Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÙI THỊ PHƯƠNG LOAN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG HỮU CƠ
VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH
CÁC BON TRONG ĐẤT CÁT BIỂN VÙNG BẮC TRUNG BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÙI THỊ PHƯƠNG LOAN

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG HỮU CƠ
VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH
CÁC BON TRONG ĐẤT CÁT BIỂN VÙNG BẮC TRUNG BỘ

CHUYÊN NGÀNH : Khoa học đất
MÃ SỐ

: 9.62.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Phạm Quang Hà
TS. Trần Minh Tiến

HÀ NỘI, NĂM 2018


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, một phần đã
được công bố trên các tạp chí chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng
tác giả. Phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

Bùi Thị Phương Loan

năm 2018

ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đối với hai thầy hướng dẫn khoa học là
PGS.TS. Phạm Quang Hà - Phó Viện trưởng Viện Môi trường Nông nghiệp và TS.
Trần Minh Tiến - Phó Viện trưởng Viện Thổ nhưỡng Nông hóa. Hai thầy đã tận
tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cám ơn các thầy, cô giáo đã trang bị cho tôi kiến thức chuyên môn
và những đóng góp quí báu trong suốt quá trình tôi làm luận án. Xin chân thành cám
ơn Ban giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS), lãnh đạo và các cán
bộ Ban Đào tạo sau đại học của VAAS đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình thực hiện nghiên cứu sinh.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp (IAE),
Ban Chủ nhiệm, Chương trình khoa học công nghệ cấp nhà nước phục vụ mục
tiêu quốc gia về biến đổi khí hậu (KHCN-BĐKH/11-15); Văn phòng chương
trình quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu - Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ
môn Mô hình hóa và CSDL Môi trường (IAE), những đồng nghiệp trong nhóm
làm việc, người dân xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An đã tạo điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình tôi, những người thường
xuyên động viên, tạo mọi nguồn lực cần thiết, trực tiếp tạo nên thành công này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm

Tác giả luận án

Bùi Thị Phương Loan

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

vii

DANH MỤC BẢNG

viii

DANH MỤC HÌNH

xi

MỞ ĐẦU

1

1. Mục tiêu nghiên cứu

2

1.1. Mục tiêu tổng quát

2

1.2. Mục tiêu cụ thể

2

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

3

2.1. Ý nghĩa khoa học

3

2.2. Ý nghĩa thực tiễn

3

2.3. Tính mới của luận án

3

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN

4

1.1. Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất

4

1.1.1.Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất

4

1.1.2.Thành phần chất hữu cơ của đất

6

1.1.3.Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất

9

1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng
hợp chất mùn trong đất
1.1.5. Vai trò và lợi ích của chất hữu cơ trong đất
1.1.6. Các biện pháp cải thiện chất và lượng của chất hữu cơ trong đất và
trong các loại sử dụng đất
1.2. Tổng quan về đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, quá trình hình thành,
phân loại, tính chất và vai trò chất hữu cơ trong đất cát biển
1.2.1. Ðiều kiện và quá trình hình thành đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và
một số tính chất đất

12
14
18

26

26


iv

1.2.2. Phân bố các loại đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
1.2.3. Nguy cơ thoái hoá hữu cơ trong đất cát biển và vai trò hữu cơ trên
đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
1.3. Các loại sử dụng đất chính trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và ảnh
hưởng của chúng đến tính chất đất cát biển.
1.3.1. Các loại sử dụng đất chính trên đất cát biển
1.3.2.Ảnh hưởng của các loại sử dụng đất đến tính chất đất/ hữu cơ trong
đất cát biển.
1.4. Cơ sở khoa học, kinh nghiệm quốc tế và trong nước về ứng dụng mô hình
để đánh giá hàm lượng các bon trong đất và tính tổng lượng phát thải KNK

30
33

36
36
40

42

1.4.1.Mô hình tính toán phát thải mê tan (MEM)

43

1.4.2. Mô hình phát thải khí mê tan từ hệ thống canh tác lúa (MERES)

43

1.4.3. Mô hình tính toán cân bằng các bon (EX-ACT)

43

1.4.4. Mô hình sinh địa hóa trong đất (DNDC)

44

1.4.5. Dự báo biến đổi khí hậu vùng Bắc Trung Bộ theo kịch bản BĐKH

48

Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

51

2.1. Đối tượng nghiên cứu

51

2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu

51

2.2.1. Địa điểm nghiên cứu

51

2.2.2. Thời gian nghiên cứu

51

2.3. Nội dung nghiên cứu

51

2.4. Phương pháp nghiên cứu

53

2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra

53

2.4.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng

53

2.4.3. Phương pháp phân tích đất

57

2.4.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu

58

2.4.5. Phương pháp ứng dụng mô hình hóa

59

2.4.6. Phương pháp phân tích hiệu quả thí nghiệm và mô hình

60

2.5. Một số đặc tính về tính chất đất và vật liệu hữu cơ sử dụng trong thí nghiệm

60


v

2.5.1. Tính chất đất tại vùng nghiên cứu

60

2.5.2. Hàm lượng dinh dưỡng các loại vật liệu sử dụng tại vùng nghiên cứu

61

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

63

3.1. Hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng BắcTrung Bộ và các loại sử dụng đất

63

3.1.1. Đặc điểm khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ

63

3.1.2. Hiện trạng sản xuất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

64

3.2. Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với
tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất
3.2.1. Một số đặc điểm lý, hóa học của đất cát biển trên một số loại/kiểu sử
dụng đất
3.2.2 Ảnh hưởng của các loại/kiểu sử dụng đất đến một số tính chất lý học
đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
3.2.3 Ảnh hưởng của kiểu sử dụng đất đến một số tính chất hóa học đất
trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
3.3. Đặc điểm hữu cơ trên các loại sử dụng đất cát biển ở vùng Bắc Trung Bộ
3.3.1. Ảnh hưởng của loại/kiểu sử dụng đất đến hàm lượng các bon hữu cơ
(OC%), axít humic và axít fulvic trong đất cát biển Bắc Trung Bộ
3.3.2. Mối quan hệ giữa hữu cơ trong đất (các bon hữu cơ và các axít mùn)
với các tính chất vật lý trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
3.4. Nghiên cứu nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới
một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ

67

67

69

71
73
73

75

76

3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân
bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các

76

bon trong đất cát biển.
3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân
bón hữu cơ, TSH và các biện pháp che tủ đến năng suất lạc và khả năng
nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ trong đất cát biển

84


vi

3.5. Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ trong đất cát biển
trên các loại hình sử dụng đất thông qua mô hình trình diễn

92

3.5.1. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân
khoáng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trên các loại sử dụng trong đất

92

cát biển
3.5.2. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân
khoáng đến tích lũy các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong các loại

93

sử dụng trên đất cát biển
3.5.3. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân
khoáng đến năng suất và hiệu quả kinh tế
3.6. Ứng dụng mô hình DNDC để mô phỏng tích lũy các bon hữu cơ và xác
định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH

93

96

3.6.1. Mô phỏng sự thay đổi lượng SOC trên các loại sử dụng đất chuyên
lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu ( 2 vụ lạc) trong đất cát biển theo kịch bản

96

BĐKH
3.6.2. Mô phỏng và dự báo phát thải khí nhà kính trong loại sử dụng chuyên
lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu ( 2 vụ lạc) theo kịch bản BĐKH đến năm 2035
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

98
104


vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Số TT

Chữ viết tắt

Giải thích

1

BĐKH

Biến đổi khí hậu

2

CT

Công thức

3

cs

Cộng sự

4

CEC

Dung lượng cation trao đổi/ dung tích hấp thu

5

DNDC

phân hủy cacbon - đề nitrat hóa

6

ĐX

Đông xuân

7

HCVS

Phân hữu cơ vi sinh

8

KNK

Khí nhà kính (GHG)

9

KHNNVN

Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

10

K2Ots

Kali tổng số

11

K2Odt

Kali dễ tiêu

12

LSD

Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa

13

Nts

Đạm tổng số

14

NS

Năng suất

15

ND

Nông dân

16

FP

Kỹ thuật của nông dân

17

OC

Cácbon tổng số

18

OM

Chất hữu cơ trong đất

19

P2O5ts

Lân tổng số

20

P2O5dt

Lân dễ tiêu

21

RCBD

Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh

22

SOC

Các bon hữu cơ trong đất

23

TN

Thí nghiệm

24

TĐ

Thu đông

25

TSH

Than sinh học

26

Tr.đ

Triệu đồng


viii

DANH MỤC BẢNG
TT

Tên bảng

bảng

Trang

1.1.

Thành phần tàn dư thực vật

6

1.2.

Thành phần cơ bản của axit mùn theo Kononova

8

1.3.

Khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số nguồn chất hữu cơ

10

1.4.

Hàm lượng mùn của một số loại đất Việt Nam

15

1.5.

Thang đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong đất

34

1.6.

Diện tích các loại đất cát biển theo tỉnh và toàn vùng

37

1.7.

Tình hình sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

37

1.8.

Hệ thống luân canh cây trồng trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất
ở vùng Bắc Trung Bộ

1.9.

Cơ cấu cây trồng trong đất cát biển dưới 1 số loại sử dụng đất ở vùng Bắc

Trung Bộ

1.10. Ảnh hưởng của loại hình sử dụng đất đến một số tính chất vật lý và hóa học
của đất cát biển

38

38

40

1.11. Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ cơ sở vùng Bắc
Trung Bộ (Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung

48

bình với cận dưới 10% và cận trên 90%)
1.12. Biến đổi của lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ở vùng Bắc Trung Bộ
(Giá trị trong ngoặc đơn là khoảng biến đổi quanh giá trị trung bình với cận

49

dưới 20% và cận trên 80%)
2.1.

Tính chất lý học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí
nghiệm tại Nghi Lộc- Nghệ An

2.2.

Tính chất hoá học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí
nghiệm tại Nghi Lộc-Nghệ An

2.3.

Hàm lượng các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong đất cát biển dưới một
số loại sử dụng đất trước thí nghiệm tại Nghi Lộc-Nghệ An

2.4.

Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các vật liệu nghiên cứu

60

61

61
62


ix

TT

Tên bảng

bảng
3.1.

Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

3.2.

Tổng lượng phân bón sử dụng trong năm trong đất cát biển dưới một số loại sử
dụng đất vùng Bắc Trung Bộ

3.3.

Thực trạng sử dụng phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch tại các tỉnh điều tra

3.4.

Thành phần cấp hạt trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trên đất
cát biển vùng Bắc Trung Bộ

3.5.

Hữu cơ tổng số và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất cát biển dưới một
số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ

3.6.

Dung tích hấp thu và hàm lượng các cation trao đổi trong đất cát biển dưới
một số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ

3.7.

Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ và TSH đến thành phần cấp hạt đất
trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lúa tại Nghi Lộc, Nghệ An

3.8.

Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất cát biển sau 2 vụ canh
tác lúa tại Nghi Lộc, Nghệ An

3.9.

Hàm lượng các bon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axit mùn trong đất cát
biển sau 2 vụ canh tác lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An

3.10

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc,
Nghệ An.

3.11.

Hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH trong loại sử
dụng đất 2 lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An

3.12. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ; TSH và vật liệu che phủ đến một số
tính chất vật lý trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lạc tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.13. Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng sau 2 vụ canh tác lạc trong đất cát
biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.14. Hàm lượng cácbon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axít mùn sau 2 vụ canh
tác lạc tromg đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.15. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lạc trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An.

Trang
64

66
67
68

68

69

77

79

80

82

83

85

87

88
89


x

TT

Tên bảng

bảng

3.16. Hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH cho 2 vụ lạc
trên trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An

Trang

91

3.17. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến
pH, hàm lượng dinh dưỡng và dung tích hấp thu trong các loại sử dụng trên

92

đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.18. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến
các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong các loại sử dụng trên đất cát

93

biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.19. Năng suất thực thu các loại cây trồng trên các loại sử dụng đất trong đất cát
biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.20. Hiệu quả kinh tế của việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật trên các loại sử
dụng trong đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
3.21. Hàm lượng tổng các bon hữu cơ trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển
theo kịch bản BĐKH

94

95

97

3.22. Tổng lượng phát thải CH4, N2O và CO2-e tính theo kg/ha/năm trên các loại
sử dụng đất trong đất cát biển theo kịch bản biến đổi khí hậu

102


xi

DANH MỤC HÌNH
TT

Tên hình

Hình

Trang

1.1.

Sơ đồ hình thành chất mùn

12

1.2.

Sơ đồ quá trình biến hóa xác hữu cơ trong đất

16

1.3.

Sơ đồ cấu tạo phân tử axit humic

18

1.4.

Mô hình sinh địa hóa trong đất

47

2.1.

Hình ảnh về các loại vật liệu sử dụng trong thí nghiệm

62

3.1.

Cơ cấu thu nhập của nông dân tại các tỉnh điều tra 2013

65

3.2.

Mối quan hệ của một số kiểu sử dụng đất đến thành phần cơ giới
trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

3.3.

Mối quan hệ của một số kiểu sử dụng đất với một số tính chất hóa
học trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ

3.4.

70

72

Quan hệ giữa hàm lượng các bon hữu cơ, axít humic và axít
fulvic trong đất cát biển với các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung

74

Bộ theo trục F1 và F2
3.5.

Quan hệ giữa chất hữu cơ trong đất (các bon tổng số và các thành
phần mùn) với các tính chất vật lý và hóa học trong đất cát biển

75

vùng Bắc Trung Bộ
3.6.

Tổng lượng phát thải khí metan (kg CH4/ha/vụ) trên loại sử dụng
đât chuyên lúa trong đất cát biển theo các kịch bản biến đổi khí

99

hậu đến năm 2035
3.7.

Tổng lượng phát thải khí khí oxits nitơ (N2O) (kg N/ha/vụ) trên
các loại sử dụng đất chuyên lúa trong đất cát biển theo các kịch

100

bản biến đổi khí hậu đến năm 2035
3.8.

Tổng lượng phát thải khí khí oxits nitơ (N2O) (kg N/ha/vụ) trên
loại sử dụng đất chuyên màu trong đất cát biển theo các kịch bản
biến đổi khí hậu đến năm 2035

101


1

MỞ ĐẦU
Đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha (chiếm
41% diện tích đất cát biển cả nước), bao gồm 3 nhóm chính: cồn cát trắng, cồn cát
vàng; đất cát ven biển (theo bản chú dẫn bản đồ Đất Việt Nam, tỷ lệ 1/1.000.000),

phân bố dọc theo bờ biển từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên - Huế. Đất cát biển vùng
này có đặc trưng là có lớp mặt màu trắng hoặc trắng xám, nếu ở địa hình cao thường
có một tầng màu vàng hoặc loang lổ đỏ vàng, nhiều nơi xuất hiện kết von. Hình thái
phẫu diện đã có sự phân hóa khá rõ, lớp đất mặt thường trắng hơi xám hoặc xám
sáng, có nơi hơi vàng; các tầng dưới thường chặt, khả năng tích lũy oxyt sắt lớn nên
màu sắc thường vàng hoặc vàng nhạt. Thành phần cơ giới cát đến cát rời - cát pha,
nghèo mùn và các chất dinh dưỡng, khả năng trao đổi dung tích hấp thu (CEC) rất
thấp, thường chỉ đạt < 10 cmolc/kg; khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng rất kém
nên chất hữu cơ trong đất bị khoáng hóa nhanh, khả năng cải tạo hữu cơ cho đất kém.
(Hồ Quang Đức, 2015).
Nhìn chung, đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ hiện nay là loại đất có rất nhiều
yếu tố hạn chế đối với sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là rất nghèo dinh dưỡng,
nghèo hữu cơ, hệ quả của chế độ khí hậu thời tiết Bắc Trung Bộ dẫn đến tốc độ
khoáng hoá nhanh, triệt để trong quá trình thành tạo đất; do đó cần có các nghiên
cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác.
Thực tế chất hữu cơ trong đất tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào
nhiều yếu tố. Sự biến hoá vật liệu hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học
phức tạp, xảy ra với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy không khí
và nước. Trong đất sét và sét pha, quá trình phân giải xác hữu cơ có chậm hơn ở đất
cát và cát pha, song mùn lại được tích luỹ nhiều hơn vì khoáng hoá trong đất sét, sét
pha yếu hơn nhiều, các phần tử nhỏ của đất cũng liên kết và giữ mùn tốt hơn. Duy
trì chất hữu cơ và độ ẩm đất được coi là những yếu tố quan trọng hàng đầu giữ vai
trò điều tiết độ phì nhiêu của đất. Hàm lượng chất hữu cơ vừa là nguồn năng lượng,
vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá và
chất dinh dưỡng trong đất. Thông thường chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 58%
lượng các bon hữu cơ. Các bon hữu cơ trong đất (SOC) đóng vai trò rất quan trong


2

trong các hệ sinh thái, ảnh hưởng đến cấu trúc đất, khả năng giữ nước của đất, khả
năng hình thành các phức chất với các ion kim loại, khả năng cung cấp chất dinh
dưỡng cho cây trồng. Do vậy suy giảm hàm lượng các bon hữu cơ trong đất có ảnh
hướng lớn đến độ phì của đất, mức độ ổn định của đất và sản xuất nông nghiệp.
Hơn thế nữa, lượng các bon hữu cơ trong đất đóng một vai trò quan trọng đối với
quá trình cân bằng các bon trong chu trình các bon toàn cầu. SOC vừa là nguồn
năng lượng, vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình
khoáng hoá và chất dinh dưỡng trong đất. Chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong
việc hình thành, duy trì và phát triển độ phì nhiêu và khả năng sản xuất của đất. Các
bon hữu cơ trong đất nhiệt đới có tuổi phóng xạ thấp, đã ít về lượng lại bị thoái hóa
nhanh. Cố định các bon trong đất, đặc biệt là trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
có vai trò quan trọng trong việc giữ gìn độ phì nhiêu đất và sử dụng đất bền vững,
bảo vệ môi trường. Do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các
bon trong đất canh tác.
Với những lý do trên, luận án: “Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp
nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ” được
thực hiện nhằm xác định cơ sở khoa học để nâng cao hữu cơ trong đất cát biển, tăng
độ phì đất và nâng cao năng suất cây trồng. Mặt khác nâng cao hữu cơ trong đất cát
biển chính là tăng cố định các bon trong đất cát biển, góp phần hình thành các vật
liệu hữu cơ bền, tăng quá trình mùn hoá, giảm khoáng hoá và phát thải CO2 góp
phần giảm phát thải khí nhà kính.
1. Mục tiêu nghiên cứu
1.1. Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu đề xuất được giải pháp nâng cao độ phì nhiêu đất cát biển thông
qua cải thiện chất và lượng hữu cơ nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất,
bảo đảm hiệu quả của sản xuất trồng trọt, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi
trường trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ.
1.2. Mục tiêu cụ thể:
+ Đánh giá được hiện trạng hữu cơ (các bon tổng số và thành phần mùn)
trong đất cát biển ở các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ.

3

+ Xác định được mối quan hệ giữa các bon tổng số trong đất với tính chất vật
lý, hoá học trong đất cát biển.
+ Lượng hóa được khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số
loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ.
+ Đề xuất được một số biện pháp canh tác cải thiện hữu cơ để nâng cao hiệu
quả sử dụng đất góp phần giảm phát thải KNK tại vùng nghiên cứu.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
2.1. Ý nghĩa khoa học:
1. Xác định được đặc điểm chất hữu cơ trong mối quan hệ với loại sử dụng đất
và tính chất lý, hóa học của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ làm cơ sở sử dụng đất
bền vững.
2. Bổ sung cơ sở khoa học để đề xuất qui trình canh tác hợp lý trên đất cát biển
giúp nông dân tăng năng suất trồng trọt, tăng độ phì đất, đảm bảo sản xuất bền vững
và góp phần giảm phát thải khí nhà kính.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Góp phần cải thiện độ phì nhiêu đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, nâng cao khả
năng tích lũy các bon trong đất để nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, tạo
điều kiện phát triển bền vững nền tăng trưởng xanh cho vùng đất cát ven biển trong
định hướng phát triển nền các bon thấp. Đóng góp vào xây dựng quy trình cải tạo
vùng đất cát ven biển nói chung ở nước ta
2.3. Tính mới của luận án
Nghiên cứu khả năng cố định các bon trong đất cát biển trong mối quan hệ
với loại sử dụng đất và biện pháp giảm phát thải khí nhà kính.
Xác định được các giải pháp kỹ thuật cải thiện hấp phụ các bon trong đất
cát biển và dự báo phát thải khí nhà kính theo kịch bản BĐKH đến năm 2035.
Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giảm quá trình thoái hóa

hữu cơ trong đất, giảm phát thải KNK, phục vụ sử dụng đất bền vững và bảo vệ
môi trường.


4

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
1.1. Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất
1.1.1. Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất
Chất hữu cơ được định nghĩa như là một nhóm các nguyên tố các bon có
nguồn gốc từ sinh vật sống và lắng đọng bên trên hoặc bên trong các thành phần cấu
tạo nên trái đất. Chất hữu cơ trong đất bao gồm những tàn dư của tất cả xác động
vật và thực vật nằm rải rác trên bề mặt quả đất. Sự tích lũy các bon trong các loại
đất khác nhau là khác nhau. Những vùng đất bị rửa trôi và chứa nhiều axit (đất cát
hoặc đất bồi phù sa) thì tỷ lệ phần lớn chất hữu cơ sẽ tồn tại dưới dạng xác thực vật
và axit fulvic. Những vùng đất trung tình và đất kiềm tỷ lệ lớn các chất hữu cơ tồn
tại dưới dạng axit humic và humin (Pettit 2004).
Dấu hiệu cơ bản làm đất khác đá mẹ là đất có chất hữu cơ. Hàm lượng và tính
chất của chúng tác động mạnh mẽ đến quá trình hình thành đất, quyết định nhiều
tính chất: lý, hoá, sinh và độ phì nhiêu của đất.
Chất hữu cơ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành đất và độ phì
nhiêu của đất. Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của
đất. Chất này bao gồm các tàn dư hữu cơ (xác thực vật, động vật không hoàn toàn giữ
được cấu trúc ban đầu), các chất hữu cơ riêng biệt có bản chất đặc trưng hoặc không
đặc trưng. Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các thành phần hữu cơ sau: Tàn dư
động thực vật còn tươi (chưa phân hủy); Chất hữu cơ đang thối rữa; Chất hữu cơ bền
vững (mùn); Sinh vật sống. 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 những hợp chất hữu cơ ngoài mùn và nhóm các hợp chất mùn.

Nhóm hữu cơ ngoài 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


5

tử, có cấu tạo phức tạp, nhóm này chiếm 85% - 90% chất hữu cơ được phân giải
(Pettit R. E. 2004).
Vai trò chất hữu cơ trong đất:
+ Đối với tính chất vật lý: Theo nghiên cứu của Cochrane và Aylmore (1994);
Thomas và cs (1996) cho thấy chất hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý
của đất. Một trong những ảnh hưởng quan trọng là hình thành cấu trúc và đuy trì độ
bền cấu trúc của đất. Chất hữu cơ và mùn có tác dụng cải thiện trạng thái kết cấu
của đất, các keo mùn gắn kết các hạt đất với nhau tạo thành những hạt kết tốt, bền
vững từ đó ảnh hưởng toàn bộ lý tính của đất như chế độ nước (tính thấm và giữ
nước tốt hơn), chế độ khí, chế độ nhiệt (sự hấp thu nhiệt và giữ nước tốt hơn), giảm
tính dính dẻo, tăng cường khả năng cày xới đất.
+ Đối với tính chất hóa học đất: chất hữu cơ làm gia tăng CEC, tăng khả năng
giữ chất dinh dưỡng cho đất, tăng cường độ sự phóng thích chất dinh dưỡng từ các
thành phần khoáng trong đất bị hòa tan bởi các acid hữu cơ. Theo Trần Văn Chính
(2006), chất hữu cơ và mùn tham gia phản ứng hóa học của đất, cải thiện điều kiện
oxy hóa, gắn liền với sự di động và kết tủa của các nguyên tố vô cơ trong đất. Nhờ
có nhóm các định chức các hợp chất mùn nói riêng, chất hữu cơ nói chung làm tăng
khẳ năng hấp thụ của đất, giữ được các chất dinh dưỡng, đồng thời làm tăng tính
đệm của đất.
+ Chất hữu cơ đất có tác dụng duy trì bảo vệ đất: Chất hữu cơ không chỉ là
nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn giúp duy trì chất lượng đất theo
hướng bền vững nhằm đạt năng suất cao qua sự cải tạo tính chất lý, hóa và sinh học

đất (Flaig, 1984). Chất hữu cơ nói chung là nguồn thức ăn quan trọng của hệ vi sinh
vật, là môi trường sống của hệ vi sinh vật đất. Chất mùn nói riêng, có tác dụng
chất kích thích sinh trưởng và là chất kháng sinh để chống lại bệnh hại của cây
trồng (Ngô Thị Đào và Vũ Hữu Yêm, 2005).
Theo các tác giả Võ Thị Gương (2010), Trần Văn Chính (2006), sự tạo phức
của chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong cải thiện độ phì nhiêu của đất. Phức liên
kết giữa vi sinh vật sống như vi khuẩn, nấm - khoáng sét - chất hữu cơ thì quan


6

trọng rất nhiều so với quan niệm trước đây. Đó là tiến trình tạo nên môi trường
không thể thiếu được cho các phản ứng sinh hóa học xảy ra.
1.1.2. Thành phần chất hữu cơ của đất
 Các chất mùn không điển hình của đất
Các chất mùn không điển hình trong đất bao gồm các chất hữu cơ thông
thường là sản phẩm phân giải từ xác động thực vật như amino axit, protein,
hydratcacbon, lipit và các axit hữu cơ khác (Bảng 1.1). Sản phẩm phân giải thường
là quá trình oxi hóa triệt để thành CO2 và nước hoặc có thể hình thành nên các hợp
chất trung gian như các loại axit hữu cơ, axit amin, rượu, phenol, quinol,…
Bảng 1.1. Thành phần tàn dư thực vật
STT
1
2
3
4
5
6

Thành phần

Tỷ lệ (%)
Các hợp chất hòa tan (đường, amino axit…)
5 – 30
Xenlulo
10 – 50
Hemixenlulo
10 – 30
Linhin
5 – 30
Các chất sáp, chất béo, dầu và nhựa
1–8
Protein
1 -20
Nguồn: Sylvia và cộng sự (2005)

Các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm polysacarit (xenlulo, hemixenlulo và linhin)
đóng vai trò quan trọng đối với sự hình thành và tích lũy chất hữu cơ trong đất. Hàm
lượng xenlulo và hemixenlulo có thể chiếm 10 - 60% trong các thực vật thân thảo.
Xenlulo thường chiếm 15% khối lượng khô của cây non nhưng có thể lên trên 50%
trong thân cây gỗ, rơm rạ và lá già. Hàm lượng linhin trong cây non thường nhỏ dưới
5%, cây trưởng thành 15% và cây gỗ già có thể chiếm 35% chất khô (Stevenson F. J,
1994; Sylvia David M.và cs, 2005).
Các hydratcacbon chiếm khoảng 10 - 25% tổng số các bon của đất, có nguồn
gốc chính từ thực vật và vi sinh vật. Nếu như quá trình phân hủy không bị giới hạn
bởi điều kiện môi trường (hàm lượng nước trong đất, độ chua, sự có mặt các chất
độc hại,…), và sự hấp phụ bởi các phần tử khoáng sét thì hầu hết các hydratcacbon
đều bị phân hủy nhanh. Kết quả của quá trình phân hủy các hydratcacbon thường
tạo ra các đường đơn (Nieder R. và Benbi D.K, 2008)

7

 Chất mùn điển hình của đất
Chất mùn điển hình của đất là những hợp chất hữu cơ cao phân tử đặc trưng,
chúng tồn tại tương đối ổn định trong đất phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên và lịch sử
quản lý sử dụng đất. Sự hình thành chất mùn từ các tàn dư là một quá trình phức tạp
với các phản ứng hóa sinh học khác nhau nhờ sự xúc tác tổng hợp của phức hệ các
enzym hoặc các phản ứng hóa học thông thường, sau đó những sản phẩm trung gian
này được trùng hợp để tạo thành (Nguyễn Lân Dũng, 1984). Chất hữu cơ điển hình
của đất được chia thành 2 nhóm: Các bitum, humin và các axit mùn, trong đó các
axit mùn là thành phần quan trọng đặc biệt của chất hữu cơ đất. Dựa vào các tính đặc
trưng khác nhau như độ phân tán, khả năng ngưng tụ, mức độ polime hóa, thành phần
và tính chất quang học, đặc biệt là khả năng hòa tan trong các dung môi khác nhau
người ta chia axit mùn thành các loại khác nhau. Các axit mùn chủ yếu là humic và
fulvic. Axit humic có màu tối (từ nâu đến đen) có khả năng hòa tan trong dung dịch
kiềm loãng nhưng không hòa tan trong dung dịch axit loãng. Còn axit fulvic có màu
vàng sáng, có khả năng hòa tan trong cả dung dịch kiềm và axit. Về thành phần các
nguyên tố hóa học, axit humic có tỷ lệ C/N cao nhưng hàm lượng O, H thấp hơn so
với axit fulvic (bảng 1.2).
Axit humic là một thành phần quan trọng của chất hữu cơ trong đất được
hình thành do sự tích tụ và phân huỷ không hoàn toàn tàn dư thực vật trong điều
kiện yếm khí. Axit humic là 1 trong 3 thành phần (axit humic, axit fulvic và hợp
chất humin) trong hợp chất mùn hữu cơ của đất (Pettit R. E, 2004). Axit humic là
chất vô định hình có cấu trúc phức tạp, phân tử có dạng hình khối, trong môi trường
kiềm có đường kính 30 Å, trong môi trường axit là 60 – 100 Å. Trong nhiều năm,
axit humic tích lũy trong đất để giúp đất tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng, khả
năng giữ nước, là nguồn thức ăn cho các vi sinh vật có lợi cho đất. Đây là cách để
giảm thiểu tổn thất chất dinh dưỡng để duy trì độ phì nhiêu của đất và đảm bảo phát
triển bền vững của thiên nhiên. Axit humic ít tồn tại ở dạng tự do trong đất mà chủ
yếu tồn tại dạng liên kết gọi là muối Humate khi kết hợp với các cation hóa trị 1/2

như NH4, Na, K, Ca, Mg. Humat của ion hóa trị 1 hòa tan vào nước vì vậy dễ bị rửa
trôi nên đất chứa nhiều Humat Na thường nghèo mùn. Humat K, Ca, Mg không hòa


8

tan vào nước và tồn tại ở dạng gel kết cấu bền vững và cây dễ hấp thụ; liên kết với
các ion Fe, Al hoặc một số nguyên tố vi lượng, nguyên tố gây độc hoặc ô nhiễm đất
(Pb, Cd, mn, Cu, Zn...) để hình thành muối phức.
Axit fulvic là hỗn hợp của axit béo và axit thơm yếu mà tan trong môi trường
nước ở các điều kiện pH khác nhau (axit, trung tính và kiềm). Axit fulvic có độ axit
cao (pH = 2,6 - 2,8) và có khả năng hòa tan tốt trong nước, rượu, kiềm và axit loãng
(Stevenson F. J, 1994). Chúng có nhiều gốc Cacbonxyl (COOH) và hydroxyl
(COH), do đó axit fulvic có phản ứng hóa học cao hơn. Khả năng chuyển đổi ion
của fulvic cũng cao gấp đôi axít humic. Do kích thước phân tử tương đối nhỏ, axit
fulvic có thể dễ dàng được hấp thụ qua rễ cây, thân cây và lá. Nhờ đó, chúng mang
theo các vi lượng từ bề mặt vào tận trong mô. Axit fulvic là thành phần chính của
các loại phân bón lá chất lượng cao.
Bảng 1.2. Thành phần cơ bản của axit mùn theo Kononova
Nguyên tố

Axit humic (%)

Axit fulvic (%)

C

52 – 60

44 – 48

O

30 – 33

44 – 48

H

3,5 – 5,5

4,0 – 5,5

N

3,5 – 5,0

1,5 - 25
Nguồn: Stevenson (1994)

 Sinh khối vi sinh vật đất
Sinh khối vi sinh vật thường chiếm 1-3% tổng C hữu cơ và 2-6% tổng N hữu
cơ trong đất. Ở các hệ sinh thái khác nhau thì có sinh khối vi sinh vật khác nhau,
cao nhất ở vùng đất rừng và đất nông nghiệp nhiệt đới (986 – 3420 µg/g đất) và
thấp nhất là vùng cực (126 µg/g đất). Các hoạt động chuyển đất rừng sang đất canh
tác nông nghiệp làm suy thoái các bon có thể làm giảm nhanh sinh khối vi sinh vật.
Tuy nhiên sinh khối vi sinh vật ở đất đồng cỏ cao hơn đất canh tác.
Theo Wood M., (2009), cho thấy trong đất nông nghiệp, sự biến cố C, N
trong sinh khối đất phụ thuộc nhiều vào điều kiện đất, thành phần và tính chất của
các tàn dư hữu cơ đầu vào. Sinh khối vi sinh vật và hàm lượng chất hữu cơ luôn có

9

mối tương quan thuận. Nếu sinh khối trung bình 1500 kg C/ha thì hàm lượng chất
hữu cơ trong đất dao động 2 -2,5% .
1.1.3. Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất
Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong đất:
Stevenson (1994), cho biết quá trình biến đổi và chuyển hóa các hợp chất
hữu cơ trong đất rất phức tạp, bao gồm các chuỗi phản ứng sinh hóa với sự tham gia
tích cực của hệ sinh vật. Theo Stevenson, chất hữu cơ thường bị biến đổi thành 3
con đường chính là phân giải liên tục các chất hữu cơ để biến thành các chất vô cơ
gọi là quá trình khoáng hóa, phân giải không hoàn toàn và tái tổng hợp thành các
hợp chất cao phân tử gọi là quá trình mùn hóa và trong quá trình vi giải vi sinh vật
sử dụng các nguyên liệu này làm nguồn thức ăn tạo ra sinh khối cơ thể gọi là quá
trình đồng hóa. Các quá trình này luôn xảy ra đồng thời ở trong đất nhưng tùy thuộc
vào điều kiện cụ thể sẽ có những quá trình nhất định chiếm ưu thế hơn.
Quá trình khoáng hóa trải qua nhiều bước trung gian do hoạt động của hệ vi
sinh vật và enzym đất để tạo thành sản phẩm cuối cùng là các chất dinh dưỡng
khoáng, CO2 và nước. Quá trình này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, độ ẩm, hàm
lượng oxi, hoạt tính vi sinh vật, biện pháp sử dụng, hệ thống canh tác, quản lý đất
và mùa vụ (Hội Khoa học Đất Việt Nam,2000).
Nhìn chung, các hợp chất hữu cơ dễ hòa tan, các chất tiết từ rễ thực vật
thường phân hủy rất nhanh, thời gian tính bằng ngày. Phân động vật, cỏ khô và
thảm mục phân hủy nhanh, thời gian thường dưới 5 năm. Rơm rạ, tàn dư của cây lá
kim và xenlulo có mức độ phân hủy trung bình, thời gian từ <1 đến 10 năm. Vỏ cây,
gỗ và lihin có khả năng phân hủy rất chậm thời gian từ 10 đến 100 năm. Nếu bảo vệ
tốt, thời gian tồn tại của chất hữu cơ đất có thể từ 5 năm đến 1000 năm. Ảnh hưởng
của các phần tử khoáng đến sự ổn định của chất hữu cơ đất giảm dần từ khoáng
Alophan > khoáng vô định hình > Smetit > Illit > Kaolinit (Nieder R. và Benbi D.

K, 2008). Bảng 1.3 đã chỉ ra khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số
nguồn chất hữu cơ trong đất.


10

Bảng 1.3. Khả năng phân hủy và thời gian tồn tại của một số nguồn chất hữu cơ
Chất hữu cơ

TT
1

Chất hữu cơ đất

2

Khả năng phân hủy

Thời gian tồn tại
(năm)

Nhanh đến rất chậm

< 5 đến 1000

Phân động vật

Nhanh

<5

3

Cỏ khô, cỏ và tàn dư

Nhanh

<5

4

Tàn dư lá rụng

Nhanh

<5

5

Thảm mục rừng tùng bách

Trung bình

1 – 10

6

Rơm rạ

Trung bình

< 1 – 10

7

Lá thông

Trung bình

< 1 – 10

8

Vỏ cây

Chậm

10 – 100

9

Gỗ

Chậm

10 – 100

10

Gluco

Rất nhanh

< 1 – 10

11

Xenlulo

Trung bình

< 1 – 10

12

Linhin

Chậm

10 – 100
Nguồn: Nieder và Benbi (2008)

Theo Nguyễn Lân Dũng, (1984); Wood., (2009): Tốc độ phân hủy xác hữu
cơ do vi sinh vật còn phụ thuộc lớn và chất lượng của tàn dư hữu cơ, đặc biệt là tỷ
lệ C/N. Khi tỷ lệ C/N thích hợp sẽ thúc đẩy quá trình khoáng hóa xảy ra mạnh. Khi
C/N quá cao (>30) sẽ ức chết quá trình phân giải chất hữu cơ. Nếu tỷ lệ C/N cao
hơn 20 thì giai đoạn đầu của quá trình phân giải vi sinh vật phải lấy N từ môi trường
gây ra sự canh tranh N với cây trồng. Tỷ lệ C/N thấp hơn 20, kết hợp với điều kiện
môi trường thuận lợi, quá trình phân giải sẽ thuận lợi, môi trường đất sẽ có N tích
luỹ, vi sinh vật và cây trồng không xảy ra sự cạnh tranh N nhưng lại thúc đẩy quá

trình khoáng hóa làm mất chất hữu cơ. Tuy nhiên C/N quá thấp (<10) quá trình
phân hủy chất hữu cơ bị đình trệ.
Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất (vô cơ hoá):
Đây là quá trình biến đổi phức tạp và trải qua nhiều giai đoạn khác nhau.
Trước hết các chất hữu cơ phức tạp bị phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản hơn


11

gọi là các sản phẩm trung gian. Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường và hoạt động
của các vi sinh vật đất mà quá trình khoáng hoá chất hữu cơ có thể diễn ra theo hai
con đường khác nhau là thối mục và thối rữa.
- Thối mục là quá trình phân giải hiếu khí diễn ra trong điều kiện có đầy đủ
oxy. Sản phẩm cuối cùng của quá trình này chủ yếu là các chất ở dạng oxy hoá như
CO2, H2O, NO3-, PO43-, SO42-. Đây là quá trình toả nhiệt và kết quả làm tăng nhiệt
độ của đất.
- Thối rữa là quá trình kỵ khí diễn ra trong điều kiện thiếu oxy do ngập nước
hoặc do các vi sinh vật hiếu khí phát triển nhanh đã sử dụng hết oxy trong đất. Sản
phẩm cuối cùng của quá trình thối rữa bên cạnh các chất ở dạng oxy hoá như CO2,
H2O còn có một lượng lớn các chất ở dạng khử như CH4, H2S, PH3, NH3...
Tốc độ khoáng hoá các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc vào bản chất chất
hữu cơ, điều kiện môi trường và hoạt động của sinh vật đất. Nhìn chung các hợp
chất đường và tinh bột dễ bị khoáng hoá nhất; tiếp đó là các chất protein,
hemixenlulo, xenlulo; các hợp chất linhin, nhựa sáp khó bị phân huỷ hơn.
Các điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, chế độ không khí, thành phần
và tính chất dung dịch đất cũng có ảnh hưởng mạnh đến tốc độ của quá trình
khoáng hoá. Thông thường ở độ ẩm đất 70%, pH 6,5 – 7,5, nhiệt độ 25 – 300C và có
đủ không khí là thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật đất và do đó quá trình
khoáng hoá cũng xảy ra mạnh. Trong điều kiện như vậy chất hữu cơ bị phân giải
nhanh chóng và mùn ít được tích luỹ. Chính vì vậy mà quá trình phân huỷ chất hữu

cơ ở các đất có thành phần cơ giới nhẹ (như đất cát) cũng diễn ra nhanh hơn so với
các đất có thành phần cơ giới nặng (đất thịt nặng và đất sét).
Quá trình tổng hợp chất mùn trong đất
Theo Stevenson (1994), chất mùn có thể được hình thành theo một trong bốn
con đường khác nhau. Các axit amin được hình thành trong đất có thể phản ứng với
linhin đã biến đổi (con đường 4) hay ngưng tụ với quinon (con đường 2 và 3) và với
sản phẩm đường khử (con đường 1) để tạo thành chất mùn (hình 1.1).


12

Hình 1.1. Sơ đồ hình thành chất mùn (Stevenson F. J. 1994)
Thành phần và chất lượng của các tàn dư hữu cơ được coi là một trong những
yếu tố kiên quyết ảnh hưởng đến chất mùn của đất. Một số các hợp chất hữu cơ
đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và tích lũy mùn là hemixenlulo,
xenlulo và linhin.
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp
chất mùn trong đất
1.1.4.1. Các yếu tố môi trường đất
Các yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến quá trình phân giải và tổng hợp
chất mùn trong đất như cấu trúc đất, nhiệt độ, độ ẩm, phản ứng của đất, hàm lượng
dinh dưỡng khoáng; thành phần, số lượng và cường độ hoạt động của vi sinh vật
cũng như sự có mặt của các tác nhân bất lợi khác.
- Điều kiện nhiệt ẩm:
Trong điều kiện thoáng khí, độ ẩm vừa phải (60­80% độ trữ ẩm đồng ruộng),
nhiệt độ thích hợp (25-300C) sẽ giúp vi sinh vật phát triển mạnh dẫn đến quá trình
khoáng hóa chiếm ưu thế, chất hữu cơ bị phân giải và mùn ít được tích lũy. Thường
ở đất có sự luân phiên giữa thời gian khô và ẩm sẽ thuận lợi cho quá trình tích lũy
chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất.
- Thành phần cơ giới đất:

Đất có thành phần cơ giới nhẹ, có độ thoáng khí cao thì chất hữu cơ thường
bị phân hủy nhanh, ngược lại đất có thành phần cơ giới nặng lại chặt bí cản trở hoạt