BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
LUYỆN HỮU CỬ
TÌNH HÌNH CHẤT HỮU CƠ, MÙN
VÀ CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẤT HỮU CƠ
TRONG ĐẤT XÁM TỈNH BẮC GIANG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT HÀ NỘI, NĂM 2014
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng
để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án đều chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2014
Tác giả luận án Luyện Hữu Cử
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này, trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến sự quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn của GS.TS. Vũ Hữu Yêm và
PGS.TS. Cao Việt Hà.
MỞ ĐẦU 118
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
3. Mục tiêu nghiên cứu 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
4.1. Ý nghĩa khoa học 3
4.2. Ý nghĩa thực tiễn 3
5. Những đóng góp mới của đề tài 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Tổng quan về chất hữu cơ và mùn trong đất 4
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc chất hữu cơ trong đất 4
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của thành phần mùn 6
1.1.3. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ và hình thành mùn trong
đất 11
1.1.4. Vai trò của chất hữu cơ và mùn trong đất 17
1.1.5. Tình hình nghiên cứu chất hữu cơ và mùn 19
1.2. Đặc điểm nhóm đất xám Việt Nam 40
1.2.1. Khái niệm về đất xám 40
1.2.2. Quá trình hình thành 40
1.2.3. Phân bố 42
1.2.4. Phân loại và tính chất các đơn vị đất 43
iv
1.3. Các biện pháp cải thiện chất hữu cơ và mùn trong đất xám Việt
Nam 45
1.3.1. Bảo vệ đất 45
1.3.2. Tăng cường tuần hoàn chất hữu cơ trong đất 46
3.2. Đặc điểm nhóm đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 73
3.2.1. Phân loại đất xám của huyện Lạng Giang 73
3.2.2. Một số tính chất lý, hóa học của đất nghiên cứu 74
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất đến diễn
biến chất hữu cơ và mùn ở vùng nghiên cứu 81
3.3.1. Các loại hình sử dụng đất và các kiểu sử dụng đất trên đất
xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 81
3.3.2. Một số đặc điểm chất hữu cơ và mùn của đất nghiên cứu 83
3.3.3. Đánh giá trạng thái mùn của đất nghiên cứu 96
3.4. Nghiên cứu tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trên đất xám điển
hình 99
3.4.1. Hàm lượng dinh dưỡng N, P, K, OC trong các phụ phẩm 99
3.4.2. Kết quả phân tích tốc độ phân hủy tàn dư thực vật 100
3.4.3. Chất lượng đất trước và sau thí nghiệm 104
3.5. Xác định các biện pháp canh tác thích hợp nhằm duy trì và
nâng cao hàm lượng chất hữu cơ trong đất 107
3.5.1. Thí nghiệm trồng vải có cây che phủ trên đất đồi 108
3.5.2. Thí nghiệm xác định biện pháp bón phân hữu cơ và cày vùi tàn dư
thực vật đối với cây hàng năm (chuyên lúa, lúa - màu và chuyên
màu) 114
3.5.3. Hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường của các thí nghiệm
đồng ruộng 118
3.6. Đề xuất các mô hình và các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất
xám 123
3.6.1. Đề xuất các mô hình cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc
Giang 123
Công nghiệp hóa-Hiện đại hóa
CT
Công thức
EU
Cộng đồng Châu Âu
FAO
Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Thế giới
LĐ
Lao động
LG
Lạng Giang
LM
Lúa màu
ISRIC
Trung tâm Tham chiếu tài nguyên đất Thế giới
ISSS
Hội Khoa học Đất Quốc tế
REDD
Giảm phát thải khí nhà kính
OC
Các bon hữu cơ
OM
Chất hữu cơ
POP
Các chất hữu cơ bền vững gây ô nhiễm
QH&TKNN
Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp
RSX
Rừng sản xuất
SALT
3.1. Số liệu khí hậu, thời tiết bình quân trong 10 năm (2001 – 2010) của
huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 63
3.2. Tài nguyên đất huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 65
3.3. Kết quả phân tích các phẫu diện đất điển hình Tỷ lệ cấp hạt (%) 80
3.4. Hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất 86
3.5. Trữ lượng chất hữu cơ và mùn trong đất nghiên cứu 88
3.6. Thành phần mùn của đất nghiên cứu 92
3.7. Chất lượng chất hữu cơ và mùn trong đất nghiên cứu 94
3.8. Trạng thái mùn của đất nghiên cứu 97
3.9. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong một số loại tàn dư thực vật 99
3.10. Hàm lượng OM%, N% và tỷ lệ C/N của đất ngập nước trước và sau
thí nghiệm 105
3.11. Hàm lượng OM%, N% và tỷ lệ C/N của đất ruộng cạn trước và sau
thí nghiệm 106
3.12. Tỷ lệ cây sống và thời gian bén rễ hồi xanh của cây che phủ trên đất
thí nghiệm 108
3.13. Khả năng sinh trưởng và phát triển của lạc chịu hạn, đỗ tương chịu
hạn tại Lạng Giang 108
3.14. Năng suất chất xanh trung bình năm 2009 của các cây phủ đất 110
3.15. Năng suất chất xanh trung bình của lạc và đỗ tương chịu hạn 110
ix
3.16. Thành phần dinh dưỡng và khả năng trả lại dinh dưỡng cho đất của
một số cây che phủ đất 111
3.17. Độ ẩm đất tầng mặt ở các công thức thí nghiệm năm 2009 và 2010 112
3.18. Ảnh hưởng của các cây che phủ đến chất lượng đất năm 2009 và
2010 113
3.10. Trữ lượng chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các
loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 89
3.11. Trữ lượng mùn trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình
sử dụng đất (tầng đất mặt) 89
3.12. Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ
tháng 4 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 5 100
3.13. Tốc độ phân hủy dây lạc trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ
tháng 04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 6 100
3.14. Tốc độ phân hủy rơm trong điều kiện đất ngập nước giai đoạn từ
tháng 01 đến tháng 3/2012 – Thí nghiệm 5 101
3.15. Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng
04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 7 102
xi
3.16. Tốc độ phân hủy dây lạc trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng
04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 8 102
3.17. Tốc độ phân hủy cúc dại Thái Lan trong điều kiện đất khô giai đoạn
từ tháng 04 đến tháng 10/2011 – Thí nghiệm 9 103
3.18. Tốc độ phân hủy rơm rạ trong điều kiện đất khô giai đoạn từ tháng
01 đến tháng 3/2012 – Thí nghiệm 7 103
3.19. Động thái phát triển của các cây phủ đất (cm) 109
3.20. Động thái độ ẩm đất ở mô hình trồng vải năm 2009 116
như làm suy giảm độ phì nhiêu của đất: suy giảm các tính chất vật lý đất, giảm
lượng và chất của dung tích hấp thu cũng như dinh dưỡng dễ tiêu trong đất. Đây
là nguyên nhân hàng đầu làm đất mất sức sản xuất. Cùng với việc mất rừng, việc
canh tác đất đồi núi không có biện pháp bảo vệ đất làm cho chất hữu cơ trong đất
và hàm lượng các chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất ngày càng giảm sút nghiêm
2
trọng, đặc biệt là ở đất vùng đồi núi thuộc các tỉnh phía Bắc Việt Nam. Bên cạnh
đó, việc tích lũy được các chất hữu cơ trong đất còn là cơ sở quan trọng cho việc
lưu giữ được khí CO
2
, một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng nóng
lên của khí hậu toàn cầu.
Ở Việt Nam 3/4 diện tích tự nhiên là đất đồi núi, trong đó chủ yếu là nhóm
đất xám (Acrisols) với khoảng 20 triệu ha (Bộ NN&PTNT, 2009a). Đặc điểm
chung của nhóm đất xám là đất chua, hàm lượng hữu cơ không cao, nghèo chất
dinh dưỡng, dễ bị khô hạn, Việc khai thác nhóm đất xám nói riêng có tác động
lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Bắc Giang là tỉnh thuộc vùng trung du miền núi Bắc bộ, có nhóm đất xám
chiếm trên 70% diện tích đất nông nghiệp (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh
Bắc Giang, 2012). Do đó nâng cao độ phì nhiêu của đất xám để từ đó nâng cao
hiệu quả sử dụng đất là một việc làm rất cần thiết. Xuất phát từ tình hình trên
việc thực hiện đề tài “Tình hình chất hữu cơ, mùn và các biện pháp cải thiện
chất hữu cơ trong đất xám tỉnh Bắc Giang” là có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa
thực tiễn cao. Trên cơ sở xác định được tình hình chất hữu cơ và chất lượng mùn
trong đất xám trên một số loại hình sử dụng đất tỉnh Bắc Giang đưa ra các giải
pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám; định hướng sử dụng đất xám hợp lý, cho
- Phát triển lý luận về ảnh hưởng của việc sử dụng đất đến quá trình hình
thành và phát triển của đất xám.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Đánh giá được ảnh hưởng của một số loại hình sử dụng đất đến số lượng và
chất lượng chất hữu cơ và mùn trong đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
- Đề xuất các biện pháp cải thiện số lượng và chất lượng chất hữu cơ trên
đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
5. Những đóng góp mới của đề tài
Cung cấp thêm cơ sở khoa học về hiện trạng, quá trình biến đổi chất hữu
cơ và mùn và một số biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng
Giang, tỉnh Bắc Giang.
4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về chất hữu cơ và mùn trong đất
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc chất hữu cơ trong đất
Chất hữu cơ đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành và độ phì nhiêu
đất. Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của đất. Mọi
chất hữu cơ đều chứa các bon. Lượng các bon hữu cơ trong đất cao gấp 3 lần số
lượng các bon có trong toàn bộ giới thực vật trên trái đất. Do đó sự chuyển hóa
chất hữu cơ trong đất còn đóng vai trò quan trọng trong cân bằng các bon trên trái
đất, mối cân bằng được xem là yếu tố quan trọng tác động đến nhiệt độ địa cầu hay
hiệu ứng nhà kính. Dù chất hữu cơ chỉ là một phần rất nhỏ trong khối lượng chung
của mọi loại đất nhưng thành phần quan trọng này lại có ảnh hưởng quyết định đến
nhiều đặc tính vật lý, hoá học và sinh học của đất (Кононова, 1963; Тюрин,
1965; Александрова, 1980; Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000).
vật sử dụng phần lớn thân lá, vì vậy lượng tàn dư hữu cơ còn để lại trong đất để
hình thành mùn không nhiều. Ngoài thực vật màu xanh còn có xác động vật và vi
sinh vật, số lượng không nhiều, trong đa số các loại đất thường không vượt quá
100-200 kg/ha/năm, song lại rất tốt cho dinh dưỡng cây trồng (Александрова,
1980; Кауричев, 1989; Орлов, 1990; Teйт 1991).
+ Thành phần hoá học của những tàn tích hữu cơ rất khác nhau tuỳ thuộc
vào nguồn gốc của chúng. Nhìn chung các tàn tích hữu cơ chứa đến 75-90% nước.
Trong thành phần chất khô, ngoài các chất gluxit, protit, lipit, linhin, tanin, nhựa,
sáp, tàn tích hữu cơ còn chứa một lượng nhất định các nguyên tố vô cơ. Phần lớn
các hợp chất hữu cơ trong cây là những hợp chất cao phân tử, ví dụ phân tử lượng
protit: 10
5
-10
6
, polisacarit: 10
6
. Tỷ lệ giữa các nhóm hợp chất chính trong các tàn
tích hữu cơ khác nhau cũng rất khác nhau. Ngoài hợp chất hữu cơ trong tàn dư
sinh vật có chứa một lượng các nguyên tố tro, hàm lượng phụ thuộc vào từng loại
sinh vật và điều kiện sống của chúng, trong thành phần tro có P, S, K, Mg, Ca, Si,
Fe, Sau khi chết, xác sinh vật bị phân giải, một phần được chuyển hoá thành
các hợp chất mùn (Орлов, 1974; Паников, Садовникова, Фридланд, 1984;
Lê Thanh Bồn, 2009).
1.1.1.2. Phân hữu cơ
Ðối với đất trồng trọt, nhất là những nơi có mức độ thâm canh cao thì
phân hữu cơ là một nguồn bổ sung lớn chất hữu cơ cho đất. Trong các thập niên
70, 80 của thế kỷ 20, ở nhiều vùng đất, đối với cây hàng năm người dân thu
hoạch cả hạt lẫn cây, vì vậy phân hữu cơ gần như trở thành nguồn chính để tăng
2
CO
3
, Na
4
P
2
O
7
.10H
2
O, không hoà tan trong
nước và axit vô cơ. Tuỳ theo nồng độ và loại đất mà các dung dịch thu được có màu
anh đào đến màu đen.
+ Thành phần nguyên tố của axit humic
Thành phần nguyên tố của axit humic chủ yếu bao gồm C, H, O, N. Hàm
lượng các nguyên tố này khác nhau phụ thuộc vào loại đất, thành phần hoá học
của tàn dư sinh vật, điều kiện mùn hoá. Theo Alekxandrova hàm lượng bình
quân của C, H, O, N trong axit humic của một số loại đất chính ở Liên Xô (cũ)
như sau: C: 56,2%-61,9%, H: 3,4%-4,8%, O: 29,5%-34,8%, N: 3,5%-4,7% và
7
các nguyên tố tro (P, S, Al, Fe, Si): 1-10%, những nguyên tố này không nhất thiết
phải có tất cả trong thành phần phân tử axit humic (Орлов, 1974, 1990;
Александрова, 1980; Кауричев, 1989).
+ Phân tử lượng
Ở những điều kiện khác nhau, nguồn gốc và phương thức hình thành
H
17
O
8
N
354
C
173
H
183
O
92
N
11
3885
Ðất xám
C
14
H
14
O
7
N
299
C
71
H
59
O
32
- Liên kết với các cation hoá trị 1 hoặc hoá trị 2 ở trong dung dịch đất
hay nằm trên bề mặt các khoáng sét với H
+
của
nhóm COOH hoặc OH phenol
của axit humic hình thành các humát NH
4
, Na, K, Ca, Mg là các muối đơn giản
(dị cực).
(COOH)m
(OH)n
+ 2M
+
COOM(COOH)
m-1
OM(OH)
n-1
R
R
+ 2H
+
Nguồn: Кауричев (1989)
Humat của các cation hoá trị 1 hoà tan vào nước tạo thành các dung dịch
thật, vì vậy dễ bị rửa trôi, nhất là humat Na. Cho nên đất chứa nhiều humat Na
+
, Al(OH)
2+
Nguồn: Кауричев (1989)
Hợp chất phức này vẫn còn các nhóm COOH và OH phenol tự do, vì vậy
có thể tiếp tục phản ứng với các ion K
+
, Na
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Al
3+
để hình thành các
muối đơn giản:
R
OH
M
COO
-
H
+
O
-
H
+
+ 2M
định nhiều đặc tính hoá học, lý hoá và lý học của đất.
1.1.2.2. Axit fulvic
Axit fulvic có màu vàng, là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có
chứa các hợp chất cấu tạo mạch vòng, hình thành trong môi trường chua, dễ tan
trong nước, axit hoặc kiềm loãng.
+ Thành phần nguyên tố: Cũng như axit humic thành phần nguyên tố của
axit fulvic khác nhau ở các loại đất. Theo Alexandrova (1980, 1981) hàm lượng
bình quân của C, H, O, N trong axit fulvic của một số loại đất chính ở Liên Xô
(cũ) như sau: C: 44,7-49,8%, H: 3,4-5,1%, O: 43,8-47,3%, N: 2,3-4,2%. So với
axit humic thì C và N trong axit fulvic chiếm tỷ lệ ít hơn, trong khi H và O nhiều
hơn. Ngoài ra axit fulvic cũng chứa một số nguyên tố tro.
+ Phân tử lượng: Phân tử lượng của axit fulvic nhỏ hơn phân tử lượng axit
humic rất nhiều. Trung bình phân tử lượng của axit fulvic đạt 10.000-12.000 đơn
vị các bon cho nên hoạt tính lớn hơn, mặt khác chúng lại dễ bị phân chia nhỏ nên
hoạt tính càng mạnh.
+ Cấu trúc của axit fulvic: Nguyên tắc và thành phần cấu trúc của axit
fulvic cũng giống như axit humic. Ðiều khác nhau giữa chúng là trong phân tử
axit fulvic ít nhân thơm hơn, mà lại nhiều mạch nhánh hơn; số nhóm định chức,
đặc biệt là nhóm COOH và OH phenol nhiều hơn, vì thế axit fulvic chua hơn axit
humic nhiều (pH= 2,6-2,8).
Theo Alexandrova (1980, 1981) một phần axit fulvic được hình thành do
kết quả của quá trình mùn hoá trực tiếp xác hữu cơ, phần khác được hình thành
do sự biến đổi axit humic thành axit fulvic. Cũng như axit humic phân tử của axit
fulvic bao gồm nhiều mạng lưới cấu trúc và đơn vị cấu trúc.
+ Axit fulvic ở trạng thái tự do không nhiều và so với axit humic, chúng
có phân tử lượng nhỏ hơn, mặt khác nhiều mạch nhánh và nhóm định chức vì vậy
tính chất axit của axit fulvic lớn hơn axit humic. Chúng có khả năng hấp phụ và
tính đệm thấp hơn axit humic. Do có phân tử lượng nhỏ hơn nên axit fulvic dễ di
chuyển và do đó cũng dễ bị rửa trôi khỏi đất.
không tan trong dung dịch kiềm và axit, có phân tử lượng lớn, rất bền vững
trong đất, cây trồng không sử dụng được. Như vậy humin gồm nhiều hợp chất
hữu cơ khác nhau, chúng phân biệt với các nhóm khác chủ yếu bởi tính chất
không hòa tan trong môi trường axit lẫn môi trường kiềm (Александрова,
1980, 1981; Орлов, 1992).
1.1.3. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ và hình thành mùn trong đất
Chất hữu cơ chứa chất dinh dưỡng còn mùn lại có tác dụng bảo vệ chất
dinh dưỡng để cung cấp dần dần chất dinh dưỡng cho cây trồng và nâng cao hệ
số sử dụng chất dinh dưỡng, nâng cao tính hoãn xung, bảo vệ đất khỏi bị ô nhiễm
kim loại nặng vì tạo chelat làm kim loại nặng kém linh động trong đất.
Sự chuyển hoá xác hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học phức
tạp, có sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, giun đất, oxy, không khí và nước.
12
Xác thực vật tồn tại trên mặt đất hoặc trong các tầng đất, trong quá trình
phân giải chúng mất cấu tạo, hình dạng ban đầu và biến đổi thành những hợp
chất có hoạt tính cao hơn. Trong bước phân giải đầu một phần những hợp chất
này được khoáng hoá hoàn toàn thành nước, một số khí và những hợp chất
khoáng đơn giản, trong số đó có nhiều chất dinh dưỡng cho thực vật thế hệ tiếp
sau. Một phần được vi sinh vật dùng để tổng hợp protit, lipit, gluxit và một số
hợp chất mới, xây dựng cơ thể chúng và khi chúng chết đi lại được phân huỷ.
Cuối cùng hình thành những hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu tạo phức tạp -
đó là những hợp chất mùn, những hợp chất mùn này lại có thể bị khoáng hoá rất
chậm. Như vậy xác hữu cơ trong đất chịu sự tác động của 2 quá trình song song
tồn tại, là quá trình khoáng hoá và quá trình mùn hoá xác hữu cơ. Tuỳ theo điều
kiện đất, khí hậu, thành phần xác sinh vật mà một trong hai quá trình ấy chiếm
ưu thế.
Copyright: Tài liệu đại học ©