Phân giải chất hữu cơ thực chất là tiến trình chuyển hĩa của chất hữu cơ trong đất. Cần lưu ý vấn đề khơng phải là sư hình thành hay phá hủy, mà là sự chuyển hĩa từ dạng này sang dạng khác của chất hữu cơ.
4.1. Tốc độ phân giải chất hữu cơ. Phụ thuộc vào các yếu tố:
• - Tính chất vật lý, hĩa học của vật liệu hữu cơ. Kích thước càng nhỏ, tốc độ phân giải càng nhanh, do diện tích bề mặt vi sinh vật tấn cơng càng lớn. Thành phần hĩa học của chất hữu cơ. Tốc độ phân giải các thành phần sau đây giảm dần: đường, tinh bột, protein đơn giản, protein thơ, hemicellulose, cellulose, chất béo, sáp và
Sơ đồ 6.1.Sơ đồ tổng quát các tiến trình chuyển hĩa chất hữu cơ trong đất. : ký hiệu các yếu kiểm sốt tiến trình chuyển hĩa: nhiệt độ, ẩm độ đất, sa cấu, lignin trong chất hữu cơ…
Xác bã, dư thừa (tươi)
mùn Vi sinh vât (sinh khối
Thực vật (sinh khối)
lignin. Tốc độ phân giải phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc hĩa học của các thành phần trên.
Cấu trúc của phân tử glucose C6H12O6
Cấu trúc cellulose
Cấu trúc lignin.
- Thường tốc độ phân giải của vật liệu hữu cơ phụ thuộc vào “chất lượng” chất hữu cơ. Đĩ là tỉ lệ carbon và nitrogen (tỉ lệ C:N). Tỉ số càng thấp, tốc độ phân giải càng nhanh và ngược lại. Nếu tỉ số C:N < 25:1, trong quá trình phân giải, N được giải phĩng vào đất (khống hĩa N); nếu C:N > 25:1, N được hấp thu sinh học do vi sinh vật đất sử dung tất cả N được giải phĩng, và hấp thu cả N cĩ sẳn trong đất.
Tỉ số C:N của 1 số vật liệu hữu cơ.
Vật liệu %C %N C/N
Chất hữu cơ trong đất 50 5.0 10
Vi sinh vật 50 10-5.0 5-10 Cỏ họ đậu 40 3.0 13 Phân chuồng 41 2.1 20 Cùi bắp 40 0.7 57 Rơm rạ 38 0.5 80 Mùn cưa 50 0.05 600
- Nhiệt độ, ẩm độ đất. Nhiệt độ cao, tốc độ phân giải nhanh. Ví dụ, cùng 1 vật liệu rác thải, thời gian phân giải cĩ thể kéo dài từ 1-3 năm, nhưng trong vùng nhiệt đới chỉ cần 1-4 tháng. Nhiệt độ thích hợp khoảng 40oC, ẩm độ khoảng 60% ẩm độ bảo hịa.
- Độ thống khí của đất. Phân giải yếm khí khi thiếu O2 trong đất , với sự tham gia của vi sinh vật yếm khí. Tốc độ phân giải châm, khơng hồn tồn, giải phĩng ít
năng lượng, nên chất hữu cơ tích lũy cao. 1 phần sản phẩm vẫn cịn chứa năng lượng. Khi đất cĩ đầy đủ oxi, chất hữu cơ được phân giải do vi sinh vật hảo khí, tốc độ phân giải nhanh, giải phĩng nhanh CO2, H2O và các chất dinh dưỡng.
- Tính đa dạng và mật số sinh vật đất. Hệ sinh vật càng đa dạng, mật số càng cao, tốc độ phân giải chất hữu cơ càng nhanh.
Tĩm tắt vấn đề chuyển hĩa chất hữu cơ trong đất.
1. Dư thừa thực vật, cây trồng là nguồn cung cấp hữu cơ chính trong đất nơng nghiệp.
2. Chất hữu cơ càng nhiều lignin, tốc độ phân giải càng chậm 3. Tỉ số C:N chất hữu cơ càng thấp, tốc độ phân giải càng nhanh 4. C:N của đất tương đối ổn định: 10-20
5. C:N của sinh khối:<10 6. Cỏ non: 12:1
7. Cây hĩa gỗ (già) 100:1 8. Vi sinh vật: 8:1
5.Hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ trong đất.
Chất hữu cơ cĩ hàm lượng cao ở tầng đất mặt, và giảm dần theo độ sâu.
Khi bĩn nhiều, hàm lượng chất hữu cơ sẽ tăng. Trong cùng điều kiện khí hậu, đất đồng cỏ thường cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao trong tầng đất mặt.
Hàm lượng chất hữu cơ trong đất bị giảm dần theo quá trình canh tác, nhưng nếu được bổ sung liên tục sẽ duy trì và cĩ thể làm tăng được hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Ngay cả đất khơng bị xĩi mịn, nếu canh tác liên tục chất hữu cơ sẽ bị kiệt quệ nhanh chĩng. Tốc độ mất chất hữu cơ nhanh nhất trong giai đoạn bắt đầu chuyển từ đất rừng sang đất nơng nghiệp.
Vùng khơ hạn, đất thường cĩ hàm lượng chất hữu cơ rất thấp, nhưng nếu canh tác cĩ nước tưới, cĩ thể sẽ cải thiện được hàm lượng chất hữu cơ.
6. Duy trì chất hữu cơ trong đất
Vấn đề chính trong đất nơng nghiệp là duy trì và cung cấp đầy đủ chất hữu cơ cho đất. Kinh nghiệm cho thấy là duy trì chất hữu cơ trong đất là việ làm khĩ. Chất hữu cơ trong đất mất với tốc độ chậm, 3-5%/năm, nhưng các tính chất khác của đất ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng như cấu trúc đất, suy giảm với tốc độ nhanh hơn nhiêu so với sự suy giảm chất hữu cơ. Khi hàm lượng chất hữu cơ giảm đến 1 ngưỡng quá thấp, đất sẽ khơng cịn khả năng sản xuất được nữa, nhiều loại đất canh tác của ta
nhiện này hàm lượng chất hữu cơ giảm gần đến mức ngưỡng này. Nên cần thiết phải cĩ biện pháp ngăn chặn tiến trình suy thối này.
Để duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất cần:
-Bổ sung dư thừa thực vật thường xuyên, mỗi năm 1 ít và liên tục, thay vì bổ sung khơng theo chu kỳ, 1 lần bổ sung 1 lượng lớn.
-Bĩn các loại phân hữu cơ .
Do các tính chất đất chịu ảnh hưởng bởi chất hữu cơ rất biến động, nên cần chú ý đến việc bổ sung thường xuyên các dư thừa thực vật, chất thải hữu cơ tươi, đang phân giải, với khối lượng lớn hơn là bĩn các loại phân hữu cơ phân giải hồn tồn với khối lượng thấp.
Bài 2 Phân hữu cơ I. Giới thiệu
Nhiều vật liệu hữu cơ cĩ thể sử dụng để bổ sung và cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Vì chất thải trong sản xuất, sinh họat ngày càng tăng, nếu tận dụng được sẽ mang lại hiệu quả cao, đặc biệt là nguồn hữu cơ tại chỗ, rẽ tiền, khơng độc.
1. Các loại phân hữu cơ.
Rất nhiều vật liệu hữu cơ cĩ thể sử dụng làm phân bĩn. 1.1.Các vật liệu trong tự nhiên như than bùn
1.2.Chất thải trong nơng nghiệp
1.3.Dư thừa cây trồng (rơm rạ, cành lá…) 1.4.Phân, chất thải gia cầm, gia súc
1.5.Phân ủ (hổn hợp của dư thừa thực vật, phân gia súc…)
1.6.Phân xanh (cây họ đậu hay các lọai cây trồng khác được vùi vào trong đất) 1.7.Phế phẩm trong chế biến nơng, lâm sản như phế phẩm trong chế biến bột giấy, dầu thực vật, chế biến gỗ (mùn cưa, mụn dừa…), rĩ đường (mía)
1.8.Chất thải của giết mỗ như máu, sừng, bột xương, lơng… 1.9.Chất thải đơ thị (chất thải sinh họat, bùn cống…)
1.10.Phân vi sinh (chũng vi sinh vật vào đất). 2. Sự cần thiết phải chế biến/xử lý phân hữu cơ.
Nếu phân hữu cơ được sử dụng tại chỗ khơng cần yêu cầu cao về mặt chế biến, nhưng nếu thương mại phân cần phải được xử lý tốt. Phân bĩn phải khơ, trộn đều, kết thành dạng viên, trung tính, cần bổ sung thêm những chất dinh dưỡng nhất định (các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng), và khơng được chứa nguồn bệnh, độc chất.
3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng phân hữu cơ.
Một số tiêu chuẩn sau dùng để đánh giá chất lượng phân hữu cơ.
3.1.Tổng hàm lượng carbon hữu cơ. Hàm lượng C hữu cơ trong phân càng cao càng cĩ giá trị, cĩ nghĩa là phân khơng được lẫn các hợp chất vơ cơ cao (sét, đất, vơi…)
3.2.Tổng hàm lượng mùn, thành phân hữu cơ đã phân giải hồn tồn cao (18- 24%).
3.3.Hàm lượng mùn dễ phân giãi (humic acid) cao, 3.4.Hàm lượng N dễ tiêu cao,
3.6.Hàm lượng các chất ức chế sinh trưởng cây trồng hay ảnh hưởng đến chất lượng nơng sản (kim lọai nặng) phải dưới ngưỡng cho phép.
4. Vai trị của phân hữu cơ.
4.1.Cải thiện các tính chất vật lý của đất. Khi bĩn nhiều phân hữu cơ cấu trúc đất tốt hơn do tơi xốp, các đồn lạp bền vững bền vững hơn.
4.2.Trực tiếp hoặc gián tiếp tăng cường sự họat động của vi sinh vật đất; do thành phần chất hữu cơ và dinh dưỡng trong phân là nguồn cung cấp năng lượng và thức ăn của vi sinh vật đất.
4.3.Tăng khả năng giữ nước hữu dụng của đất, đất cĩ độ thống tốt hơn do cấu trúc đất được cải thiện.
4.4.Hạn chế xĩi mịn nhờ các đồn lạp được liên kết chặt hơn, ít bị vỡ khi chịu tác động của hạt mưa.
4.5.Ảnh hưởng đến các tính chất hĩa học của đất. Thành phần hĩa học trong chất hữu cơ luơn chứa tất cả các chất dinh dưỡng tối cần thiết cho cây trồng, nên phân hữu cơ cung cấp các chất dinh dưỡng từ sự phân giải mùn và làm tăng khả năng hịa tan của các khống trong đất.
4.6.Tăng khả năng hấp phụ các chất dinh dưỡng bởi humic acids, hình thành các chelate, cố định các chất dinh dưỡng trong các phức chất hữu cơ (chỉ cố định trong 1 thời gian nhất định).
4.7.Ảnh hưởng đến sự hình thành các chất điều hịa sinh trưởng trong đất, ví dụ như sự tích lũy các chất ức chế sinh trưởng trong hệ thống độc canh, và các chất kháng sinh chống lại 1 số bệnh do vi khuẩn…).
II. Các loại phân hữu cơ. 1. Phân chuồng 1. Phân chuồng
Phân chuồng là nguồn cung cấp dinh dưỡng tự nhiên cĩ khối lượng rất lớn và là nguồn tăng cường hàm lượng chất hữu cơ trong đất rất cĩ giá trị. Khi bĩn phân chuồng hợp lý, cấu trúc đất sẽ được cải thiện, tăng khả năng giữ nước hữu dụng và giảm xĩi mịn đất.
Nhưng ngịai những lợi ích của việc sử dụng phân chuồng, cĩ thể dẫn đến sự mất cân bằng dinh dưỡng trong đất (hoặc ơ nhiễm) nếu sử dụng khơng hợp lý, ảnh hưởng đến chất lượng nước.
Để hiểu rõ các lợi ích của phân chuồng, đồng thời phải tránh vấn đề ơ nhiễm, phương pháp quản lý cĩ vai trị rất quan trọng.
Mục đích cuối cùng của việc thiết lập kế họach quản lý phân chuồng là sử dụng các chất dinh dưỡng trong phần chuồng 1 cách hiệu quả nhất, hạn chế tối đa các tác động xấu đến mơi trường. Trong đĩ cần chú ý đến việc xử lý/chế biến, tồn trử và bĩn phân chuồng.
1.1.Sự cần thiết phải ủ phân chuồng.
Cơ sở khoa học của việc ủ phân chuồng.
- Ủ phân là 1 phần của chu kỳ sinh học của sự sinh trưởng và phân giải trên bề mặt quả đất. Cây trồng tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 nhận từ khí quyển, các chất dinh dưỡng, nước từ đất, và năng lượng mặt trời tổng hợp chất hữu cơ.
- Khi cây trồng (hay động vật sử dụng cây trồng như là nguồn thức ăn) chết, chúng sẽ trở thành nguồn nguyên liệu thơ cho tiến trình phân giải chất hữu cơ.
- Các vi sinh vật, nấm, cơn trùng, giun đất, mối và các sinh vật đất khác sẽ chuyển đổi C từ xác bã thực vật thành năng lượng của chúng, giải phĩng CO2 vào khí quyển trở lại. Tương tự, sinh vật luân chuyển các chất dinh dưỡng từ sự phân giải dư thừa cây trồng vào cơ thể chúng và cuối cuối chất dinh dưỡng này đi vào trong đất.
- Cây trồng và các vi sinh vật khác sử dụng C và các chất dinh dưỡng đuợc giải phĩng bởi tiến trình phân giải này, và chu kỳ mới lại bắt đầu.
- Vật liệu cịn lại trong tiến trình phân giải tương tự như tiến trình phân giải chất hữu cơ trong đất. Sản phẩm cuối cùng của sự phân giải là mùn tồn tại trong đất, và các chất dinh dưỡng được giải phĩng vào dung dịch đất.
- Mùn cĩ khả năng giữ nước, chất dinh dưỡng lại trong đất, và làm cho đất tơi xốp, dễ làm đất hơn.
1.2.Các phương pháp ủ phân chuồng.
1.2.1.Ủ nĩng (ủ nhanh). Chúng ta cĩ thể kiểm sĩat tiến trình ủ phân bằng cách làm tăng tốc độ phân giải chất hữu cơ bằng cách:
- Cân bằng lượng thức ăn, nước và khơng khí trong đống phân ủ, tạo điều kiện thích hợp cho họat động của các vi sinh vật ưa nhiệt độ cao. Một sản phẩm trung gian ảnh hưởng đến tiến trình họat động của vi sinh vật là nhiệt.
- Khi điều kiện thích hợp cho vi sinh vật ưa nhiệt cao, nhiệt độ đống phân sẽ nhanh chĩng tăng lên từ 45-65oC. Với nhiệt độ này hạt cỏ dại và các mầm mĩng bệnh sẽ tiêu diệt, nhưng nấm mycorrhizae (là lọai nấm cĩ ích giúp cây trồng hấp thu dinh dưỡng) khơng bị giết chết, do nấm mycorhizae chịu được điều kiện nhiệt độ cao.
- Khi tiến trình phân giải chất hữu cơ với nhiệt độ cao hịan thành, các vi sinh vật ưa nhiệt trung bình, giun, cơn trùng, và các động vật khác sẽ tiếp tục tiến trình phân giải.
1.2.2.Ủ nguội (ủ chậm). Nếu chúng ta khơng thể duy trì điều kiện tối hảo cho phương pháp ủ nĩng, sự phân giải chất hữu cơ vẫn được tiến hành do các vi sinh vật yếm khí, ưa nhiệt độ thấp. Nhưng tốc độ phân giải chậm, nhiệt độ khơng cao và khơng diệt được hạt cỏ dại, mầm bệnh.
1.3. Quản lý tiến trình ủ phân.
Chúng ta cĩ thể kiểm sốt tốc độ phân giải và chất lượng phân ủ bằng việc quản lý nguồn thức ăn (nguồn nguyên liệu thơ) của vi sinh vật.
- Để phân giải nhanh, nguyên liệu ban đầu phải cĩ ẩm độ và độ thống thích hợp, nguyên liệu hữu cơ phải giàu năng lượng cung cấp cho vi khuẩn. Một số vật liệu sau được sử dụng phổ biến trong ủ phân chuồng. Chúng được chia thành 3 nhĩm:
vật liệu cung cấp “năng lượng”, "vật liệu tạo khối lượng phân," và vật liệu "cân bằng".
Bảng 6.1.Các loại vật liệu thơ
Vật liệu tạo Vật liệu cung cấp Vật liệu thơ khối lượng năng lượng cân bằng
ẩm độ thấp ẩm độ cao ẩm độ thấp-trung bình độ rỗng cao độ rỗng thấp độ rỗng trung bình nồng độ N thấp nồng độ N cao nồng độ N trung bình mùn cưa, mụn dừa phân xanh lá khơ
cỏ khơ phân chuồng tươi phân chuồng, rác độn chuồng rơm rạ phế phẩm rau quả lá cây
cùi bắp vỏ cà phê cỏ họ đậu 1.3.1.Vật liệu cung cấp năng lượng.
Các hợp chất hữu cơ chứa C năng lượng cao và hàm lượng N cao nhằm thúc đẩy tốc độ phát triển mật số vi sinh vật. Nhưng nếu đống phân khơng cĩ vật liệu tạo khối lượng, đống phân thường sẽ thiếu khơng khí. Khi đão đống phân, sẽ cĩ mùi hơi thối.
1.3.2. Vật liệu tạo khối lượng.
Phải khơ, nên khi trộn vật liệu này, khơng khí sẽ dễ dàng khuếch tán vào bên trong đống phân ủ và do ẩm độ và hàm lượng dinh dưỡng thấp nên vật liệu này phân giải chậm.
1.3.3. Vật liệu cân bằng.
Nhiều vật liệu thơ cĩ thành phần cung cấp năng lượng và tạo khối lượng cân bằng. Như phân chuồng trộn với đất mặt, dư thừa cỏ khơ, lá cây gỗ. Các vật liệu này sẽ làm tăng tốc độ hoai mục của phân (tăng nhiệt độ) đồng thời tăng khối lượng đống phân ủ.
1.4. Tỉ lệ các vật liệu ủ.
Các vật liệu ủ cần trộn với tỉ lệ để cần bằng các yếu tố: độ ẩm, khơng khí, dinh dưỡng trong đống phân nhằm làm cho phân nhanh chĩng hoai mục.
Một hỗn hợp bao gồm 1 phần vật liệu cung cấp năng lượng với 2 phần vật liệu tạo khối lượng (tính theo thể tích) thường làm cho phân hoai mục nhanh.
1.5. Kích thước vật liệu ủ.
Kích thước càng nhỏ diện tích bề mặt vi sinh vật tấn cơng sẽ lớn hơn và vật liệu nhanh phân giải hơn. Ủ nĩng cần vật liệu cĩ kích thước 2-5cm. Nếu độn cành cây, gỗ vụn, các vật liệu này rất khĩ đão trộn đống phân và tốc độ hoai mục rất chậm. Nên cần phải xay nghiền vụn, hoặc cần phải ủ riêng.
1.6. Đão trộn đống phân.
Ngược lại với các khuyến cáo thơng thường, nếu ủ các vật liệu theo từng lớp thì tốc độ phân giải sẽ chậm. Nên cần phải đão trộn đống phân nhiều lần. Nếu tiếp tục ủ, nên cho vật liệu mới vào giữa đống phân.
1.7. Kích thước đống phân ủ.
Kích thước cần đủ lớn để tăng khả năng giữ nhiệt đống phân. Nhiệt độ cao tốc độ phân giải nhanh hơn. Đống phân nhỏ sẽ thĩat nhiệt nhanh và sẽ nhanh khơ hơn. Kích thước khỏang 1-2m3, đủ để ủ các vật liệu (phân chuồng, rơm rạ, chất thải khác) trong vịng 1 năm cho 1 hộ nơng dân.
1.8. Ẩm độ và độ thống đống phân ủ.
Đống phân cần đủ ẩm, khơng khơ, nhưng khơng quá ẩm trong quá trình ủ. Cần kiểm tra ẩm độ ngay sau khi đão trộn đống phân.