Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa đến thay đổi sử dụng đất và sinh kế người dân trên địa bàn phường Bình Hưng Hòa B quận Bình Tân thành phố Hồ Chí Minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA SỬ
DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG ĐỒNG
BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG TRỊ ĐẾN
LƢỢNG CÁC BON TRONG ĐẤT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC ĐẤT

Hà Nội, 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA SỬ
DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG ĐỒNG
BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG TRỊ ĐẾN
LƢỢNG CÁC BON TRONG ĐẤT
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT
MÃ SỐ: 62620103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC ĐẤT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải
PGS.TS. Trần Văn Ý

Hà Nội, 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Luận án đã sử dụng một
số thông tin từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, các thơng tin đều được trích dẫn rõ
nguồn gốc.
Tơi xin cam đoan các nội dung nghiên cứu và kết quả, số liệu trong luận án này là
trung thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào hoặc chưa được ai cơng bố
trong bất kì một cơng trình nghiên cứu nào.

Tác giả luận án

Nguyễn Thanh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án, NCS đã nhận được sự quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ
của các Thầy, Cô trong khoa Môi trường, đặc biệt là các Thầy, Cô ở Bộ môn Thổ
nhưỡng và Môi trường đất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Thông qua các buổi
hội thảo, bảo vệ, báo cáo chuyên đề, tham gia các môn học NCS đã nhận được nhiều
ý kiến, nhận xét quý báu của các Thầy, Cô, cũng như học hỏi được thêm nhiều kiến
thức bổ ích. Qua đây, NCS xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cơ.
NCS xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải
và PGS.TS. Trần Văn Ý đã trực tiếp hướng dẫn, góp ý, quan tâm giúp đỡ tận tình và
tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong q trình thực hiện luận án và cơng tác.
NCS xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến GS. Li Changsheng, GS. Donan Giltrap,
TS. Jia Deng vì những giúp đỡ vơ cùng to lớn trong suốt quá trình thực hiện luận án
liên quan đến mơ hình DNDC.

NCS xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Ban lãnh đạo Bảo
tàng Thiên nhiên Việt Nam trước đây cũng như hiện nay, các đồng nghiệp trong
Phòng Địa lý, Thổ nhưỡng và Môi trường, KS. Nguyễn Hữu Tứ, Viện Địa lý trong
suốt thời gian thực hiện luận án.
NCS xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình nội ngoại hai bên, đặc biệt là
vợ và 2 con đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, ln động viên để có thể hồn thành tốt
mọi cơng việc trong q trình thực hiện luận án.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận án khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót. NCS mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng

năm 2016

Tác giả

Nguyễn Thanh Tuấn


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG.............................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH............................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 0
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 0
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 1
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ................................................................. 2
4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI ......................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................................... 3
1.1. CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT VÀ CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT ...... 3

1.1.1. Khái niệm ............................................................................................................... 3
1.1.2. Chu trình các bon .................................................................................................. 4
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến lượng các bon hữu cơ trong đất ......................... 6
1.1.4. Mối quan hệ giữa C hữu cơ và N trong đất ....................................................... 8
1.1.5. Các biện pháp nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ trong đất ...................... 9
1.2. ẢNH HƢỞNG CỦA THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP ĐẾN
CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT .............................................................................. 12
1.2.1. Các nghiên cứu ngoài nước ............................................................................... 12
1.2.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................................... 15
1.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG
NGHIỆP ĐẾN LƢỢNG CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT BẰNG PHƢƠNG
PHÁP MƠ HÌNH ............................................................................................................ 17
1.3.1. Các mơ hình tính tốn, mơ phỏng lượng các bon hữu cơ trong đất ............. 17
1.3.2. Các nghiên cứu ứng dụng mơ hình DNDC đánh giá ảnh hưởng của thay
đổi sử dụng đất nông nghiệp đến lượng các bon hữu cơ trong đất ......................... 20
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG và PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU23
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 23
2.2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................... 23
2.3. QUY TRÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 25
2.3.1. Quy trình nghiên cứu .......................................................................................... 25
2.3.2. Nhóm phương pháp liên quan đến mơ hình DNDC ........................................ 26
2.3.3. Nhóm phương pháp liên quan đến điều tra bổ sung dữ liệu ......................... 29
2.3.4. Nhóm các phương pháp khác ............................................................................ 31
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................33
3.1. ĐẶC TRƢNG KHÍ HẬU, THUỶ VĂN, THỔ NHƢỠNG, CHẾ ĐỘ CANH
TÁC VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................................................................. 33
1


3.1.1. Dữ liệu về khí hậu ............................................................................................... 33

3.1.2. Dữ liệu đất ........................................................................................................... 34
3.1.3. Dữ liệu hệ canh tác ............................................................................................. 38
3.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DNDC XÁC ĐỊNH LƢỢNG CÁC
BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT Ở CÁC HỆ CANH TÁC NÔNG NGHIỆP VÙNG
ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG TRỊ ......................................................... 46
3.2.1. Các thông số đầu vào sử dụng kiểm chứng mơ hình ...................................... 46
3.2.2. Kiểm chứng mơ hình DNDC .............................................................................. 48
3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA THAY ĐỔI PHƢƠNG THỨC CANH TÁC GIỮA
CÁC HUYỆN TRONG VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN ĐẾN LƢỢNG CÁC
BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT ........................................................................................ 51
3.3.1. Các phương thức canh tác hiện tại ................................................................... 51
3.3.2. Hàm lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp năm
2010 giữa các huyện vùng nghiên cứu ........................................................................ 55
3.4. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP ĐẾN
LƢỢNG CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT Ở CÁC HỆ CANH TÁC NÔNG
NGHIỆP VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG TRỊ ......................... 60
3.4.1. Ảnh hưởng của thay đổi cây trồng hàng năm theo không gian đến lượng
các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp năm 2000...................... 60
3.4.2. Ảnh hưởng của thay đổi cây trồng hàng năm theo không gian đến lượng
các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp năm 2010...................... 65
3.4.3. Ảnh hưởng của thay đổi cây trồng hàng năm trong giai đoạn 2000 - 2010
đến lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp vùng đồng
bằng ven biển tỉnh Quảng Trị ...................................................................................... 71
3.5. MÔ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI LƢỢNG CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT
THEO CÁC KỊCH BẢN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP .............................. 97
3.5.1. Các kịch bản áp dụng ......................................................................................... 97
3.5.2. Kết quả ước lượng các bon hữu cơ trong đất theo các kịch bản và đề xuất
một số giải pháp nâng cao lượng các bon hữu cơ trong đất .................................... 99
KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 114

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CĨ LIÊN
QUAN TỚI LUẬN ÁN .................................................................................................... 123
PHẦN PHỤ LỤC.............................................................................................................. 124

2


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CANDY: Carbon and Nitrogen Dynamics (Động học nitơ và các bon)
CENTURY: Mơ hình chu trình dinh dưỡng đất – thực vật
DAISY: Mơ hình mơ phỏng sản lượng cây trồng, động học nước và nitơ trong đất
DNDC: Denitrification - Decomposition (Khử nitrat - Phân huỷ)
DSSAT: Decision Support System for Agrotechnology Transfer (Hệ thống trợ giúp
ra quyết định cho chuyển đổi kỹ thuật nông nghiệp)
ĐBVB: Đồng bằng ven biển
FAO: Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương
thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)
GIS: Hệ thống thơng tin địa lý
HCT: Hệ canh tác
ITE: Mơ hình mơ phỏng dịng C và N trong các hệ sinh thái đồng cỏ và rừng
ISEOP: Institute for the Study of Earth (Viện nghiên cứu Trái đất)
MSF: Phương pháp nhân tố nhạy cảm nhất
NCSOIL: Nitrogen Carbon Transformation in Soil (Mơ hình thay đổi C và N trong
đất)
ROTHC: Rothamsted Các bon
SOC: Các bon hữu cơ trong đất
SOM: Chất hữu cơ trong đất
SOMM: Soil Organic Matter Model (Mơ hình chất hữu cơ trong đất)
SNNPTNTQT: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Trị
VQHTKNN: Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Một số phương thức canh tác duy trì và nâng cao hàm lượng các bon

hữu cơ trong đất ....................................................................................................................11
Bảng 3.1.

Phương thức canh tác lúa - lúa ở các huyện hiện tại ..............................41

Bảng 3.2.

Phương thức canh tác lạc hiện tại .............................................................42

Bảng 3.3.

Phương thức canh tác lạc - khoai lang hiện tại .......................................42

Bảng 3.4.

Phương thức canh tác sắn hiện tại ............................................................43

Bảng 3.5.

Các vị trí được lựa chọn khảo sát để kiểm chứng mơ hình ...................47

Bảng 3.6.

Kết quả ước lượng và đo đạc các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh

tác vùng nghiên cứu .............................................................................................................49
Bảng 3.7.

Năng suất theo mơ hình và năng suất cây trồng thực tế ở các hệ canh

tác vùng nghiên cứu .............................................................................................................50
Bảng 3.8.

Phương thức canh tác lạc ở vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị 52

Bảng 3.9.

Phương thức canh tác lạc - khoai lang ở vùng đồng bằng ven biển tỉnh

Quảng Trị

… ..................................................................................................................53

Bảng 3.10.

Phương thức canh tác lúa - lúa ở các huyện............................................54

Bảng 3.11.

Chênh lệch giữa lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 so với năm

2000 ở các hệ canh tác nông nghiệp không chuyển đổi ở các huyện ............................57
Bảng 3.12.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2000 ở các hệ canh tác trên đất

cát biển

.......................................................................................................................62

Bảng 3.13.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2000 ở các hệ canh tác trên đất

mặn

.......................................................................................................................63

Bảng 3.14.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2000 ở các hệ canh tác trên đất

phù sa được bồi.....................................................................................................................63
Bảng 3.15.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2000 ở các hệ canh tác trên đất

phù sa không được bồi, đất phù sa có tầng loang lổ, đất phù sa cổ ...............................64
Bảng 3.16.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2000 ở các hệ canh tác trên đất

phù sa glây, đất lầy, đất dốc tụ, đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa ................................65
Bảng 3.17.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 ở các hệ canh tác trên đất

cát biển

.......................................................................................................................68
4


Bảng 3.18.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 ở các hệ canh tác trên đất

mặn

.......................................................................................................................69

Bảng 3.19.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 ở các hệ canh tác trên phù

sa được bồi hàng năm ..........................................................................................................69
Bảng 3.20.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 ở các hệ canh tác trên đất

phù sa không được bồi hàng năm, đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng, đất phù sa cổ ..

Bảng 3.21.

Lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2010 ở các hệ canh tác trên đất

phù sa glây, đất dốc tụ, đất lầy và đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa ............................71
Bảng 3.22.

Sự biến động diện tích các hệ canh tác nơng nghiệp và tốc độ thay đổi

lượng các bon hữu cơ trong đất từ năm 2000 đến năm 2010 vùng đồng bằng ven biển
tỉnh Quảng Trị.......................................................................................................................73
Bảng 3.23.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển đổi trên đất cát biển ................................................................................................75
Bảng 3.24.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển đổi trên đất mặn ......................................................................................................77
Bảng 3.25.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển đổi trên đất phù sa được bồi hàng năm ................................................................79
Bảng 3.26.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển đổi trên đất phù sa không được bồi hàng năm, đất phù sa có tầng loang lổ đỏ
vàng, đất phù sa cổ ...............................................................................................................81
Bảng 3.27.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển đổi trên đất phù sa glây, đất dốc tụ, đất lầy và đất đỏ vàng biến đổi do trồng
lúa

.......................................................................................................................83

Bảng 3.28.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác chuyển

đổi trên đất cát biển ..............................................................................................................86
Bảng 3.29.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác chuyển

đổi trên đất phù sa được bồi hàng năm ..............................................................................88
Bảng 3.30.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác chuyển

đổi trên đất phù sa không được bồi hàng năm ..................................................................91

5

7

Bảng 3.31.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác chuyển

đổi trên đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng và đất phù sa cổ........................................92
Bảng 3.32.

Sự thay đổi lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác chuyển

đổi trên đất dốc tụ và đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa .................................................95
Bảng 3.33.

Chuỗi số liệu tổng lượng mưa năm tại trạm Đông Hà ...........................97

Bảng 3.34.

Lượng phân đạm và phân chuồng bón theo kịch bản 1 .........................98

Bảng 3.35.

Lượng phân đạm bón theo kịch bản 3 ......................................................99

Bảng 3.36.

Sự biến động diện tích các hệ canh tác và tốc độ thay đổi lượng các

bon hữu cơ trong đất từ năm 2010 đến năm 2020 vùng đồng bằng ven biển tỉnh
Quảng Trị

.................................................................................................................... 101

Bảng 3.37.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lạc theo

các kịch bản

.................................................................................................................... 102

Bảng 3.38.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lạc

không chuyển đổi theo các kịch bản ............................................................................... 103
Bảng 3.39.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lạc -

khoai lang theo các kịch bản ............................................................................................ 104
Bảng 3.40.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lạc -

khoai lang không chuyển đổi theo các kịch bản............................................................ 105
Bảng 3.41.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lúa - lúa

theo các kịch bản ............................................................................................................... 106
Bảng 3.42.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác lúa - lúa

không chuyển đổi theo các kịch bản ............................................................................... 106
Bảng 3.43.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác ngô -

đậu theo các kịch bản ........................................................................................................ 107
Bảng 3.44.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác ngô -

đậu không chuyển đổi theo các kịch bản........................................................................ 107
Bảng 3.45.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác sắn theo

các kịch bản

.................................................................................................................... 108

Bảng 3.46.

Khối lượng các bon hữu cơ trong đất năm 2020 ở hệ canh tác sắn

không chuyển đổi theo các kịch bản ............................................................................... 109
6

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1.

Tỷ lệ giữa các hợp phần của chất hữu cơ trong đất (nguồn: [43]) ......... 4

Hình 2.1.

Quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của sử dụng đất nơng nghiệp đến các

bon hữu cơ trong đất ............................................................................................................25
Hình 3. 1.

Các nhóm đất chính vùng đồng bằng tỉnh Quảng Trị (Nguồn [23]) ....38

Hình 3. 2.

Bản đồ các hệ canh tác chính vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

2000

.......................................................................................................................44

Hình 3. 3.

Bản đồ các hệ canh tác chính vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

2010

.......................................................................................................................45

Hình 3. 4.

Bản đồ các hệ canh tác chính vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị

2020

.......................................................................................................................46

Hình 3. 5.

Tương quan giữa giá trị các bon hữu cơ trong đất ước lượng và đo đạc

tại các điểm nghiên cứu .......................................................................................................49
Hình 3. 6.

Tương quan giữa năng suất cây trồng trung bình theo mơ hình và thực

tế tại khu vực nghiên cứu ....................................................................................................51
Hình 3. 7.

Lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp vùng

đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2000 .................................................................61
Hình 3. 8.

Lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác nông nghiệp vùng

đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2010 .................................................................66

Hình 3. 9.

Cân bằng giữa tổng khối lượng các bon hữu cơ bổ sung vào đất và

mất từ đất ở các hệ canh tác nông nghiệp vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị
trong giai đoạn 2000 - 2010 ................................................................................................67
Hình 3. 10.

Biểu đồ so sánh lượng các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác

nông nghiệp vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị năm 2000 và 2010 ..................73
Hình 3. 11.

Mối quan hệ giữa biến động diện tích hệ canh tác nơng nghiệp và biến

động khối lượng các bon hữu cơ trong đất vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị
giai đoạn 2000 - 2010 ..........................................................................................................74
Hình 3. 12.

Mức độ suy giảm các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác không

chuyển vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2000 - 2010 .....................74

7


Hình 3. 13.

Tốc độ thay đổi các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác trên đất cát

ven biển vùng ven biển tỉnh Quảng Trị .............................................................................77
Hình 3. 14.

Tốc độ suy giảm các bon hữu cơ trong đất hàng năm ở các hệ canh tác

trên đất phù sa được bồi hàng năm vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị .............79
Hình 3. 15.

Tốc độ suy giảm các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác trên đất

phù sa khơng được bồi hàng năm, đất phù sa có tầng loang lổ đỏ vàng, đất phù sa cổ ..
Hình 3. 16.

Mối quan hệ giữa biến động diện tích sử dụng đất nông nghiệp và

biến động khối lượng cacbon hữu cơ trong đất giai đoạn 2010-2020 ........................ 101

8

8


MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nông nghiệp hiện vẫn đóng vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế của nước ta,
không chỉ là nền tảng cho phát triển kinh tế mà còn đảm bảo ổn định xã hội và bảo vệ
môi trường. Hoạt động canh tác nông nghiệp ở nước ta đã có nhiều thay đổi cùng với
sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt ở các vùng chuyên canh. Phương thức canh
tác giữa các vùng, miền có sự khác nhau đáng kể về bón phân, lượng phụ phẩm nông
nghiệp để lại đồng ruộng. Lượng phân chuồng bón cho đồng ruộng đang có xu hướng

ít đi, thay vào đó là các loại phân bón vơ cơ nhằm tăng năng suất cây trồng, đặc biệt
sau năm 2000 (theo điều tra khảo sát tại địa bàn nghiên cứu). Những thay đổi này đã
và đang gây ra sự suy giảm lượng các bon hữu cơ trong đất (SOC) ở các hệ canh tác
nơng nghiệp, giảm độ phì của đất, tăng lượng khí nhà kính trong khí quyển.
Chất hữu cơ nói chung, các bon hữu cơ trong đất nói riêng có vai trị rất quan
trọng đối với độ phì, mức độ ổn định của đất và sản xuất nông nghiệp. Hơn thế nữa,
SOC đóng một vai trị quan trọng đối với quá trình cân bằng các bon trong chu trình
các bon tồn cầu. Các hoạt động canh tác nơng nghiệp giúp hấp thụ và thu giữ các
bon trong đất được xem là một giải pháp nhằm giảm lượng các bon trong khơng khí,
là một biên pháp ứng phó với biến đổi khí hậu hiệu quả ở các nước đang phát triển
[11].
Biến động sử dụng đất có ảnh hưởng quan trọng đối với sự phát thải khí nhà kính
vào khí quyển và lượng SOC. Theo Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu, từ
năm 1850 đến 1998, khoảng (136 ± 55) x 10 9 tấn CO2 đã phát thải vào trong khí
quyển do thay đổi sử dụng đất và hoạt động canh tác, trong đó (78 ± 12) x 10 9 tấn
CO2 phát thải trên do sự suy giảm SOC [44].
Những ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất nơng nghiệp như sự thay đổi diện tích
đất nơng nghiệp trong không gian, theo thời gian và phương thức canh tác đều tác
động đến lượng các bon trong đất. Để đảm bảo được nền nông nghiệp bền vững cần
thiết phải có các biện pháp quản lý hợp lý khơng những duy trì và nâng cao năng suất
cây trồng mà cịn phải duy trì và nâng cao lượng các bon trong đất. Nghiên cứu ảnh
hưởng của sử dụng đất trong nông nghiệp đến lượng các bon trong đất là một trong
0


các hướng được nhiều nước quan tâm. Tuy nhiên, vấn đề trên ở nước ta vẫn còn bỏ
ngỏ.
Quảng Trị cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước đã có nhiều thay đổi về kinh
tế, xã hội và mơi trường. Những tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã và đang được áp
dụng rộng rãi trên địa bàn tỉnh nhằm tăng năng suất cây trồng. Đất nông nghiệp của

tỉnh tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng ven biển (ĐBVB). Diện tích đất vùng
ĐBVB chiếm 9,53% diện tích đất tự nhiên của tỉnh. Vùng ĐBVB gồm 5 hệ canh tác
chính: (1) lúa - lúa - để trống (lúa - lúa); ngô - đậu - để trống (ngô - đậu); lạc - để
trống (lạc); lạc - khoai lang - để trống (lạc - khoai lang); sắn - để trống (sắn). Cùng
với xu thế chung của cả nước, diện tích đất nơng nghiệp vùng ĐBVB có xu hướng
giảm trong những năm gần đây do q trình đơ thị hố, áp lực gia tăng dân số. Bên
cạnh đó, điều kiện nhiệt ẩm và thổ nhưỡng ở khu vực này rất thuận lợi cho quá trình
phân huỷ chất hữu cơ trong đất.
Hiện nay ở nước ta việc xác định lượng SOC theo các hệ sinh thái nông nghiệp ở
quy mô vùng vẫn chưa được nghiên cứu. Nói cách khác sự thay đổi lượng SOC theo
không gian trong các hệ sinh thái nông nghiệp của Việt Nam vẫn chưa được nghiên
cứu chi tiết và tính tốn một cách định lượng. Thêm vào đó sự thay đổi lượng SOC ở
các hệ sinh thái nông nghiệp theo thời gian cũng cần phải được dự báo. Đây là cơ sở
xem xét khả năng sản xuất của đất trong tương lai cũng như mức độ bền vững của hệ
sinh thái nơng nghiệp đó. Xuất phát từ những lý do trên đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH
HƯỞNG CỦA SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN
TỈNH QUẢNG TRỊ ĐẾN LƯỢNG CÁC BON TRONG ĐẤT” đã được thực hiện.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Định lượng hóa lượng SOC ở các HCT nông nghiệp (HCT cây trồng hàng năm) ở
ĐBVB tỉnh Quảng Trị và những ảnh hưởng của sử dụng đất nông nghiệp đến lượng
các bon trong đất.
Các mục tiêu cụ thể:
- Mơ phỏng và tính tốn được lượng các bon trong đất cho các hệ canh tác cây
trồng hàng năm năm 2010 nhằm xác định những thay đổi theo không gian lượng các
bon trong đất nông nghiệp ở ĐBVB tỉnh Quảng Trị.
1


- Mơ phỏng và tính tốn được lượng các bon trong đất cho các hệ canh tác cây
trồng hàng năm trong quá khứ (năm 2000) nhằm xác định những thay đổi theo thời

gian lượng các bon trong đất nông nghiệp ở ĐBVB tỉnh Quảng Trị.
- Mơ phỏng và tính tốn được lượng các bon trong đất cho các hệ canh tác cây
trồng hàng năm theo một số kịch bản canh tác trong tương lai, trên cơ sở đó đưa ra
một số khuyến nghị nhằm phát triển bền vững các hệ sinh thái nông nghiệp trong địa
bàn nghiên cứu.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Về mặt khoa học
Đây là nghiên cứu định lượng và tính tốn lượng SOC trong các HCT nông
nghiệp đầu tiên ở Việt Nam, ở quy mơ vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị. Nghiên cứu này
có thể nhân rộng cho các vùng canh tác nông nghiệp khác trên cả nước.
- Về mặt thực tiễn
Các kết quả định lượng của đề tài là cơ sở quan trọng để các nhà quản lý và
hoạch định chính sách có thể đưa ra những quyết định hợp lý để vừa đảm bảo năng
suất cây trồng, vừa nâng cao hàm lượng các bon trong đất và khả năng sản xuất của
đất.
Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xác định các giải pháp của ngành sản xuất
nông nghiệp trong xu thế biến đổi khí hậu tồn cầu.
4. NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI
- Đã định lượng lượng SOC ở các HCT nông nghiệp ở quy mơ vùng và đã tính
tốn cho từng HCT nơng nghiệp vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị. Hướng nghiên cứu này
có thể được nhân rộng và áp dụng cho các HCT nông nghiệp ở các địa bàn khác trên
cả nước.
- Đã xác định được ảnh hưởng của thay đổi diện tích và chuyển đổi HCT (sử
dụng đất nông nghiệp) đến lượng SOC ở quy mô vùng ĐBVB tỉnh Quảng Trị.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT VÀ CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT

1.1.1. Khái niệm
Chất hữu cơ trong đất (SOM) nói chung, các bon hữu cơ trong đất (SOC) nói
riêng đóng vai trị rất quan trọng trong các hệ sinh thái cạn. SOC 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. Hiện nay, thuật ngữ SOC
và SOM thường được sử dụng thay đổi nhau trong một số nghiên cứu. Tuy nhiên,
trong những năm gần đây thuật ngữ SOC được sử dụng nhiều hơn khi nghiên cứu
vịng tuần hồn các bon tồn cầu. Vịng tuần hồn này có ảnh hưởng lớn đến giới sinh
vật nói chung, lồi người nói riêng.
Thuật ngữ SOM được sử dụng để mô tả thành phần hữu cơ của đất. SOM gồm
các nguyên tố C, H, O, N, P và S. Do vậy khó có thể đo đạc chính xác hàm lượng
SOM, nên SOC được xác định, từ đó ước lượng hàm lượng SOM thơng qua hệ số
chuyển đổi.
Theo Stevenson, chất hữu cơ trong đất là toàn bộ vật liệu hữu cơ trong đất gồm
các tàn tích sinh vật ở giai đoạn phân huỷ khác nhau, sinh khối vi sinh vật, chất hữu
cơ hoà tan, và chất mùn [77]. Trong khi đó, Baldock và Skjemstad cho rằng SOM là
thành phân hữu cơ ở trong đất gồm các tàn tích thực vật và động vật ở các giai đoạn
phân huỷ khác nhau, các sản phẩm phân huỷ từ các mô động vật và thực vật chết,
sinh khối của vi sinh vật đất [28], [81]. Ingham cho rằng SOM bao gồm tất cả các
chất hữu cơ trong hoặc trên đất và tỷ lệ giữa các hợp phần SOM được thể hiện trong
Hình 1. 1 [43].
Trần Văn Chính cũng có cùng quan điểm với Ingham, ông cho rằng hất hữu cơ
trong đất cũng được hiểu là toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất [9]. Trần Văn
Chính đã chia SOM thành 2 phần gồm: (1) tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải (rễ, thân,
lá cây, xác động vật) và những chất hữu cơ đã được phân giải (các chất hữu cơ ngồi
mùn có cấu tạo đơn giản: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, sáp, nhựa, este, rượu, axit
hữu cơ, anđehit… và (2) các chất hữu cơ mùn có cấu tạo phức tạp.

3

Vi sinh
vật sống:
< 5%

Chất hữu
cơ dễ
phân
huỷ: 33
- 50%

Tàn tích
thực vật:
< 10%

Mùn
(chất
hữu cơ
ổn đinh):
33 - 50%

Hình 1. 1. Tỷ lệ giữa các hợp phần của chất hữu cơ trong đất (nguồn: [43])

Như vậy, SOM có thể chia thành sinh khối của vi sinh vật đất, tàn tích thực động
vật ở giai đoạn phân huỷ khác nhau, chất hữu cơ hoà tan và mùn (chất hữu cơ phân
huỷ triệt để và có tính ổn định cao). Chú ý, thân và lá rụng trên mặt đất không phải là
một phần của SOM.
Các bon trong đất tồn tại ở 2 dạng: vô cơ và hữu cơ. Ngồi đất tích vơi, các bon
trong đất tồn tại chủ yếu ở dạng hữu cơ, hay còn gọi là SOC [64]. Các bon là một hợp
phần của SOM. Thông thường chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 58% lượng các bon

hữu cơ. Hệ số Van Bemmelen (1,724) đã được sử dụng nhiều để thể hiện mối quan hệ
giữa SOC va SOM, mặc dù Jain và nnk [47] và Westman và nnk [82] đã khẳng định
hệ số này không phù hợp cho tất cả các loại đất và theo độ sâu tầng đất. Như vậy có
thể hiểu SOC là lượng các bon tồn tại trong chất hữu cơ ở trong đất.
Hàm lượng SOC được quyết định bởi tỷ lệ giữa lượng các bon hữu cơ đầu vào và
đầu ra. Lượng các bon hữu cơ đầu vào gồm phân bón hữu cơ và/hoặc tàn tích sinh
vật. Lượng các bon đầu ra là do hoạt động phân huỷ của vi sinh vật và q trình rửa
trơi (theo chiều ngang và chiều thẳng đứng của phẫu diện đất) [28].
1.1.2. Chu trình các bon
Chu trình các bon là quá trình chuyển đổi liên tục các hợp chất hữu cơ và vô cơ
bởi thực vật, sinh vật giữa đất, thực vật và khí quyển [35]. Thực vật, nấm, rêu, vi
khuẩn tự quang hợp, tảo sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi CO 2 từ khí quyển
4


thành hydratcacbon. Sau đó, các tàn tích sinh vật trên và trong đất, các chất hữu cơ
được giải phóng vào đất khác trong quá trình phát triển của sinh vật sẽ trải qua quá
trình phân huỷ chất hữu cơ.Theo Brussaard, quá trình phân huỷ chất hữu cơ là quá
trình sinh học phụ thuộc vào yếu tố sinh vật đất, môi trường tự nhiên, và chất lượng
chất hữu cơ [29]. Trong quá trình phân huỷ, CO2, năng lượng, nước, các chất dinh
dưỡng và các hợp chất các bon hữu cơ được giải phóng. Q trình phân huỷ các chất
hữu cơ ở giai đoạn tiếp theo hình thành chất mùn (quá trình mùn hoá). Vi sinh vật đất
sử dụng SOM làm thức ăn và phá vỡ các chất hữu cơ này, từ đó các chất dinh dưỡng
như N, P, S được giải phóng vào trong đất ở dạng thực vật có thể hấp thu được (q
trình khống hố). Các chất thải được tạo ra bởi các vi sinh vật cũng là SOM nhưng
khả năng phân huỷ kém hơn, và chúng có thể được sử dụng bởi các sinh vật khác
trong đất.
Theo Phan Tuấn Triều, các bon hữu cơ trong đất biến đổi theo chu trình sinh địa
hố gồm nhiều q trình khác nhau [19]. Các bon hữu cơ trong các tàn tích sinh vật bị
chuyển hoá dưới tác động trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy khơng khí và nước

trong đất thành các hợp chất hoạt tính hơn và dễ hồ tan hơn. Sau q trình chuyển
hố xảy ra 3 q trình tiếp theo gồm: (1) q trình khống hố hoàn toàn một số hợp
chất thành một số hợp chất khống đơn giản, nước và một số khí, cung cấp dinh
dưỡng cho sinh vật; (2) quá trình tổng hợp protit, lipit, gluxit và một số hợp chất mới
của các vi sinh vật đất, khi chết xác vi sinh vật tiếp tục quay trở lại tàn tích sinh vật;
(3) q trình mùn hoá tạo thành các hợp chất cao phân tử có cấu tạo phức tạp (mùn).
Hợp chất mùn trong đất gồm 3 thành phần chính là axit humic, axit fulvic và hợp chất
humin (có khả năng phản ứng với ion kim loại, các oxit, hydroxit, các hợp chất hữu
cơ, khoáng, cả chất ơ nhiễm để hình hành các phức chất tan và khơng tan).
Q trình khống hố tàn tích sinh vật là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ
thành các hợp chất khoáng đơn giản, nước và một số chất khí. Q trình khống hố
này gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Các tàn tích sinh vật (protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, nhựa) dưới
tác động của các men do vi sinh vật tiết ra bị thuỷ phân tạo ra sản phẩm có cấu tạo
đơn giản hơn gồm đường hexoza, pentoza, sacaroza, xenluloza, axit amin mạch vòng
5


và mạch thẳng, amin, các gốc purin và pirimidin, axit uronic, axit béo, glixerin,
polyphenol...
- Giai đoạn 2: Dưới tác động của phản ứng oxy hoá khử, các sản phẩm của giai
đoạn 1 tiếp tục biến đổi thành các axit hữu cơ mạch vịng và mạch thẳng, axit vơ cơ,
axit béo, axit hữu cơ dạng bay hơi, axit không no, andehit, rượu, các sản phẩm oxy
hoá khử dạng phenol, quinol.
- Giai đoạn 3:
(1) Trong điệu kiện háo khí: các sản phẩm ở giai đoạn 2 bị biến đổi hoàn toàn
thành các sản phẩm: R3PO4, R2SO4, RNO2, RNO3, NH3 , H2 O, CO2 (R là Ca2+, Mg2+,
K+, Na+, NH4+).
(2) Trong điều kiện yếm khí: các sản phẩm ở giai đoạn 2 bị biến đổi thành các
sản phẩm NH3, H2 O, CH4, H2 , N2 , H2 S…

1.1.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến lƣợng các bon hữu cơ trong đất
Li và nnk đã kết luận động học các bon hữu cơ trong đất ở các hệ canh tác được
điều chỉnh bởi 2 q trình: (1) nhận các bon thơng qua lượng tàn tích cây trồng, phân
bón hữu cơ được sử dụng và (2) mất các bon do phân huỷ SOC và xói mòn đất [54].
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ được xem như là nhân tố điều chỉnh tốc độ phân huỷ các tàn dư thực
vật. Tốc độ phân huỷ ở vùng nhiệt đới nhanh hơn vùng ơn đới [35]. Nhiệt độ thích
hợp cho hoạt động của vi sinh vật 25° - 30°C, do đó khống hố xảy ra mạnh mẽ.
Đây cũng là nhiệt độ thích hợp cho q trình mùn hố [19]. Như vậy điều kiện nhiệt
độ của nước ta rất thích hợp để q trình khống hố diễn ra mạnh làm cho chất hữu
cơ và mùn trong đất bị phân giải nhanh chóng.
b. Độ ẩm và mức độ bão hồ nước trong đất
SOM có xu hướng tăng khi lượng mưa trung bình năm tăng [35]. Khơng khí
trong đất và độ ẩm đất quyết định hoạt động sinh học trong đất. Điều kiện ẩm tối ưu
cho hoạt động của vi khuẩn trong đất là gần với độ ẩm đồng ruộng, tương đương
khoảng 60% không gian lỗ hổng trong đất chứa nước [60]. Đất bão hồ nước làm
giảm khơng khí trong đất, ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật, đặc biệt là các vi
sinh vật hiếu khí.
6


Điều kiện thống khí, độ ẩm đất thích hợp có ảnh hưởng tích cực đến q trình
khống hố. Độ ẩm q cao gây ra yếm khí, vi sinh vật khó hoạt động. Theo Phan
Tuấn Triều, độ ẩm khơng khí khoảng 70% là thích hợp cho q trình khống hố
[19].
Trong điều kiện thường xun ngập nước, q trình mùn hố được thực hiện dưới
tác động của vi sinh vật yếm khí. Kết quả là các axit hữu cơ và các chất khử như CH4,
H2S được hình thành. Các chất này kìm hãm sự hoạt động của vi sinh vật làm cho tốc
độ mùn hoá chậm hẳn và than bùn dần được hình thành.
c. Thành phần cơ giới đất

SOM có xu hướng tăng khi hàm lượng sét trong đất tăng [35]. Liên kết giữa bề
mặt hạt sét và chất hữu cơ làm giảm quá trình phân huỷ chất hữu cơ. Thêm vào đó,
đất có hàm lượng sét cao làm tăng khả năng hình thành đồn lạp đất. Theo Rice, các
đại đồn lạp có tác dụng bảo vệ các phân tử chất hữu cơ trong q trình khống hố
chất hữu cơ bởi các vi khuẩn [74]. Prasad và Power đã kết luận, trong cùng điều kiện
khí hậu, hàm lượng chất hữu cơ trong đất có thành phần có giới mịn (hàm lượng sét
cao) sẽ cao hơn 2 đến 4 lần hàm lượng chất hữu cơ trong đất có thành phần cơ giới
thơ (đất cát - hàm lượng sét thấp) [70].
Khống sét kaolinit có diện tích bề mặt, khả năng trao đổi dinh dưỡng thấp hơn
nhiều so với hầu hết các khoáng sét khác. Do vậy đất kaolinit chứa ít phức sét mùn
hơn. Khống sét kaolinit rất phổ biến ở khu vực đất đồi núi vùng nhiệt đới.
Theo Phan Tuấn Triều, quá trình phân giải xác hữu cơ trong đất sét và sét pha
chậm hơn ở đất cát và cát pha. Nghĩa là các chất hữu cơ từ tàn dư sinh vật trong đất
cát và cát pha sẽ bị phân giải nhanh hơn trong đất sét và sét pha. Nhưng hàm lượng
mùn lại được tích luỹ nhiều hơn trong đất sét và sét pha vì q trình khống hố trong
đất sét, sét pha yếu hơn nhiều, giữ mùn tốt hơn trong phức mùn sét [19].
d. Địa hình
Sự tích luỹ chất hữu cơ thường xảy ra ở chân đồi, hay ở nơi thấp trong một cảnh
quan nào đó. Ở vị trí thấp, độ ẩm đất cao hơn vị trí cao và chất hữu cơ được vận
chuyển đến các điểm thấp trong một khu vực bởi dịng chảy và xói mịn. Theo
Quideau, hàm lượng SOM ở sườn bắc (ở Bắc bán cầu) thường cao hơn ở sườn nam
7


do nhiệt độ ở sườn bắc thấp hơn và ở Nam bán cầu thì ngược lại [73].
e. Độ mặn và độ chua của đất
Độ mặn và độ chua của đất liên quan đến pH đất, ảnh hưởng đến năng suất sinh
khối và lượng chất hữu cơ bổ sung vào đất. pH cũng ảnh hưởng đến quá trình hình
thành mùn trong đất. Trong đất có tính axit hoặc bazơ cao khơng thuận lợi cho vi sinh
vật đất phát triển. Theo Phan Tuấn Triều, pH 6,5 - 7,5 thích hợp cho sự hoạt động của

vi sinh vật và q trình khống hố [19].
f. Thực vật và năng suất sinh khối
Mức độ tích luỹ chất hữu cơ trong đất phụ thuộc nhiều vào số lượng và chất
lượng chất hữu cơ bổ sung vào đất. Tốc độ phân huỷ chất hữu cơ trong đất tuỳ thuộc
vào cấu trúc, thành phần hoá học của chất hữu cơ. Các chất hữu cơ phân huỷ nhanh
gồm đường, tinh bột, protein (cấu trúc đơn giản, sinh vật có thể tiêu thụ trực tiếp); các
chất hữu cơ phân huỷ chậm gồm xenlulo, chất béo, sáp, nhựa; các chất hữu cơ phân
huỷ rất chậm là linhin.
Trong vùng nhiệt đới, các chất hữu cơ có tỷ lệ C:N thấp thuận lợi cho phân huỷ
và làm tăng hàm lượng nitơ trong đất trong thời gian ngắn. Các chất hữu cơ có tỷ lệ
C:N cao (thân cây ngũ cốc, cỏ) thuận lợi cho q trình cố định chất dinh dưỡng, tích
luỹ chất hữu cơ và hình thành mùn.
1.1.4. Mối quan hệ giữa C hữu cơ và N trong đất
C hữu cơ và N trong đất có quan hệ mật thiết với nhau. C và N là vật liệu cơ sở
cho xây dựng cấu trúc và sự chuyển hoá của các dạng sống trên trái đất. Khi thực vật
phát triển thơng qua đồng hố CO2, chúng cần có N để hình thành các axit amin và
các hợp chất quan trọng khác. Khi các mô thực vật chết được kết hợp với đất, các
sinh vật phân huỷ tách C và N thành CO2 và N vô cơ.
Nitơ trong đất tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, ở dạng ion (NH 4+, NO3 -…) và
trong SOM (dạng protein, axit amin). Các axit amin trong đất được phân giải thành
NH3 hoặc NH4+ nhờ vi khuẩn amon hoá axit amin. Các protein được phân giải nhờ
quá trình amon hoá protein thành axit amin, một phần axit amin được các vi sinh vật
sử dụng để tổng hợp protein của chúng, một phần được phân giải thành NH 3, CO2 và
nhiều sản phẩm trung gian khác. NO3- có thể bị khử thành N phân tử thông qua quá
8


trình khử nitrat. Ngồi ra, hàm lượng N trong đất còn ảnh hưởng đến năng suất cây
trồng và điều này ảnh hưởng đến lượng chất hữu cơ bổ sung vào trong đất.
Trong đất, tỷ lệ C:N có ảnh hưởng quan trọng đối với nhóm vi sinh vật phân huỷ

protein. Nếu như tỷ lệ C:N quá cao, trong khi đó trong đất q ít đạm thì vi sinh vật
sẽ tranh chấp thức ăn đạm với cây trồng, chúng phân huỷ được bao nhiêu là hấp thụ
hết vào tế bào. Khi tỷ lệ C:N quá thấp, lượng đạm dư thừa thì quá trình phân huỷ chất
hữu cơ sẽ chậm lại, dẫn đến cây trồng khơng có đạm khống để hấp thụ.
Li và nnk đã kết luận sự suy giảm SOC ở các hệ canh tác ảnh hưởng đến chu
trình nitơ trong đất, lượng SOC và lượng phụ phẩm nông nghiệp để lại đồng ruộng
thấp làm giảm q trình khống hố nitơ [55]. Nếu tăng lượng phụ phẩm nông nghiệp
để lại đồng ruộng (được đưa vào trong đất) từ 15% lên 90% thì tỷ lệ khoáng hoá nitơ
tăng khoảng 10 - 25% (phụ thuộc vào khí hậu, đất, cây trồng) trong năm tiếp theo
[54].
1.1.5. Các biện pháp nâng cao hàm lƣợng các bon hữu cơ trong đất
Để chỉ ra các biện pháp nâng cao hàm lượng SOC trước tiên cần tìm hiểu các
hoạt động và các biện pháp sử dụng đất làm giảm hàm lượng SOC. FAO đã chỉ ra 3
nhóm yếu tố làm giảm SOC: (1) giảm năng suất sinh khối, (2) giảm nguồn cung cấp
các bon hữu cơ, (3) làm tăng tốc dộ phân huỷ SOC [35].
(1) Giảm năng suất sinh khối biểu hiện rất rõ khi chuyển đổi, thay thế thảm thực
vật tự nhiên (hỗn hợp gồm nhiều tầng tán) bằng HCT đơn canh hoặc đồng cỏ. Quá
trình chuyển đổi làm mất lớp vật liệu rơi rụng ở thảm thực vật tự nhiên, làm giảm sự
đa dạng khu hệ động vật đất. Dịch rễ tiết ra ở HCT đơn canh chỉ hấp dẫn được ít lồi
vi khuẩn, nhiều loại bệnh ở rễ cây có nhiều cơ hội để phát triển.
(2) Giảm nguồn cung cấp các bon hữu cơ
Giảm nguồn cung cấp các bon hữu cơ cho đất có thể do đốt thảm thực vật tự
nhiên hoặc phụ phẩm cây trồng. Hoạt động đốt phụ phẩm cây trồng có thể làm giảm
nguy cơ dịch bệnh và thuận lợi cho hoạt động làm đất, trồng trọt ở vụ tiếp sau. Tuy
nhiên hoạt động này cũng làm mất lớp vật liệu rơi rụng bề mặt đất và loại bỏ một
lượng đáng kể chất hữu cơ bổ sung vào đất. Các sinh vật sinh sống ở lớp vật liệu rơi
rụng bề mặt và ở mặt đất cũng bị loại bỏ.
9

Hoạt động chăn thả quá mức và đưa các phụ phẩm nông nghiệp ra khỏi đồng
ruộng sau thu hoạch cũng làm giảm nguồn cung cấp chất hữu cơ cho đất. Do tập quán
canh tác nên người nông dân, đặc biệt ở các nước đang phát triển thường tận thu các
phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch phục vụ nhu cầu năng lượng hoặc chăn nuôi.
(3) Các hoạt động làm gia tăng mức độ phân huỷ SOC
- Cày bừa là một trong hoạt động chính làm giảm lượng SOC. Khi đất được cày
bừa, các phụ phẩm cây trồng được vùi kết hợp trong đất, cùng với khơng khí và nhiều
vi sinh vật tiếp xúc với các phụ phẩm này. Hệ quả là quá trình phân huỷ các bon hữu
cơ nhanh hơn, hình thành các chất mùn kém ổn định và quá trình giải phóng CO2 vào
khí quyển cũng tăng lên. Kết quả là lượng SOC giảm. Ngược lại, các phụ phẩm cây
trồng trên mặt đất (trường hợp không cày bừa) hạn chế tiếp xúc với vi sinh vật đất,
quá trình phân huỷ sẽ chậm hơn, hình thành các chất mùn ổn định hơn, lượng CO 2
giải phóng vào khí quyển cũng giảm.
- Mức độ thốt nước, q trình phân huỷ các bon hữu cơ sẽ chậm hơn ở đất
thống khí và ngược lại. Do đó, chất hữu cơ tính luỹ nhiều trong mơi trường ẩm ướt.
Khả năng thốt nước của đất bị ảnh hưởng mạnh do địa hình. Vùng đất thấp thường
ẩm hơn vùng đất cao.
- Bón phân và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật: sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ
thực vật giúp nâng cao năng suất cây trồng. Mặc dù vậy, việc sử dụng phân bón, đặc
biệt phân đạm và thuốc trừ sâu có thể làm tăng hoạt động của vi sinh vật đất, làm quá
trình phân huỷ SOC tăng. Phân đạm bón cho cây trồng có thể được vi sinh vật đất sử
dụng dễ dàng, đặc biệt trong đất có tỷ lệ C:N cao. Nhóm vi sinh vật phân huỷ protein
sẽ tranh chấp thức ăn đạm đối với cây trồng trong đất có tỷ lệ C:N cao vì chúng phân
huỷ được bao nhiêu là hấp thụ hết vào tế bào.
Milne đã đưa ra một số phương thức canh tác duy trì và nâng cao hàm lượng
SOC như trong Bảng 1.1 [64].
Nâng cao năng suất cây trồng: để nâng cao năng suất cây trồng, trước tiên cần
phải cải thiện hệ thống thuỷ lợi, đảm bảo nguồn nước cho canh tác. Từ đó năng suất
cây trồng được cải thiện, phụ phẩm nông nghiệp, rễ cây trồng, môi trường hoạt động
của sinh vật đất được cải thiện. Sử dụng phân bón hợp lý để tăng năng suất cây trồng,

10


đặc biệt ở các HCT trên các loại đất bạc màu, hàm lượng dinh dưỡng thấp [17].
Bảng 1.1. Một số phương thức canh tác duy trì và nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ
trong đất

Giảm lƣợng SOC bị mất
Giảm cày bừa hoặc không cày bừa
Sử dụng cây trồng tạo bóng
Phương pháp giảm xói mịn (sử dụng lớp
phủ bề mặt, canh tác theo đường bình độ)
Giảm thời gian để đất trống
Giảm đốt các phụ phẩm nông nghiệp

Nâng cao đầu vào SOC
Sử dụng phân bón hữu cơ, phân ủ (compost)
Sử dụng cây trồng tạo bóng
Để lại nhiểu phụ phẩm nơng nghiệp tại đồng
ruộng
Nâng cao năng suất cây trồng
Nguồn [64]

Cây trồng tạo bóng, giúp ngăn chặn xói mịn, rửa trơi, làm giảm tác động trực
tiếp của hạt mưa vào đất. Cây trồng tạo bóng bổ sung chất hữu cơ vào đất, cung cấp
nơi ở cho các loài cồn trùng và sinh vật có ích. Một số cây trồng tạo bóng họ đ ậu cịn
bổ sung lượng đạm cho đất thơng qua các vi khuẩn cố định đạm.
Giảm thời gian để đất trống, thực hiện luân canh hợp lý, đặc biệt kết hợp luân
chuyển cây trồng với cây trồng họ Đậu để tận dụng nguồn đạm mà cây trồng họ Đậu
mang lại, giảm sử dụng phân đạm vô cơ. Hoạt động luân canh làm giảm thời gian để

đất trống, làm giảm tốc độ phân huỷ SOM, q trình khống hố SOC [34].
Giảm cày bừa hoặc khơng cày bừa, nhằm mục đích giảm sự xáo trộn sinh vật
đất, nơi sinh sống và cung cấp thức ăn cho sinh vật đất để tăng số lượng và khả năng
hoạt động của sinh vật đất.
Để lại nhiều phụ phẩm nông nghiệp tại đồng ruộng và sử dụng phân bón
hữu cơ: sử dụng phân ủ để nâng cao lượng các bon hữu cơ trong đất, cung cấp nguồn
thức ăn cho sinh vật đất đã được nhiều nghiên cứu khuyến cáo. Li và nnk đã khẳng
định việc quản lý phụ phẩm cây trồng là yếu tố quyết định đến trữ lượng các bon và
nitơ của hệ sinh thái nông nghiệp [55]. Phụ phẩm cây trồng để lại đồng ruộng vừa là
nguồn bổ sung trực tiếp các bon và nitơ cho đất, vừa là nguồn nitơ vô cơ gián tiếp
thông qua q trình khống hố. Lal đã khẳng định việc kết hợp phụ phẩm cây trồng
để lại đồng ruộng vào trong đất là một trong các biện pháp hiệu quả nhất để ngăn
chặn đà suy giảm SOM [51]. Trong nghiên cứu “Nâng cao lượng các bon bằng cách
kết hợp phụ phẩm cây trồng trong các vùng đất canh tác ở Trung Quốc”, Li đã kết
11


luận phụ phẩm cây trồng và phân hữu cơ là các nguồn các bon đầu vào duy nhất cho
đất nông nghiệp, do vậy việc quản lý các phụ phẩm nông nghiệp hoặc phân bón hữu
cơ đã ảnh hưởng đến động học SOC trong vùng [58].
Các nhà nghiên cứu đều thống nhất, biện pháp quản lý tốt nhất để nâng cao lượng
SOC là tăng lượng các bon hữu cơ bổ sung vào đất và/hoặc giảm mức độ phân huỷ
SOM, [50], [51], [64], [67].
1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP ĐẾN
CÁC BON HỮU CƠ TRONG ĐẤT
1.2.1. Các nghiên cứu ngoài nƣớc
a. Ảnh hƣởng của thay đổi sử dụng đất đến lƣợng SOC
Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi (không gian và thời gian) sử dụng đất đến
lượng SOC đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới như Lal [50],
[51], Guo và Gifford [39], Fisseha và nnk [36], Ciric và nnk [32], Lei và nnk [52],

Drewniak và nnk [33]. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ xem xét chuyển đổi sử
dụng đất từ đất rừng, đất trồng cỏ thành đất nông nghiệp hoặc ngược lại. Ví dụ, trong
nghiên cứu của Lal, biến động sử dụng đất được xem xét gồm phá rừng, đốt cây
(rừng và nông nghiệp), chuyển đổi hệ sinh thái rừng thành nông nghiệp, cải tạo khả
năng thoát nước của vùng đất ngập nước và hoạt động canh tác.
Drewniak và nnk đã nghiên cứu tác động của phương thức quản lý gồm sử dụng
phân bón, tỷ lệ phụ phẩm cây trồng để lại đồng ruộng đối với lượng SOC trong đất
canh tác ở Mỹ trong khoảng thời gian gần 170 năm. Kết quả đã chỉ ra lượng SOC của
Mỹ bị giảm khoảng 10% do hoạt động canh tác so với đất trồng cỏ. Các tác giả cũng
cho rằng việc quản lý phụ phẩm cây trồng có ảnh hưởng lớn đến lượng SOC. Lượng
phụ phẩm cây trồng để lại đồng ruộng ở mức trung bình và thấp đã làm cho lượng
SOC tại vị trí canh tác ở Mỹ giảm khoảng 3,5 - 5% so với vị trí trồng cỏ, lượng phụ
phẩm cây trồng để lại đồng ruộng ở mức cao đã làm cho lượng SOC tại vị trí canh tác
ở Mỹ tăng 2%. Nghiên cứu cũng chỉ ra, phân đạm cũng có tác động tới lượng SOC.
Với lượng phụ phẩm cây trồng để lại đồng ruộng hiện tại của Mỹ, nếu khơng bón
phân đạm sẽ làm cho lượng SOC giảm 5% [33].
Guo và Gifford đã dựa trên 74 kết quả nghiên cứu đã công bố để đánh giá ảnh
12