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 Vai trò của chất hữu cơ trong cải thiện tính chất vật lý đất
2.2.1.1 Nâng cao độ bền cấu trúc đất
Chất hữu cơ có vai trị quan trọng đến nâng cao chỉ số độ bền cấu trúc đất thông qua duy trùy và nâng cao độ phì nhiêu đất. Độ phì nhiêu đất và độ
bền cấu trúc đất được xem là yếu tố thúc đẩy thực hiện những chức năng của
đất (Chotte, 2005). Nhiều nghiên cứu cho thấy khi đất được bổ sung phân hữu cơ đã cải thiện đặc tính vật lý đất trong việc nâng cao độ xốp đất và độ bền cấu trúc đất (Võ Thị Gương và ctv., 2016). Đất được bổ sung phân hữu cơ giúp
nâng cao hàm lượng chất hữu cơ trong đất, từ đó góp phần giảm dung trọng đất, nâng cao tính bền của đất (Hình 2.3). Kết quả nghiên cứu trước đây cho
thấy khi hàm lượng chất hữu cơ trong đất tăng từ mức 20g/kg đã góp phần nâng cao tính bền của đất thơng qua làm giảm kích thước kết cấu đất (Krull et
Hình 2.3 Ảnh hưởng của tích lũy carbon hữu cơ đến độ bền trong đất Nhiều nghiên cứu cho rằng hàm lượng CHC trong đất ở mức 2,5% được
xem là điểm giới hạn tối thiểu để chứng minh sự ổn định trong cấu trúc đất thịt
pha sét có cát (Draycott et al., 2003). Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng CHC trong đất có mối tương quan chặt và tỷ lệ thuận với độ bền kết cấu đất (Hình 2.4). Kết quả nghiên cứu cho thấy tùy theo nguồn vật liệu hữu cơ và
hàm lượng bổ sung vào trong đất mà góp phần nâng cao chất lượng đất khác
nhau. Chất bùn thải và phân chuồng từ gia cầm có vai trị chính yếu trong tích
lũy hàm lượng CHC trong đất khi được bổ sung. Trong khi, rơm rạ từ cây ngũ
cốc có vai trị nâng cao độ bền cấu trúc đất tốt nhất, tăng độ bền cấu trúc đất
đạt 59% so bổ sung phân hữu cơ từ bùn thải và phân chuồng, chỉ đạt độ bền
cấu trúc đất 23%. Theo kết quả nghiên cứu của Lê Văn Khoa và Nguyễn Văn Bé Tí (2013) cho thấy đất Đồng bằng sơng Cửu Long có độ bền cấu trúc đất biến động từ 22 đến dưới 200. Ngoài ra, việc bổ sung rơm rạ đã có tác dụng
tích lũy hàm lượng tổng số polysaccharide, nâng cao khả năng hô hấp trong
đất và tính thấm của đất (Krull et al., 2004). Các polysaccharide được biết đến trong vai trò ổn định cấu trúc đất và nâng cao hợp chất mùn trong đất.
Hình 2.4 Mối quan hệtương quan giữa độ bền cấu trúc đất và hàm lượng chất Hàm lượng chất hữu cơ (%)
K ích th ướ c k ế t c ấu đ ấ t (m m ) Đ ộ b ề n c ủa đ ấ t
hữu cơ trong đất (Nguồn: Krull et al., 2004)
2.2.1.2 Cải thiện dung trọng đất
Nhiều kết quả nghiên cứu chứng minh vai trò của chất hữu cơ trong cải thiện giảm dung trọng đất. Kết quả nghiên cứu chứng minh sự tương quan
nghịch giữa dung trọng và chất hữu cơ trong đất qua phương trình tương quan B.D = 2.23 – 0.25 *(%OC), với r2 = 0.59** (Bauer, 1974). Khi chất hữu cơ
trong đất tăng thì dung trọng đất giảm. Kết quả nghiên cứu qua thời gian dài từ năm 1983 đến những năm gần đây cũng cho thấy khi hàm lượng chất hữu cơ trong đất tăng thì dung trọng trong đất giảm thể hiện ở mối tương quan bởi phương trình BD= - 1.977 + 4.105 x SOM - 1.229 x ln(SOM) - 0.103 x
[ln(SOM)]2 (r2 = 0.82) (Pe´rie´ and Ouimet, 2007). Ngoài ra, thành phần sa cấu đất khác nhau cũng cho thấy hàm lượng chất hữu cơ khác nhau và thể hiện dung trọng đất khác nhau (Bảng 2.2).
Đất giàu chất hữu cơ có dung trọng đất rất thấp 0,22 g/cm3, trong khi đất thịt và đất sét pha có dung trọng cao hơn 1,40 g/cm3. Như vậy, mỗi loại đất khác nhau cho giá trị dung trọng đất phù hợp khác nhau, qua đó chỉ định đất có nén dẽ hay khơng nén dẽ.
Bảng 2.2 Sự thay đổi dung trọng đất cho các loại đất khác nhau
Phân loại đất Dung trọng đất (g/cm3)
Đất giàu chất hữu cơ 0,22
Đất cát 1,56 Đất thịt pha cát 1,54 Đất cát pha thịt 1,50 Đất thịt nhẹ 1,45 Đất thịt trung bình 1,20 Đất thịt pha sét và cát 1,63 Đất sét pha thịt 1,55 Đất thịt pha sét 1,45 Đất thịt pha sét mịn 1,40
(Nguồn: Chaudhari et al., 2013)
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 khơng 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 nhơm 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. Ngồi 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). Ngoài 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 khống 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 trị 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 cịn được thể hiện qua khảnăng hơ 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 q 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 quá trình chuyển hóa N;
phosphatase tham gia vào q 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