hữu cơ kết hợp với phân bón vơ cơ cân
đối đã góp phần tăng năng suất mùa vụ và nâng cao khả năng tích lũy N hữu
dụng và carbon hữu cơ dễ phân hủy trong đất (Yang et al., 2016). Do đó, việc
nâng cao độ phì đất thơng qua bổ sung phân hữu cơ vào trong đất góp phần nâng cao dưỡng chất hữu dụng trong đất và cải thiện hàm lượng carbon hữu cơ trong đất (Mandal et al., 2007).
Hình 2.6 Ảnh hưởng của phối trộn phân hữu cơ khác nhau đến hàm lượng carbon hữu cơ trong đất
NT1: Phân hữu cơ từ rác thải đô thị, NT2: NPK+Phân chuồng từ trang trại chăn nuôi, NT3: Phân chuồng từ trang trại chăn nuôi, NT4: NPK +NT3 , NT5: Phân hữu cơ từ sản xuất nông nghiệp hữu cơ, NT6: Phân hữu cơ từ phân chuồng, NT7: Phân chuồng từ chăn nuôi gia súc, NT8: Phân chuồng dạng lỏng từ chăn chuôi gia súc
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi bổ sung phân hữu cơ vào trong đất canh tác qua một thời kỳ dài hạn (từ 3-60 năm) đã cải thiện hàm lượng carbon hữu
cơ trong đất tăng từ 20-90% so với đất không được bổ sung phân hữu cơ.
Nhiều loại phân hữu cơ từ rất nhiều nguồn vật liệu hữu cơ khác nhau: phân Sự bổ sung các dạng phân hữu cơ khác nh
S ự gi a t ăn g C hữ u cơ t ro ng đ ấ t (% ) NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 NT6 NT7 NT8
chuồng, bã trái oliu, nước thải từ nhà máy chế biến đã đóng góp hàm lượng carbon hữu cơ khác nhau khi bổ sung vào trong đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy sẽ có khoảng 11% carbon được tích trữ trong đất trên tổng số carbon từ
phân hữu cơ compost được bổsung vào trong đất (Diacono and Montemurro, 2010). Ngồi ra, tùy theo loại đất và mục đích sử dụng đất khác nhau dẫn đến trữ lượng carbon hữu cơ trong đất khác nhau. (Buringh, 1984). Do đó, đất
canh tác nơng nghiệp rất cần được bổ sung chất hữu cơ vào trong đất để nâng
cao độ phì nhiêu đất. Khi bổ sung chất hữu cơ vào trong đất đã có ý nghĩa tích lũy hàm lượng carbon hữu cơ trong đất. Hàm lượng carbon hữu cơ trong đất được xem là chỉ tiêu đánh giá đất giàu hay nghèo chất hữu cơ (Bảng 2.3). Qua
kết quả Bảng 2.4 cho thấy khi hàm lượng carbon hữu cơ từ 10-20% cho thấy
đất giàu chất hữu cơ. Trong khi, hàm lượng carbon hữu cơ nhỏ hơn 2% đất
được đánh giá rất nghèo chất hữu cơ.
Bảng 2.3 Thang đánh giá chất hữu cơ theo Walkley Black
% CHC Đánh giá <2 Rất nghèo 2-4 Nghèo 4-10 Trung bình 10-20 Giàu >20 Rất giàu (Nguồn: Metson, 1961)
2.2.2.3 Nâng cao khảnăng trao đổi cation trong đất
Theo nghiên cứu của Võ Thị Gương và ctv. (2010) khả năng trao đổi cation trong đất đóng vai trị quan trọng trong cải thiện độ phì nhiêu đất. Sự trao đổi các cation Ca2+, Mg2+, Na+, K+, H+ đã có tác dụng duy trì dưỡng chất
trong đất, chống lại sự mất dưỡng chất trong đất bởi trực di dinh dưỡng (Nguyen Van Dung et al., 2001). Khả năng hấp phụ cation phụ thuộc vào cấu
trúc khoáng đất, hàm lượng mùn, sa cấu và pH đất. Kết quả nghiên cứu cho
thấy khoáng sét kaolinite có giá trị CEC thấp (Sharu et al., 2013). Khống kaolinite có giá trị pH đất thấp, hàm lượng mùn thấp, sa cấu nhẹ. Tùy theo loại
đất mà giá trị CEC trong đất khác nhau (Bảng 2.5). Trên nhóm đất giấu chất
hữu cơ cho thấy khả năng trao đổi cation rất cao từ 50-100 meg/100g, trong
khi đất cát thì có giá trị CEC rất thấp (Lajos, 2011). Việc cải thiện chất lượng đất thông qua bổ sung carbon hữu cơ trong đất đã có tác dụng nâng cao khả năng trao đổi cation trong đất (FAO, 2005).
Chất hữu cơ được tích lũy trong đất dẫn đến sản xuất các axit hữu cơ
nhóm RCH3-COOH, R-CH2-COOH. Tính axit của các axit hữu cơ này đã
góp phần nâng cao chỉ số pH đất, tạo điều kiện cho việc trao đổi dưỡng chất xảy ra trong đất. Chất hữu cơ trong đất giữ vai trò rất quan trọng và góp phần
nâng cao giá trị CEC đất tăng trên 25% so với các yếu tố ảnh hưởng khác (Murphy, 2014).
2.2.2.4 Nâng cao dưỡng chất hữu dụng cho đất
Kết quả nghiên cứu khi tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất đã có ý nghĩa nâng cao hàm lượng Nhd và Phd trong đất (Bảng 2.4). Khi tăng hàm lượng phân hữu cơ bổ sung vào trong đất từ 10 kg/cây lên 40 kg/cây đã có tác
dụng tăng gấp năm lần hàm lượng Nhd và tăng hai lần Phd trong đất (Lê Bảo
Long và ctv., 2013). Kết quả nghiên cứu của Võ Văn Bình và ctv. (2014) cũng cho rằng việc bổ sung phân hữu cơ vào trên đất trồng cây chôm chôm sau sáu
tháng đã nâng cao hàm lượng Nhd trong đất khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm
thức khơng bón bổ sung phân hữu cơ. Đạm hữu dụng là dưỡng chất trong đất mà cây trồng dễ dàng hấp thu thúc đẩy cho sự sinh trưởng của cây. Việc bổ
sung các dạng phân hữu cơ khác nhau đã có ý nghĩa nâng cao hàm lượng Nhd
khác nhau trong đất. Kết quả nghiên cứu của Võ Thị Gương và ctv. (2016)
trên một số loại phân hữu cơ được sản xuất từ nguyên liệu bã bùn mía, phân hữu cơ từ ủ biogas, phân hữu cơ trùn quế, phân hữu cơ từ cây cỏ cúc cho thấy phân hữu cơ từ bã bùn mía có vai trị nâng cao hàm lượng Nhd tốt nhất trong
đất cho cây trồng. Dưỡng chất Phd trong đất cũng được nâng cao có ý nghĩa khi đất được bổ sung phân hữu cơ.
Bảng 2.4 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến hàm lượng dưỡng chất hữu dụng
trong đất
2.2.3 Vai trò của chất hữu cơ trong cải thiện đặc tính sinh học đất
Vi sinh vật trong đất giữ vai trò rất quan trọng trong cải thiện độ phì
nhiêu đất (Võ Thị Gương và ctv., 2010a). Việc bổ sung phân hữu cơ vào trong đất đã nâng cao khả năng hoạt động vi sinh vật đất (Gong et al., 2009; Liu et
al., 2010; Võ Thị Gương, 2010). Ngoài ra, chất hữu cơ được xem là nhân tố
quyết định đến độ bền của đất và các thước đo đểđánh giá hoạt hoạt động của vi sinh vật trong đất và có mối tương quan thuận với độ bền đất (Chotte, 2005; Umer and Rajab, 2012; Duchicela et al., 2013; Graf and Frei, 2013; Guidi et
al., 2013;. Kết quả nghiên cứu khi bổ sung phân hữu cơ trong đất đã có hiệu
quả nâng cao tổng mật số vi sinh vật trong đất, cao hơn có ý nghĩa so với nghiệm thức khơng có bổ sung phân hữu cơ. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi
bổ sung phân hữu cơ compost 30-45 tấn/ha đã có vai trị nâng cao tổng mật số
vi khuẩn trong đất: 6 x 106 cfu/g đất. Trong khi mật số nấm cao nhất khi đất
được bổ sung phân hữu cơ compost: 15 tấn/ha (Zaccardelli et al., 2013).
Hoạt động vi sinh vật đất còn được thể hiện qua khảnăng hô hấp của vi sinh vật đất và hoạt động enzyme trong đất (Mandal et al., 2007; Zhen et al., 2014). Enzyme đất đóng vai trị rất quan trọng trong chức năng sinh học liên
quan đến tăng cường khả năng phân hủy chất hữu cơ trong đất và duy trì độ phì nhiêu đất (Shukla and Varma, 2011; Sinabaugh et al., 1991). Có nhiều loại
enzyme khác nhau tham gia vào quá trình biến dưỡng trong đất. Tùy theo tính chất vật lý, hóa học và sinh học đất khác nhau mà loại và nồng độ enzyme hiện diện trong đất cũng khác nhau (Luo et al., 2016). Các enzyme tham gia
vào quá trình sinh hóa đất như amylase, β-glucosidase, arylsulphatase, cellulose, chitinase, dehydrogenase, protease, phosphatase, urease (Shukla and Varma, 2011). Những loại enzyme trên đóng vài trị khác nhau trong đất, các enzme β-glucosidase, cellulose, dehydrogenase đóng vai trị trong chu trình
carbon trong đất; urease và amidase tham gia vào q trình chuyển hóa N;
phosphatase tham gia vào quá trình chuyển hóa P (Luo et al., 2016; Shukla and Varma, 2011).
Chất hữu cơ trong đất được xem là nhân tố ảnh hưởng đến cộng đồng vi sinh vật trong đất và liên quan trực tiếp đến khả năng hô hấp của đất (Curiel Yuste et al., 2007; Võ Văn Bình và ctv., 2014; Wild et al., 2014). Sự hô hấp
đất là thước đo nồng độ CO2 được giải phóng từ sự phân hủy chất hữu cơ trong đất bởi vi sinh vật trong đất; sự hô hấp rễ thực vật và sinh vật đất (Luo et al.,
2016; USDA, 2012). Kết quả nghiên cứu các loại phân hữu cơ khác nhau khi bón vào trong đất cho thấy mật số vi sinh vật trong đất khác nhau, ảnh hưởng
đến hoạt động hô hấp trong đất đối với cây trồng (Zaccardelli et al., 2013). Sự
hô hấp đất được xem là nhân tố quan trong thể hiện mức độ hoạt động của vi sinh vật đất trong sự phân hủy chất hữu cơ đất. Sự phân hủy này thể hiện
lượng dưỡng chất từ chất hữu cơ được chuyển hóa thành dưỡng chất ở dạng dễ
tiêu cho cây trồng.
2.4 Vai trò của nhóm vi sinh vật có lợi trong đất
2.4.1 Vai trò của vi sinh vật trong phân hủy chất hữu cơ trong đất 2.4.1.1 Vai trò của nấm trong phân hủy chất hữu cơ trong đất 2.4.1.1 Vai trò của nấm trong phân hủy chất hữu cơ trong đất
Hầu hết các loài nấm đa bào có khả năng phân hủy cellulose và lignin (Kubicek, 2012). Tuy nhiên, cơ chế phân hủy của các loài nấm này khác nhau, tùy theo mỗi lồi, nấm có khả năng tiết những enzyme khác nhau trong quá trình phân hủy chất hữu cơ. Các kết quả nghiên cứu chứng minh rằng dòng nấm Aspergillus sp. có khả năng sản xuất enzyme glucose oxidase, pectinase,
hemicellulase nhưng chưa tìm thấy dịng nấm này sản xuất enzyme cellulase.
hoạt động β-glucosidase cao. Mặt khác, nấm Humicola insolens có khả năng
sản xuất enzyme lipase và cellulsase (Kubicek, 2012). Kết quả nghiên cứu chứng minh sự khác nhau trong phân hủy chất hữu cơ xếp thành 3 nhóm nấm: nhóm nấm mục rửa trắng (white rot); nấm mục nâu (brown rot) và nấm mục mềm (soft rot).
Nấm mục trắng (white rot) là nhóm nấm duy nhất trong ba nhóm nấm có khả năng phân hủy hồn tồn cấu trúc của gỗ bởi chúng có khả năng phân hủy lignin bằng cách tách liên kết giữa Cα và Cβ. Sự phân hủy cellulose, hemicellulose và lignin bởi nấm mục trắng diễn ra cùng thời điểm ở một số loài như Trametes versicolor, Irpex lacteus, Phanerochaete chrysosporium, Heterobasidion annosum. Một số loài nấm khác chọn tiến trình phân hủy
lignin trước, trước khi bắt đầu phân hủy cellosose như Ganoderma australe, Phlebia tremellosa, Ceriporiopsis subvermispora, Pleurotus sp., Phellinus
pini. Trong khi nấm mục nâu (brown rot) thì chỉ có khả năng phân hủy phổ
biến trên vật liệu gỗ mềm. Đóng vai trị trong phân hủy cellulose và
hemicellulose nhưng không thể phân hủy lignin hoàn toàn, chỉ tham gia phần
nhỏ vào sự phá hủy lignin. Tuy nhiên, một số nấm mục nâu có thể tự tạo ra ẩm
độ và dinh dưỡng để tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ. Hầu hết
nấm mục trắng và mục nâu tiêu biểu đặc trưng cho nhóm nấm đảm. Một số loài nấm mục nâu như Gloeophyllum trabeum, Laetiporu sulfureus, Postia placenta, Serpula lacrymans (Kubicek, 2012).
Trái lại, nấm mục mềm (soft rot) chỉ phân hủy vật liệu hữu cơ có chứa
hàm lượng lignin thấp và yêu cầu ẩm độ cao hơn trong quá trình phân hủy so
với nấm mục trắng và nâu. Một số loài nấm mục mềm như Trichoderma reesei, Chaetomium globosum, Thielavia terrestris, paecilomyces sp (Kubicek, 2012).
2.4.1.2 Vai trò của vi khuẩn trong phân hủy chất hữu cơ
Phân hủy chất hữu cơ là tiến trình sinh học hiếu khí có sự tham gia của vi khuẩn và nấm. Suốt tiến trình phân hủy chất hữu cơ, cộng đồng vi khuẩn và
điều kiện lý, hóa trong khối ủ có liên quan tác động lẫn nhau (Partanen et al.,
2010). Trong giai đoạn đầu của tiến trình phân hủy chất hữu cơ, nhóm vi khuẩn hoạt động tích cực trong sự phân hủy là vi khuẩn có khả năng sản xuất acid hữu cơ ưa nhiệt trung bình. Mật số của nhóm vi khuẩn này ở khoảng 1,7- 2,8 × 109 cfu g-1 sau 10 ngày sau khi ủ. Một số vi khuẩn nhóm ưa nhiệt trung
bình như Lactobacillus sp. and Acetobacter sp. (Chandna et al., 2013). Sự
tham gia của vi khuẩn trong giai đoạn trễ (giai đoạn nhiệt độ cao) từ khoảng 11-32 ngày sau khi ủ là nhóm vi khuẩn gam dương chiếm ưu thế có mật số 107
đến 108 cfu g-1 như Bacillus sp. và Actinobacteria sẽ ưu thế hơn (Dương Minh