Chat mùn được định nghĩa là các chất hữu cơ cao phân tử được hình thành một cách tự nhiên dưới tác động của vi sinh vật đất.
Theo nghĩa rộng chất mùn được dùng để chỉ chất hữu cơ tổng số trong đất.
Nỏ bao gồm tất cả các hợp chất hữu cơ khác nhau trong đất từ các IĨ1Ô hoặc xác sinh vật chưa hoặc đang phân hủy và các xác sinh vật sống trong đất (Stevenson,
1982).
Theo Kononova, mùn là hợp chất hữu cơ cao phân tử có chứa nitơ. có cẩu trúc vòng, được hình thành trong quá trình phân hủy và mùn hỏa xác hữu cơ trong đất, nó tương đối bền đối với sự phân hủy của vsv.
Chất m ùn khác chất hữu cơ thông thường về thành phần nguyên tố, tính cliất và cấu tạo nguyên tử. Thành phần cơ bản và có ý nghĩa nhất trong chất mùn là axit humic và axit fulvic.
ỉ .3.2, Các quá trình phân giải hữu cơ và tổng hợp chẩt mùn
Chất hữu cơ có đặc điểm là không bền vững, chúng thường xuyên chịu tác động phân hủy của các yếu tố ngoại cảnh và sinh vật. Nó bị biến đổi không ngừng để tạo ra các chất trung gian khác nhau hoặc bị phân giải hoàn toàn thành các chất vô cơ.
Quá trình phân giải chất hữu cơ đến sản phẩm cuối cùng là các chất vô cơ gọi là quá trình khoáng hóa. Quá trình biến đổi chất hữu cơ thành các chất trung gian rồi mới tổng hợp thành chất mủn gọi là quá trình mùn hóa.
ì .3.2. ì. Quá trinh khoáng hỏa (vô cơ hỏa)
Đây là quá trình biến đổi chất hữu cơ thành các chất vô cơ có sự tham gia cùa các quá trình sinh học, lý, hóa học.. Các chất hữu cơ phức tạp sẽ bị thủy phân, phàn giải và tạo ra nhũng sản phẩm trung gian. Cuối cùng là sự ôxy hóa hoàn toàn các chất hCru cơ. Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ diễn ra theo 2 quá trình nhỏ là quá trình thối m ục và quá trình thối rữa.
+ Quá trình thổi mục xảy ra trong điều kiện có đẩy đủ oxy. Sản phẩm cuối cùng là các chất khoáng ở dạng ôxy hóa như C 0 2; H20 ; N O3' ; PO 43' ; SO 42'
.. .Đ ây là quá trình tỏa nhiệt, kết quà giải phóng một năng lượng lớn.
+ Quá trình thối rữa xảy ra trong điều kiện thiếu ôxy do đất quá ẩm, độ thoáng khí kém hoặc do vi sinh vật háo khí phát triển quá nhanh đã sử dụng hết ôxy trong đất dẫn đến tình trạng kỵ khí giai đoạn. Trong quá trình này, bên cạnh những sản phẩm bị ôxy hóa hoàn toàn ( C 0 2; H20 ) còn tạo ra một lượng lớn các chất khử như CH4; N H3; H2S ...
Sơ dồ tổng quát về sự phân hủy chất hữu cơ trong đất được thể hiện ở hình 3.
Hình 3. Con đường phân hủy chơi hữu cơ trong đẩl ì .3.2.2. Quả (rình mùn hóa (hình thành mùn đát)
Mùn hóa là quá trình sinh học có điều kiện dưới tác dụng của vi sinh vật (pliân giải và tổng hợp), động vật đất và kết quả chất mùn được hình thành.
Lý thuyết hình thành chất mùn đã được nhiều nhà khoa học như D okutraev, Uyliam, Kononova, Chiurin, S tev en so n ...nghiên cứu và đưa ra các sơ í1ồ cùa mùn hoá khác nhau. Hầu hết các tác giả đều cho rằng quá trình mùn hóa có sự tham gia tích cực cùa các vsv đất. Tuy nhiên trong những trường hợp đặc
25
biệt, các quá trình lý hóa học có thể đóng vai trò quan trọng cùa quá trình mùn hóa.
M ột trong những sơ đồ mùn hoá thể hiện khá hoàn chình các con đường m ùn hoá được mô tả bởi Stevenson, 1982. Theo ông mùn được hình thành từ các chíìt hữu cơ là sản phâm phân giải hoặc biến đổi của các xác sinh vật theo 4 con dường khác nhau (hình 4).
ỈTình 4. Các con đường hình thành chất mùn (Stevenson, 1982)
Tuy nhiên cũng có tác giả cho ràng chất mùn được hình thành chù yếu từ các hợp chất lignin (con đuờng 4) còn gọi là thuyết lignin hình thành mùn.
Một số tác giả khác lại cho ràng chất mùn được hình thành theo con đường 2 và 3 là chính và được gọi là học thuyết polyphenol hình thành chất mùn. Lignin cũng được xem là nguồn gốc quan trọng để hình thành chất mùn. Dưới tác động cùa các men sinh học (enzyme), lignin bị phân huy thành các aldehyt phenol và các axit. Sau đó chúng chuyển hóa thành các quinol rồi trùng hợp lại (polyme hóa) với sự cỏ mặt cua các hợp chất amin đé hình thành các chất cao phân từ kiểu axit mùn (Stevenon, 1982).
26
Hiện nay, người ta cho rằng sự hỉnh thành chất mùn có thể diễn ra đồng Ihời theo 4 con đường trên. Tuy nhiên, trong đó có thể có m ột con đường chiếm ưu thế hom, điều đó phụ thuộc vào từng loại đất khác nhau.
ĩ.3.3. Hàm lượng và thành phần chất mùn trong đẩt 1.3.3.1. Hàm lượng mùn trong đất
Hàm lượng mùn trong đất thường chiếm tới 80-90 % tổng sổ chất hữu cơ của đất. Nó không phải là hợp chất đồng nhất mà là tổ hợp nhiều chất có cấu tạo phức tạp bao gồm bitum, các axit mùn (humic, íìilvic, ulnic), các hum in và ulmin.
Hàm lượng mùn trong đất không ổn định và luôn biến động phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh. Trong phạm vi hẹp thì nó chịu sự chi phối cùa các yếu tố độ ầm, khí hậu và chế độ canh tác. Trong những điều kiện xác định, trong đất có thể xảy ra quá trình cân bàng động giữa quá trình khoáng hóa và mùn hóa các chất mùn. Do vậy, trên thực tế hàm lượng mùn ít biến đổi mà chỉ xảy ra sự tái tạo chúng một cách thường xuyên.
N hìn chung, trong đất Việt Nam hàm lượng mùn tổng số thấp, đặc biệt là ilất đồi. Trong thành phần mùn hàm lượng humic/fulvic bé hơn 1, tỷ lệ C/N thường thấp do quá trình khoáng hóa mạnh. Điều này cho thấy chất lượng mùn ở dấl Việt Nam không cao.
1.2.3.2. Thành phầ n nguyên tổ tham gia cáu tạo chất mùn.
Theo nhiều nghiên cứu khác nhau cho thấy có khoảng 26 nguyên tố vi lượng và đa lượng có trong thành phẩn chất mùn, bao gồm Na, K, Cu, Ag, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Al. Ti, Si, Sn, Pb, p, V, Cr, Mo, Mn, Fe, N, Co, w , c , H, o . Trong đó chu yếu là các nguyên tố c , H, o .
Theo Viliam s và Skott (1960) tỷ lệ các chất khoáng trong m ùn là tương đối ổn định, đặc biệt là tỷ lệ c : N : s : p dao động vào khoảng 87 : 7 : 1 : 1 đến 59 : 4 : 0.6 : 1. Riêng tỷ lệ c : N : s ổn định hon và có giá trị xung quanh 100 : 7 : 1.
Lưu huỳnh thường chiếm 0,6-1 % trong chất mùn.
Mùn điển hình trong đất bao gồm 3 nhóm chính là bitum, các axit mùn, humin và ulmin. Trong đó phần có ý nghĩa và được nghiên cứu nhiều hơn cá là các axit mùn (axit humic và axit fulvic).
27
A xit humỉc thuộc nhóm các hợp chất polyme bao gồm nhiều m onom e liên kẽt lại với nhau. Các monome này lại được hình thành từ nhiều đơn vị cấu trúc cơ bàn. Tuy nhiên các quan niệm về cấu tạo các monome và polyme thì còn rất khác nhau. Câu trúc phân tử của axit humic không giống cấu trúc phân tử của các chất hữu cơ thông thường khác như xellulo, protein... Theo quan điểm hiện đại, cấu trúc phân tử axit humic bao gồm nhân, các nhóm chức năng và cầu nổi.
Với cấu trúc như vậy có thể cho phép giải thích sự khác nhau về cấu tạo và khối lượng phân từ axit humic có nguồn gốc khác nhau.
Từ các nghiên cứu của các tác giả khác nhau cho thấy nhân của axit humic được hình thành tù các chất thơm kiểu phenol, quinol, các hợp chất chứa nitơ dạng vòng và dị vòng (indol, pirimidin, purin), các axit béo. Các cầu nối có thể là các nguyên tử riêng biệt hoặc nhóm các nguyên tử như -0 -, -NH-,-CH2-, hoặc cũng có thể liên kết trực tiếp qua cầu nối C-C.
Các nhóm chức cùa axit humic bao gồm cacboxyl (-COOH); hydroxyl (- OH); m etocxyl (-O CH3); nhóm cacbonyl ( = c = 0 ); nhóm quinon (=CO); nhóm sunfon (SO3H); nhóm (=C -C =).
Axit humic là chất vô định hình, phân tử có dạng hình khối, xốp, trong môi tnrờng kiềm có đường kính 30A°, trong môi trường axit là 60-100A°.
Khối lượng phân tử axit humic luôn dao động vì phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ, quá trình polyme hóa khác nhau cũng như phương pháp tách chiết, thông thường khối lượng phân từ axit humic dao động từ 700 đến 1400 (Theo Zamek, A rnold, Fuchs, Tissen, Scheffer, Ulrich).
Thành phần hóa học của axit humic chủ yếu là các nguyên tổ c , H, o , N, CÒ11 các nguyên tố khác như p, s , Si, Fe, Al, Ca, Mg dao động khoảng 1-10 %.
Theo Kononova thành phần một số nguyên tố cơ ban trong axit humic bao gồm c 52-60 %, 0 30-33 %, H 3,0-5,5 %, N 3,5-5,0 %.
A xit humic có tính axit (pH 3-3,5), có khá năng hòa tan trong kiềm nhưng không hòa tan trong dung dịch axit loãng. Humat kim loại hóa trị 1 có khả năng hòa tan trong nước, với kim loại hóa trị 2 và 3 không hòa tan trong nước. Axit luimic có khả năng phân ly H + và mang điện tích, có khả năng hấp phụ trao dổi
cation cao, có khả nãng tạo thành các hợp chất dạng chelat phức tạp với các cation kim loại trong dất.
Vẽ thành phân và cẩu trúc của axit fulvic cũng tương tự như axit humic.
Chúng khác nhau chủ yếu về mức độ polyme hoá. Thông thường axit fulvic cỏ câu trúc đơn giản hơn, mức độ polyme hoá kém hơn so với humic.
A xit fulvic có màu vàng sáng, hàm lượng cacbon ít hơn so với humic, dễ hòa tan trong nước, rượu, kiềm và axit khoáng. Axit fulvic cũng là hợp chất cao phân tử nhưng ở mức độ thấp hơn axit humic. Dung dịch axit fulvic có pH khoảng 2,8-3.
1 heo K ononova thành phần của axit fulvic bao gồm c 44-48%; o 44-48%;
114,0-5,5% ; N 1,5-25 %.
Các muối cùa axit íulvic với các kim loại hóa trị 1. 2 và 3 (N a+, K+. NH4 . C a2\ M g2\ A l3+) đều có khả nãng hòa tan trong nước ở các mức độ khác nhau.
A xit íulvic kết hợp với sắt, nhôm tạo ra các phức hệ hữu cơ-khoáng có khả năng hòa tan trong các dung dịch axit và kiềm, chúng chỉ bị ngưng tụ khi pH <5,0.
Túih dễ hòa tan của các muối íulvat quyết định tính linh động và khả năng dc bị rửa trôi của chúng. Trong đất, axit fulvic có đóng góp quan trọng trong quá trình rira trôi các nguyên tố Fe và AI trong phẫu diện đất. Nhìn chung cho dến nay về cấu tạo và tính chất của axit fulvic vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.
J.3.4. Biện pháp nâng cao hàm lưọitg và chất lượng mùn trong đất
Để tạo điều kiện thích hợp cho quá trình tích lũy chất mùn cần phải căn cú vào điều kiện của từng loại đất mà có những biện pháp tác động thích hợp. Nhìn chung có các nhóm giải pháp sau:
- ră n g cường số lượng và cải tạo chất lượng nguồn xác hữu cơ cung cấp cho đất như bón phân hCai cơ, phân xanh, tránh độc canh cây trồng.
- Cái tạo tính chất lý học của đất. nhất là thành phần cơ giới cùa đất, tạo điều kiện nhiệt ẩm thích hợp cho quá trình mùn hóa.
- Cải tạo tính chất hóa học đất như bón vôi cho đất chua, làm trung tính phàn írng dung dịch đất. bổ sung các chất dinh duỡng khi cẩn thiết.
29