Giáo trình Khoa học đất - Chương 7, Bài 2: Chất hữu cơ trong đất

Chương 7 bài 2. chất hữu cơ trong đất Đất này tốt không? Còn đất này? CHAÁT HÖÕU CÔ & A. Chaát höõu cô taàm quan troïng? • Döï tröû chaát dinh döôõng cho caây troàng • Nguoàn thöùc aên cuûa sinh vaät ñaát • Cung caáp CEC cuûa ñaát • Taêng khaû naêng giöõ nöôùc cuûa ñaát • Giaûm ñoäc toá Al khi pH ñaát thaáp • Caûi thieän caáu truc ñaát (nhöng khoâng thay ñoåi sa caáu!) Ñoaøn laïp ñaát ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi: 1. Sôïi naám 2. “chaát keo” do vi sinh vật tieát ra 3. Chaát höõu cô caùt thòt Sôïi naám seùt Vi khuaån O.M Xaï khuaån OK, toâi ñoàng yù, chaát höõu cô raát quan troïng Nhöng chaát höõu cô laø gì?! Chaát höõu cô trong ñaát Sinh vaät ñang soáng: sinh khoái Moâ sinh vaät cheát vaø chaát thaûi: Xaùc baõ muøn II. Chaát höõu cô trong ñaát: (hôïp chaát ñang soáng vaø/hay ñaõ moät laàn soáng)) Oi Oa1-8% Oe Sun muøn Saûn xuaát Tieâu thuïPhaân giaûi Maët trôøi thành phần chaát höõu cô trong ñaát Coù theå nhaän daïng ñöôïc, nhöõng phaân töû höõu cô coù troïng löôïng phaân töû thaáp Chaát höõu cô trong ñaát Sinh khoái Dö thuøa, xaùc baõ muøn Hôïp chaát humic Hôïp chaát khaùc Chaát höõu cô khoâng hoøa tan Trích vôùi NaOH Chaát höõu cô hoøa tan Xöû lyù vôù acid Keát tuûa Hoøa tanHumin, ñaäm ñaëc cao, taïo phöùc vôùi seùt Acid humic, naâu saäm-ñen, troïng löôïng phaân töû cao (ñeán 300.00) Acid fulvic, vaøng-ñoû, troïng löôïng phaân töû thaáp hôn, 2.000-50.000 Sun Humus Producers ConsumersDecomposers Ghi chuù: muøn khoâng ñoàng nghóa vôùi chaát höõu cô • Thaønh phaàn töông ñoái beàn cuûa chaát höõu cô toàn taïi trong ñaát, sau khi caùc thaønh phaàn chính cuûa dö thöøa thöïc vaät, xaùc baõ ñoäng vaät ñaõ phaân giaûi. Maët trôøi Saûn xuaát Tieâu thuïPhaân giaûi muøn Phaân giaûi OM Phaân giaûi = chuyeån hoùa chaát höõu cô trong ñaát (neân nhôùr, vaán ñeà khoâng phaûi laø hình thaønh hay phaù huõy) Kyù hieäu caùc yeáu toá kieåm soaùt: thöôøng laø nhieät ñoä, aåm ñoä, haøm löôïng seùt, haøm löôïng lignin . . . Xaùc baõ (töôi) muøn Vi sinh vaät (sinh khoái) Thöïc vaät (sinh khoái) CO2, naêng löôïng Phaân giaûi chaát höõu cô: Chu kyø Chaát höõu cô Maät ñoä daân soá, Nhieät ñoä, aåm ñoä Naêng löôïng + CO2 + H2O “chaùy chaäm” Sinh khoái (sinh vaät) Cô theå vi sinh vaät trôû thaønh 1 phaàn cuûa nguoàn chaát höõu cô trong ñaát Kyù hieäu caùc yeáu toá kieåm soaùt Toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô phuï thuoäc: • Tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu höõu cô • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát • Ñoä thoaùng khí cuûa ñaát • Loaïi vaø löôïng sinh vaät ñaát Tính chaát vaät lyù cuûa chaát höõu cô • Kích thöôùc caøng nhoû, toác ñoä phaân giaûi caøng nhanh – Dieän tích beà maët lôùn – Vai troø “ñoäng vaät caén phaù” Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa chaát höõu cô • Ñöôøng , tinh boät, proteins ñôn giaûn • Proteins thoâ • Hemicellulose • Cellulose • Chaát beùo, saùp • Lignin chaäm nhanh Ñöôøng– chaát ñöôïc phaân giaûi ñaàu tieân vaø nhanh nhaát caáu truùc cuûa Glucose • C6H12O6 Caáu truùc cuûa Cellulose (vaø töông töï ñoái vôùi tinh boät • Ñôn giaûn, caáu truùc laäp laïi – Caùc ñôn vò glucose noái thaønh chuoåi – “deã ” phaân giaûi cellulose (caáu truùc phaân töû) Tinh boät Caáu truùc cuûa Lignin • Phöùc taïp, caáu truùc khoâng laäp laïi – Khoù phaân giaûi – Caàn nhieáu loaïi enzymes ñeå phaân giaûi Toác ñoä phaân giaûi phuï thuoäc: • Lyù, hoùa tính cuûa vaät lieäu höõu cô • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát • Ñoä thoaùng khí cuûa ñaát • Loaïi vaø löôïng ñoäng vaät ñaát “chaát löôïng” hoùa hoïc cuûa chaát höõu cô ban ñaàu • Tæ leä cuûa carbon vaø nitrogen – Töông töï carbohydrates (carbon) vaø protein (nitrogen) trong thöïc phaåm cuûa chuùng ta – Nhöng vi sinh vaät xöû lyù chaát höõu cô toát hôn Tæ leä C:N • C luoân ñöôïc neâu leân ñaàu tieân, gC / gram N – vd. 25:1, thöôøng ñöôïc vieát laø 25 • Tæ soá caøng thaáp: toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô caøng nhanh, vaø ngöôïc laïi Caùc ngöôõng cuûa C:N • C:N < 25:1, N giaûi phoùng cho caây troàng (khoaùng hoùa N) • C:N > 25:1, N ñöôïc haáp thu sinh hoïc – Vi Sinh vaät söû duïng taát caû N ñöôïc giaûi phoùng – Coù theå haáp thu caû N coù saún trong ñaát Vaät lieäu höõu cô %C %N C/N OM trong ñaát 50 5.0 10 Vi sinh vaät 50 10-5.0 5-10 Coû 3 laù 40 3.0 Phaân chuoàng 41 2.1 Cuøi baép 40 0.7 57 Rôm raï 38 0.5 80 Muøn cöa 50 0.05 600 “chaát löôïng” cuûa caùc vaät lieäu höõu cô 20 13 Aûnh höôûng cuûa C:N ñeán toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô Toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô phuï thuoäc: • Tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát – 1-3 naêm ñeå phaân giaûi heát raùc ôû vuøng oân ñôùi – 1-4 thaùng: vuøng nhieät ñôùi • Ñoä thoaùng khí • Soá löôïng vaø loaïi ñoäng vaät ñaát Vuøng reã Vuøng reã, nôi coù hoaït ñoäng sinh hoïc vaø phaûn öùng hoùa hoïc cuûa ñaát, reã vaø vi sinh vaät cao nhaát B – vi khuaån A – xaï khuaån My – naám vuøng reã H – naám N – tuyeán truøng CP – FP – ñoäng vaät nguyeân sinh (truøng roi) M – moái < 1mm 1/10 mm • nguoàn cung caáp naêng löôïng: hoùa & quang toång hôïp • nguoàn cung caáp carbon: dò döôõng & töï döôõng (CO2) • phaân giaûi sô caáp • giaûi phoùng chaát dinh döôõng höõu duïng cho caây troàng • oån ñònh ñoaøn laïp ñaát Vi thöïc vaät** ** naám ñöôïc chia thaønh 1 “vöông quoác” rieâng: dò döôõng, coù RNA gioáng ñoäng vaät hôn laø thöïc vaät! Naám trong ñaátVi khuaån trong ñaát Ñoaøn laïp ñaát ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi: 1. Sôïi naám 2. “chaát keo” do vi khuaån tieát ra 3. Chaát höõu cô caùt thòt Sôïi naám seùt Vi khuaån O.M Xaï khuaån Naám – 10.000 loaøi. • Taùc nhaân chính phaân giaûi chaát höõu cô trong moâi tröôøng chua • Maïng löôùi cuûa sôïi naám: caûi thieän caáu truùc ñaát • Phaân giaûi cellulose!!! • Coù theå caïnh tranh N caây troàng • dò döôõng – naêng löôïng vaø carbon ñöôïc cung caáp töø sinh vaät khaùc (baét tuyeán truøng!) hay chaát höõu cô • 3 nhoùm, men, moác, naám • naám vuøng reã – quan heä coäng sinh, lieân keát côùi 1 soá loaøi thöïc vaät • saûn sinh 1 soá chaát gaây ñoäc (hay ngöôïc laïi) Sun Humus Producers ConsumersDecomposersPhaân giaûi Maët trôøi Saûn xuaát Tieâu thuï muøn Xaï khuaån – gioáng naám & vi khuaån), soá löôïng tronng ñaát; chæ sau vi khuaån • Tröôùc ñaây ñöôïc phaân loaïi vaøo nhoùm naám • Gioáng vi khuaån (ñôn baøo, khoâng coù maøng nhaân teá baøo) • Haûo khí, dò döôõng – phaân giaûi OM, quan heä kyù sinh/coäng sinh vôùi 1 soá thöïc vaät • Saûn sinh caùc hôïp chaát khaùng sinh ñeå laøm giaûm söï caïnh tranh (lôïi ích khaùc – thuoác khaùng sinh, vd. streptomycin) • Coá ñònh N2 thaønh ammonium (daïng höõu duïng cho caây troàng) • Choáng chòu ñieàu kieän moâi tröôøng baát lôïi cao Vi khuaån – 1 tæ -1 tæ tæ/g ñaát (vôùi> 20,000 loaøi.) • Hieän dieän trong taát caû caùc loaïi ñaát • Haùo khí, yeám khí, vaø khoâng baét buoäc • Töï döôõng & dò döôõng • Phaàn lôùn phaùt trieån toát nhaát trong moâi tröôøng coù Ca2+ cao, pH cao • Nhieät ñoä @ 20-40oC (68-100oF) nhöng ít khi bò cheát bôûi nhieät ñoä quaù cao hay quaù thaáp. Sun Humus Producers ConsumersDecomposers Maët trôøi Saûn xuaát Tieâu thuïPhaân giaûi muøn Naám-vi khuaån Naám Vi khuaån Daïng sôïi Chæ haùo khí Toác ñoä phaùt trieån thöôøng thaáp hôn vi khuaån Ñôn baøo, coù theå hình thaønh taäp ñoaøn Haùo khí, yeám khí, khoâng baét buoäc Thôøi gian sinh saûn raát nhanh (giôø); coù theå phaûn öùng nhanh vôùi caùc chaát dinh döôõng boå sung vaøo ñaát Aûnh höôûng cuûa khaû naêng tieâu nöôùc cuûa ñaát ñeán haøm löôïng OM Phaân giaûi haùo khí & yeám khí Ñieàu kieän haùo khí (coù O2) Ñieàu kieän yeám khí (khoâng coù O2) OM tích luõy vuøng ranh oân ñôùiOM tích luõy ôû vuøng laïnh Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä ... Nhieät ñoä ºC 20 30 40 Phaân giaûi thaáp cao Ña daïng sinh hoïc röûa troâi maïnh/thieáu nöôùcVi sinh vaät hoaït ñoäng keùm Aûnh höôûng cuûa aåm ñoä ñaát ñeán phaân giaûi... Aåm ñoä(v, %) 25 36 40 Phaân giaûi thaáp cao Röûa troâi, C:N thaáp Khoâ, hoaït ñoäng VSV thaáp Phaân giaûi yeám khí – thieáu O2 trong ñaát , vi sinh vaät yeám khí. Phaân giaûi chaäm, khoâng hoaøn toaøn, giaûi phoùng ít naêng löôïng, tích luõy cao. 1 phaàn saûn phaåm vaãn coøn chöùa naêng löôïng Toác ñoä phaân giaûi phuï thuoäc vaøo: • Lyù-hoùa tính cuûa chaát höõu cô • Nhieät ñoä-aåm ñoä moâi tröôøng ñaát • Ñoä thoaùng khí/yeám khí • Loaïi/maät soá ñoäng vaät ñaát Aûnh höôûng cuûa ñoäng vaät • Caøng ña daïng, caøng phaân giaûi nhanh Chất hữu cơ trong đất • Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các thành phần hữu cơ của đất: – Dư thừa thực vật tươi – Chất hữu cơ đang phân giải – Chất hữu cơ ổn định – Sinh vật đang sống Chất hữu cơ trong đất • Chất hữu cơ trong đất - – Tất cả sinh vật (vi sinh vật, giun đất, vv), – Dư thừa thực vật tươi/chưa phân giải (rễ cây già, cành lá rụng, phân hữu cơ tươi vừa bón), – chất hữu cơ phân giải hòan tòan, ổn định (mùn). • Hàm lượng chất hữu cơ chứa trong lớp đất mặt (đất nông nghiệp): 1- 6%. • Đây là kết quả của quá trình bổ sung và mất chất hữu cơ trong 1 thời gian dài. Citizen Science – Kansas State Dư thừa thực vật tươi • Chiếm đến 15% tổng chất hữu cơ trong đất • Bao gồm chủ yếu là lá rụng Chất hữu cơ đang phân giải • Dư thừa thực vật chuyển dạng từ hợp chất hữu cơ thành các dạng hợp chất khác, thực hiện bởi sinh vật đất • Sinh vật hình thành các sản phẩm trung gian, chất thải, và hình thành cơ thể chúng • Các hợp chất là chất thải của lòai sinh vật này, có thể là thức ăn của các lòai khác Chất hữu cơ trong đất • Chất hữu cơ trong đất không ổn định-dễ biến đổi –có thể giảm nhanh nếu môi trường đất thay đổi và hình thành hợp chất mới –có thể được bổ sung làm tăng hàm lượng. • Hàm lượng chất hữu cơ trong đất có thể được duy trì: – Bón phân hợp lý, – Luân canh cây trồng, và kỹ thuật làm đất – Trả lại dư thừa cây trồng cho đất. Các yếu tố kiểm sóat chất hữu cơ trong đất • 1) lọai mẫu chất (chủ yếu là sa cấu), khí hậu, độ dốc, biện pháp quản lý. • 2) khí hậu: rửa trôi , thảm thực vật. • 3) Biện pháp quản lý ảnh hưởng đến khả năng sản xuất sinh khối (năng suất và dư thừa) (nước, phân bón, giống), duy trì dư thừa cây trồng. • 4) khi khả năng sản xuất chất khô của cây trồng tăng, chất hữu cơ trong đất tăng. • 5) tuy nhiên, chỉ khi nào các dư thừa cây trồng và sinh khối rễ bỏ lại trong đất sau khi thu họach mới ảnh hưởng lâu dài đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất. manure, lime and phosphorus (MLP) Tại sao có sự khác nhau về hàm lượng chất hữu cơ giữa các lọai đất Xác định chất hữu cơ trong đất như thế nào? Chất hữu cơ trong đất được xác định trong phòng phân tích bằng cách xác định hàm lượng carbon hữu cơ, chất hữu cơ chứa 58% carbon hữu cơ phần còn lại 5% N, 0.5% P và 0.5% S). Chất hữu cơ trong đất = C hữu cơ X 1.72 (1.00/0.58). Vậy, đất có 2% chất hữu cơ = 1.2% C hữu cơ. Thành phần họat động của chất hữu cơ • 10 - 30% chất hữu cơ trong đất họat động (phân giải bởi vi sinh vật-vi sinh vật sử dụng). • Thành phần này rất nhạy cảm với điều kiện quản lý (không họat động= mùn) ACTIVE Bổ sung chất hữu cơ tươi • Nếu đất không có đủ chất hữu cơ, khi bổ sung chất hữu cơ tươi vào: • ngay lập tức vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn sẽ phân giải chất hữu cơ tươi này và phát triển mật số, • . ADDED Chất hữu cơ tươi • Khi sử dụng hết nguồn năng lượng từ chất hữu cơ tươi, vi sinh vật sẽ giảm khả năng họat động, • Để lại 1 hổn hợp có màu sậm, gọi là mùn – một phức chất hữu cơ bền vững Chất hữu cơ bền vững -mùn • Vì vậy, các hợp chất hữu cơ trong đất trở nên bền vững và “kháng” lại sự phân giải tiếp theo của vi sinh vật • Mùn có tác dụng như là 1 miếng xốp và có khả năng hấp phụ nước gấp 6 lần trọng lượng chúng. acts like a sponge and Mùn • Mùn mới hình thành = • a) kết hợp với các thành phần bền trong mô thực vật (lignin, hemicellulose-khó phân giải), • b) các hợp chất được tổng hợp như là các thành phần của cơ thể vi sinh vật- xác bã vi sinh vật. (Fluvic và Humic Acid) • Mùn tương đối bền đối với sự phân giải của vi sinh vật - N và P hòa tan trong dung dịch thấp. Leaf Humus Vai trò của mùn • Giữ nước & dinh dưỡng; • Liên kết chặt & tăng cường sự ổn định cấu trúc của đất & nên giảm xói mòn đất. • Cung cấp 1 số chất dinh dưỡng (N & P) khi phân giải bởi sinh vật (tốc độ phân giải rất chậm), • Khả năng đệm cao ( giữ độc chất) • Tốc độ phân giải mùn: 2- 4%/năm • Hình thành tầng đất canh tác “tốt” • Bao phủ các hạt cát, thịt sét – tạo màu sậm. Màu càng sậm, hàm lượng mùn càng cao. mùn = cao trung bình thấp Chất hữu cơ: duy trì chất lượng đất • Tăng cường tính thấm ban đầu của đất, khuếch tán các khí • Tăng khả năng giữ nước • Giảm xói mòn BMI Chất hữu cơ trong đất= chất lượng đất • Hàm lượng chất hữu cơ là 1 chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất - • xác định hàm lượng và chất lượng chất hữu cơ. • Xác định trạng thái sinh vật đất. • Xác định tính bền của cấu trúc đất Thử : đất tốt (trái), vẫn giữ nguyên trạng thái trong nước , đất “xấu” (phai, rã ra khi cho vào nước. Chất lượng đất • 1) quản lý không thích hợp sẽ giảm chất lượng đất và hệ sinh thái. • 2) thiết lập 1 cơ sở về chất lượng đất để nhận biết sự thay đổi về chất lượng đất. • 3) thoái hóa, ổn định hay dược cải thiện. • Vì vậy chất lượng đất là 1 chỉ thị tốt trong quản lý đất. NatureWatch Chất lượng đất • Chất lượng đất là khả năng sản xuất bền vững , duy trì chất lượng môi trường và thúc đẩy khả năng sản xuất cây trồng, vật nuôi trong các cảnh quan nhất định.. • Bảo vệ chất lượng đất giống như bảo vệ chất lượng không khí và chất lượng nước là mục tiêu cơ bản của chúng ta eed.org/soil_qualit y.htm Xấu tốt Chất lượng đất tốt • Chất lượng đất thay đổi theo thời gian do tác động của việc quản lý, sử dụng của con người và tác động của tự nhiên. • Chất lượng đất tốt – Chất hữu cơ - cao – Cây trồng = xanh, khỏe,tươi tốt – Xói mòn – không – Giun đất – nhiều – Thấm ban đầu – nhanh, không đọng nước – Nén chặt – tối thiểu Thế nào là chất lượng đất