Tình hình chất hữu cơ, mùn và các biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất xám tỉnh Bắc Giang

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
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



CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT
MÃ SỐ: 62 62 01 03



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. VŨ HỮU YÊM
2. PGS.TS. CAO VIỆT HÀ

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.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Khoa học đất, Khoa
Quản lý đất đai, Ban Quản lý Đào tạo, Dự án Việt-Bỉ, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam, Hội Khoa học Đất Việt Nam, Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật
Việt Nam đã quan tâm và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo, các cán bộ và nhân dân xã Quang
Thịnh, huyện Lạng Giang, phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, phòng
Tài nguyên và Môi trường huyện Lạng Giang, sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh
Bắc Giang đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu
và xây dựng các mô hình thực nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình và tất cả bạn bè
đã luôn quan tâm, động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện
luận án.
Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2014
Tác giả luận án


Luyện Hữu Cử




iii
MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục viết tắt vi
Danh mục bảng vii
Danh mục hình ix

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

1.3.3. Sử dụng phân hữu cơ 46
1.3.4. Biện pháp công trình 47
1.3.5. Biện pháp bón vôi 47
1.3.6. Biện pháp canh tác 47
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.1. Nội dung nghiên cứu 50
2.2. Phương pháp nghiên cứu 50
2.2.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu thứ cấp 50
2.2.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp 50
2.2.3. Phương pháp điều tra, lấy mẫu đất ngoài thực địa 50
2.2.4. Phương pháp phân tích đất 51
2.2.5. Phương pháp phân tích cây 53
2.2.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm theo dõi tốc độ phân hủy tàn dư
hữu cơ 53
2.2.7. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 55
2.2.8. Phương pháp theo dõi sinh trưởng, phát triển và năng suất cây
trồng 59
2.2.9. Phương pháp thống kê 59
2.2.10. Phương pháp tính hiệu quả kinh tế 60
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của vùng nghiên cứu 61
3.1.1. Điều kiện tự nhiên 61
3.1.2. Thực trạng phát triển kinh tế, xã hội 68




v
3.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và môi
trường 71

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

vi
3.6.2. Các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc Giang 124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127
1. Kết luận 127
2. Kiến nghị 129
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO 131
PHỤ LỤC




vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACh
Đất xám điển hình
ACf
Đất xám feralit
ACp
Đất xám có tầng loang lổ
CAQ
Cây ăn quả
CERs
Chứng chỉ giảm phát thải
CL
Chuyên lúa
CM
Chuyên màu
CNH-HĐH

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

Hệ thống canh tác trên đất dốc
TN
Thí nghiệm
TNNH
Thổ nhưỡng Nông hóa
TTCN
Tiểu thủ công nghiệp
UNESCO
Tổ chức Văn hóa, Khoa học và Giáo dục của Liên hiệp quốc
VSV
Vi sinh vật




viii
DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1.1. Công thức và phân tử lượng của đơn vị cấu trúc và mạng cấu trúc
mùn trong đất potzol và đất xám 7
1.2. Thành phần mùn ở tầng mặt của đất Liên Xô (cũ) 20
1.3. Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong đất 24
1.4. Hàm lượng mùn của một số loại đất Việt Nam 27
1.5. Tỉ lệ
faC
haC


của một số loại đất Việt Nam 28
2.1. Thông tin chung về các phẫu diện nghiên cứu 51

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

3.19. Ảnh hưởng của bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đến chất
lượng đất ngập nước năm 2009 và 2010 – Thí nghiệm 3 115
3.20. Ảnh hưởng của bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đến chất
lượng đất khô năm 2009 và 2010 – Thí nghiệm 4 117
3.21. Ảnh hưởng của các cây phủ đất đến năng suất cây vải 119
3.22. Ảnh hưởng của các biện pháp bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực
vật tới năng suất cây trồng 120
3.23. Hiệu quả kinh tế của các công thức thí nghiệm đồng ruộng 1201





x
DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang
1.1. Sơ đồ quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất 12
1.2. Sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic 14
3.1. Vị trí địa lý huyện Lạng Giang 61
3.2. Ảnh cảnh quan phẫu diện LG07 75
3.3. Ảnh phẫu diện LG 07 75
3.4. Ảnh cảnh quan phẫu diện LG09 76
3.5. Ảnh phẫu diện LG 09 76
3.6. Ảnh cảnh quan phẫu diện LG17 77
3.7. Ảnh phẫu diện LG 17 77
3.8. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các
loại hình sử dụng đất (tầng đất mặt) 85
3.9. Hàm lượng mùn trong đất xám huyện Lạng Giang dưới các loại hình
sử dụng đất (tầng đất mặt) 85

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

1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Chất hữu cơ là dấu hiệu cơ bản để phân biệt đất và mẫu chất. Chất hữu cơ
là nguồn cung cấp các dinh dưỡng cho cây trồng đồng thời cũng là thành phần
chi phối khả năng hấp phụ dinh dưỡng của đất. Trong quá trình phân hủy, chất
hữu cơ tạo ra axit humic kích thích bộ rễ phát triển đẩy mạnh việc hút chất dinh
dưỡng của cây. Số lượng, tính chất của chất hữu cơ có ảnh hưởng và quyết định
đối với các tính chất: lý, hoá, sinh học và độ phì nhiêu của đất.
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều, chất hữu cơ
trong đất bị phân giải nhanh và chất dinh dưỡng bị rửa trôi vào mùa mưa. Vì vậy
phần lớn diện tích đất tự nhiên của Việt Nam có hàm lượng chất hữu cơ không
cao. Nguồn cung cấp hữu cơ cho đất chính là thực vật và phân hữu cơ. Hiện nay,
việc đầu tư cho sản xuất, đặc biệt là trên đất đồi còn hạn chế, nhất là phân hữu
cơ, nguồn hữu cơ bổ sung cho đất chủ yếu là cây phủ đất và cây trồng trên đất
canh tác. Thực tế ở nước ta, do tác động của quá trình sử dụng đất đa số diện tích
đất có tầng canh tác mỏng, số lượng mùn ít, chất lượng mùn kém, chủ yếu là mùn
di động nên dễ bị rửa trôi, nhất là trên các loại đất đồi núi. Hiện nay việc bón
phân vô cơ thuận lợi hơn nhiều so với bón phân hữu cơ do quá trình chế biến,
bảo quản phân hữu cơ tốn nhiều công sức hơn. Hiện tại, nông dân ở nhiều vùng
thường đốt tàn dư thực vật sau khi thu hoạch đã làm trầm trọng hơn tình trạng
suy giảm chất hữu cơ trong đất. Khi chất hữu cơ không được bù đắp, độ phì đất
và năng suất cây trồng bị suy giảm, bổ sung thêm phân vô cơ cũng không thể
khắc phục được.
Sự mất chất hữu cơ trong đất kéo theo hàng loạt các hậu quả nghiêm trọng

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

hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường; đảm bảo xây dựng chiến lược phát triển
nền nông nghiệp bền vững.
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Chất hữu cơ và mùn trong 3 đơn vị: đất xám điển
hình (Haplic Acrisols), đất xám có tầng loang lổ (Plinthic Acrisols) và đất xám
feralit (Ferralic Acrisols) ở huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trên các loại hình sử dụng: Lâm nghiệp,
cây ăn quả (vải), chuyên lúa, lúa màu và chuyên màu ở 3 đơn vị đất xám điển
hình (Haplic Acrisols), đất xám có tầng loang lổ (Plinthic Acrisols) và đất xám
feralit (Ferralic Acrisols) trên địa bàn huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
Nghiên cứu được tiến hành trên địa bàn huyện Lạng Giang vì ở huyện Lạng
Giang có đầy đủ các đặc điểm về khí hậu, thời tiết, đất đai đặc trưng cho tỉnh Bắc




3
Giang, bên cạnh đó diện tích đất xám chiếm đến 67% diện tích đất tự nhiên và
phân bố đầy đủ các đơn vị đất xám trên địa bàn huyện.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá thực trạng chất hữu cơ và mùn trong nhóm đất xám ở huyện
Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
- Đánh giá ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất tới số lượng và chất
lượng chất hữu cơ và mùn trong nhóm đất nghiên cứu.
- Đề xuất các biện pháp cải thiện tình trạng chất hữu cơ nhằm duy trì và
nâng cao độ phì nhiêu nhóm đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Đóng góp vào lý luận về ảnh hưởng của chế độ sử dụng đất đến số lượng
chất hữu cơ và chất lượng mùn trong đất xám.

- 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).

Có thể chia chất hữu cơ của đất làm 2 phần: những tàn tích hữu cơ chưa bị
phân giải (rễ, thân, lá cây, xác động vật) vẫn giữ nguyên hình thể và những chất hữu
cơ đã được phân giải. Phần hữu cơ sau có thể chia thành 2 nhóm: nhóm hợp chất
hữu cơ chưa phải mùn và nhóm các hợp chất mùn. Nhóm hữu cơ chưa phải mùn
gồm những hợp chất có cấu tạo đơn giản hơn như: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin,
sáp, nhựa, este, rượu, axit hữu cơ, anđehit, Nhóm này chỉ chiếm 10-15% chất hữu
cơ phân giải nhưng có vai trò rất quan trọng với đất và cây trồng. Nhóm các hợp
chất mùn bao gồm các hợp chất hữu cơ cao phân tử, có cấu tạo phức tạp, nhóm này
chiếm 85%-90% chất hữu cơ được phân giải (Кононова, 1963; Тюрин, 1965;
Александрова, 1980; Орлов, 1990).
Trong đất tự nhiên nguồn hữu cơ cung cấp duy nhất cho đất là tàn dư sinh
vật bao gồm xác thực vật, động vật và vi sinh vật. Ðối với đất canh tác, ngoài tàn
dư sinh vật còn có một nguồn hữu cơ bổ sung thường xuyên là phân hữu cơ.
1.1.1.1. Tàn dư sinh vật
+ Sinh vật sống trên và trong đất lấy chất dinh dưỡng từ đất để sinh
trưởng, phát triển, khi chết để lại những tàn tích hữu cơ (xác hữu cơ). Trong tàn
dư sinh vật, chủ yếu (tới 4/5) là tàn dư thực vật màu xanh. Trong quá trình sống




5
chúng quang hợp tạo chất hữu cơ và khi chết chúng để lại cho đất: thân, rễ, cành,
lá, quả và hạt. Thực vật màu xanh có nhiều loại, số lượng và chất lượng chất hữu
cơ được chúng đưa vào đất cũng khác nhau. Cây gỗ sống lâu năm cung cấp chủ
yếu cành, lá khô và quả rụng, tạo thành trên mặt đất một tầng thảm mục ở đất
rừng, sau đó mới bị vi sinh vật đất phân giải. Cây thân thảo để lại lượng hữu cơ
trong đất tốt hơn, chủ yếu là rễ. Ở vùng đồng cỏ lượng rễ để lại hàng năm ở tầng
đất (0-1 m) khoảng 8-28 tấn/ha. Ðối với cây thân cỏ hàng năm, lượng rễ để lại
trong đất khoảng 3-5 tấn/ha, lượng thân, lá khoảng 0,5-13 tấn/ha; người và súc

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

6
lượng mùn trong đất. Rất nhiều loại phân hữu cơ: phân chuồng, phân bắc, phân
rác, phân xanh, bùn ao, phân hữu cơ vi sinh, được sử dụng phổ biến.
Theo Dalzell (1987) và Pushparaja (1990) chất hữu cơ có thể đưa vào
trong đất bằng cả hai cách: phủ lên trên mặt đất hoặc vùi vào trong đất, bao gồm
phụ phẩm, phân xanh, phân trộn và phế thải nông nghiệp. Mục tiêu chính của
việc đưa chất hữu cơ vào đất là để làm tăng chất hữu cơ và mùn trong đất. Chất
hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ phì nhiêu của đất nói
chung, đặc biệt đối với đất chua nhiệt đới nói riêng.
1.1.2. Thành phần và đặc điểm của thành phần mùn
Các nhà nghiên cứu đã đề ra nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau
nhằm tách riêng thành phần mùn để có thể nghiên cứu sâu hơn. Phương pháp hóa
học đã được rất nhiều nhà nghiên cứu sử dụng. Bằng phương pháp hoá học người
ta dùng dung dịch kiềm loãng cho tác động vào đất để tách mùn đất thành 2
phần: phần không tan là các xác hữu cơ chưa phân giải và hợp chất humin, phần
hoà tan là các axit mùn. Axit hoá phần hoà tan bằng axit H
2
SO
4
thu được 2 phần:
phần kết tủa (màu sẫm) đó là axit humic và phần hoà tan (màu vàng hoặc vàng
nhạt) là axit fulvic. Như vậy hợp chất mùn của đất bao gồm 3 thành phần chính:
axit humic, axit fulvic và hợp chất humin (Тюрин, 1965; Орлов, 1974;
Александрова, 1980; Орлов, 1992).
1.1.2.1. Axit humic
Axit humic là một axit hữu cơ cao phân tử chứa nitơ, có chứa các hợp chất
cấu tạo mạch vòng, được hình thành trong môi trường trung tính, hoà tan tốt trong
các dung dịch kiềm loãng NaOH, Na

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

axit humic khác nhau nên axit humic không có công thức và phân tử lượng cố
định. Có nhiều ý kiến khác nhau về phân tử lượng của axit humic: 3.000-
1.000.000 (Russel, 1983), 1.300 (Oden, 1919), 30-50.000 (Flaig, 1929),… (Lê
Thanh Bồn, 2009); 40.000-100.000, trung bình khoảng 50.000-90.000 đơn vị
các bon (theo Orlov, Amoxov, Glebova, Gorskopva, Sin, Coresnhicov) (dẫn
theo Trần Văn Chính và cs., 2006).
+ Cấu trúc của axit humic
Axit humic có cấu trúc phân tử rất phức tạp, phân tử axit humic có nhiều
mạng lưới cấu trúc. Mỗi mạng lưới cấu trúc có nhiều đơn vị cấu trúc. Ðơn vị cấu
trúc là phần hình thành khi phân huỷ phân tử axit humic và có cấu tạo tương đối
đơn giản. Các hợp chất có cấu tạo mạch vòng chiếm 50-60%, các hợp chất có
mạch nhánh chiếm 25-40%, các nhóm định chức chiếm 10-25% trọng lượng
phân tử mùn (Орлов, 1974, 1990; Александрова, 1980; Орлов et al., 1996).
Mạng lưới cấu trúc là một phần phân tử axit humic chứa tất cả các đơn vị
cấu trúc, công thức và kích thước của các loại này khi phân huỷ axit humic bằng
benzol cácbonic như bảng 1.1.
Bảng 1.1. Công thức và phân tử lƣợng của đơn vị cấu trúc và mạng
cấu trúc mùn trong đất potzol và đất xám
Loại đất
Ðơn vị cấu trúc
Mạng lƣới cấu trúc
Công thức
Phân tử lƣợng
(đơn vị C)
Công thức
Phân tử lƣợng
(đơn vị C)
Ðất potzol
C
16

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

N
4

2090
Nguồn: Орлов (1974)




8
Về hình thái axit humic không có cấu tạo tinh thể, song những nghiên cứu
điện di và quang phổ rơnghen cho thấy chúng cấu tạo theo kiểu những mạng lưới
xếp lớp. Quá trình mùn hoá càng phát triển thì những mạng này xếp càng khít.
Theo những nghiên cứu gần đây nhất về hình dạng axit humic không đối xứng,
chúng có dạng dài, tỷ lệ các trục từ 1:6 đến 1:12. Trong đất, cơ bản axit humic là
keo ở dạng gel, nhưng chúng rất dễ bị tan bởi các dung dịch kiềm để tạo thành
dung dịch phân tử hoặc dung dịch keo. Vì ở dạng keo nên axit humic có khả
năng hấp phụ cao, dung tích hấp phụ (CEC) từ 300 đến 600 lđl/100g axit humic.
Trong đó nhóm COOH và OH fenol đóng vai trò quyết định. Tính đệm của axit
humic cũng rất cao cho nên ở đất giàu humic thì pH đất ổn định hơn. Trong đất
axit humic ít chua hơn axit fulvic vì nó ít mạch nhánh hơn mà lại nhiều nhân
thơm hơn (pH = 3,0-3,6).
+ Trạng thái tồn tại của axit humic
Chỉ có một phần rất nhỏ axit humic tồn tại ở dạng tự do, phần lớn chúng
liên kết với phần vô cơ của đất. Tác động tương hỗ giữa axit humic và phần vô
cơ của đất dẫn đến việc hình thành những hợp chất hữu cơ-vô cơ khác nhau. Phụ
thuộc vào hoạt tính của các hợp chất được hình thành mà có quá trình tích luỹ
các chất mùn và các chất vô cơ liên kết với nó (trường hợp liên kết với kim loại
hóa trị cao), hoặc là quá trình rửa trôi các hợp chất đó (trường hợp liên kết với
kim loại hóa trị 1), Có những dạng liên kết chính sau:

- 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

9
(đất mặn) thường nghèo mùn. Humat Ca, Mg không hoà tan vào nước và tồn tại
ở dạng gel bền vững với nước, tạo thành màng mỏng bao quanh các phần tử đất,
kết gắn chúng với nhau cho nên đất giàu humat Ca có kết cấu viên bền vững và
giàu mùn.
- Liên kết với các ion Fe, Al hoặc một số nguyên tố vi lượng, nguyên tố
gây độc hoặc ô nhiễm đất (Pb, Cd, ) để hình thành các muối phức (chứa các ion
kim loại ở phần anion của phân tử), ví dụ:
R
(COOH)n
(OH)m
+ xM
+
R
COO
OH
M
(COOH)n-x
(OH)m-x
+ xH
+


trong đó M là Fe(OH)
2
+
, Fe(OH)
2+
, Al(OH)
2

+
, 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

1
+
R
COO
OH
M
COOM
1
OM
1
COO
+ 2H
+

Nguồn: Кауричев (1989)
Các phức chất của axit humic bền vững hơn các phức chất của axit fulvic.
Sự hình thành các hợp chất này làm thay đổi tính hoà tan, sự phân bố, di động,
tích luỹ và mức độ dễ tiêu của các hợp chất của các kim loại đa hoá trị, đặc biệt
ở các đất có chứa nhiều chất hữu cơ. Sự liên kết với các kim loại độc như Al, Pb,
Cd, Ni, làm giảm tác dụng độc của các nguyên tố này trong đất.
- Tương tác với các khoáng sét hoặc các khoáng vật dạng vô định hình hoặc
tinh thể khác để hình thành các phức chất hấp phụ. Sự hình thành các phức chất hấp
phụ có thể bằng các liên kết giữa các phân tử, liên kết ion hoặc liên kết hydro,
Dạng liên kết này đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành các hợp chất hữu cơ-




10
vô cơ của pha rắn và tầng tích luỹ mùn, sự hình thành hạt kết, vi hạt kết và sự ổn

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.

11
+ Trạng thái tồn tại của axit fulvic: Axit fulvic ít tồn tại ở trạng thái tự do,
phần lớn chúng ở trạng thái liên kết. Ở trạng thái liên kết chúng cũng gồm 3 dạng
như axit humic. Fulvat của tất cả các kim loại hoá trị 1 và 2 đều hoà tan và di
động dù ở phản ứng axit, trung tính hay kiềm yếu. Các hợp chất axit fulvic với
Fe, Al có tính tan phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các phân tử kết hợp và nồng độ chúng
trong dung dịch. Nếu tỷ lệ R
2
O
3
/axit fulvic càng thấp nghĩa là tỷ lệ axit fulvic
càng nhiều thì hợp chất Fe, Al của axit fulvic càng trở nên hoạt động hơn. Người
ta cũng thấy hợp chất Fe - fulvic hoạt động hơn nhiều so với hợp chất Al - fulvic.
Hoạt tính của các hợp chất Fe - Al - fulvic có thể giải thích cho sự rửa trôi Al và
Fe trong quá trình hình thành đất potzon và đất bạc màu. Trong điều kiện ẩm
nhiều những hợp chất này di chuyển xuống phía dưới phẫu diện, cho đến lúc gặp
điều kiện phá huỷ chúng và R
2
O
3
kết tủa, tạo tầng tích tụ, ngoài ra một phần axit
fulvic gắn với axit humic tồn tại trong đất (Александрова, 1980, 1981; Орлов,
1979, 1992).
1.1.2.3. Hợp chất humin
Ngoài axit humic, axit fulvic trong mùn còn tồn tại một dạng hợp chất
khác là humin. Humin là tổ hợp của các chất mùn được cấu tạo bởi các liên
kết giữa các axit humic, fulvic và các khoáng sét trong đất. Humin màu đen,

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.

Sự biến hoá xác hữu cơ trong đất có thể được khái quát bằng sơ đồ sau:








Hình 1.1. Sơ đồ quá trình biến hoá xác hữu cơ trong đất
Nguồn: Trần Văn Chính và cs. (2006)
1.1.3.1. Quá trình khoáng hoá xác hữu cơ
Khoáng hoá là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ tạo thành các hợp
chất khoáng đơn giản, sản phẩm cuối cùng là những hợp chất tan và khí.
- Ðặc điểm của quá trình khoáng hoá xác hữu cơ
Quá trình mùn hoá

Mùn hoá

Xác hữu cơ

Hợp chất mùn

Muối khoáng,
khí, nước

Quá trình khoáng hoá

Khoáng hoá từ từ