Chất hữu cơ trong đất (Soil organic matter)

Nguồn gốc của chất hữu cơ trong đất

SOM có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm:

• Tàn dư thực vật: Đây là nguồn đóng góp chính cho SOM, bao gồm lá rụng, cành cây, rễ chết, quả, hạt,… Sự đa dạng của tàn dư thực vật ảnh hưởng đến thành phần và tốc độ phân hủy của SOM.
• Tàn dư động vật: Xác động vật, chất thải động vật (phân, nước tiểu),… cũng đóng góp vào SOM, mặc dù thường ở mức độ ít hơn tàn dư thực vật.
• Vi sinh vật đất: Nấm, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh,… Khi vi sinh vật chết, cơ thể chúng cũng trở thành một phần của SOM. Quá trình sống và phân hủy của vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ khác. Chúng phân hủy tàn dư thực vật và động vật, tạo ra các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn và cuối cùng là humus.

Thành phần của chất hữu cơ trong đất

SOM là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hữu cơ khác nhau ở các giai đoạn phân hủy khác nhau. Thành phần chính bao gồm:

• Humus: Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy SOM, là một chất màu nâu sẫm, ổn định, giàu carbon và nitơ. Humus được chia thành các thành phần chính như humin, axit humic và axit fulvic. Những chất này đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nước, chất dinh dưỡng và cải thiện cấu trúc đất.
• Các hợp chất chưa phân hủy hoàn toàn: Các hợp chất này bao gồm đường, protein, lignin, cellulose, hemicellulose, lipid, và các hợp chất khác. Chúng ở các giai đoạn phân hủy khác nhau và cung cấp nguồn năng lượng cho vi sinh vật đất.
• Vi sinh vật sống: Một phần đáng kể của SOM bao gồm các vi sinh vật đất đang hoạt động. Chúng đóng vai trò chủ chốt trong quá trình phân hủy chất hữu cơ và chu trình dinh dưỡng.

Quá trình hình thành chất hữu cơ trong đất

SOM được hình thành thông qua một loạt các quá trình phân hủy phức tạp, được thực hiện chủ yếu bởi các vi sinh vật đất. Quá trình này bao gồm:

• Phân hủy ban đầu: Các vật liệu hữu cơ tươi được phân hủy thành các phân tử nhỏ hơn. Giai đoạn này diễn ra nhanh chóng và liên quan đến nhiều loại vi sinh vật khác nhau.
• Humification (Quá trình hình thành humus): Các phân tử nhỏ hơn được kết hợp lại thành các phân tử humic phức tạp. Quá trình này diễn ra chậm hơn và tạo ra các chất hữu cơ ổn định hơn.
• Khoáng hóa: Các hợp chất hữu cơ được chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng vô cơ như NO₃^–, NH₄⁺, PO₄^3-, K⁺,… mà cây trồng có thể hấp thụ. Quá trình này giải phóng chất dinh dưỡng cho cây trồng.

Vai trò của chất hữu cơ trong đất

SOM có nhiều vai trò quan trọng đối với đất và cây trồng:

• Cải thiện cấu trúc đất: SOM liên kết các hạt đất lại với nhau, tạo thành các hạt đất lớn hơn, tăng độ xốp của đất, cải thiện khả năng thoát nước và thông khí.
• Tăng khả năng giữ nước: SOM có khả năng giữ nước cao, giúp đất giữ được độ ẩm cần thiết cho cây trồng.
• Cung cấp chất dinh dưỡng: SOM là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng.
• Tăng khả năng giữ chất dinh dưỡng: SOM có khả năng giữ các cation dinh dưỡng (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺) trong đất, ngăn chặn sự rửa trôi.
• Tăng hoạt động sinh học của đất: SOM cung cấp thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật đất.
• Giảm xói mòn đất: SOM giúp liên kết các hạt đất, giảm thiểu xói mòn do gió và nước.
• Điều hòa nhiệt độ đất: SOM giúp điều hòa nhiệt độ đất, giảm sự biến động nhiệt độ giữa ngày và đêm.
• Giảm ô nhiễm đất: SOM có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm trong đất, giảm tác động tiêu cực của chúng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng SOM

Hàm lượng SOM trong đất bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:

• Khí hậu: Nhiệt độ và lượng mưa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy SOM. Nhiệt độ cao và độ ẩm thích hợp thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật, làm tăng tốc độ phân hủy. Ngược lại, nhiệt độ thấp và điều kiện khô hạn làm chậm quá trình phân hủy.
• Thảm thực vật: Loại và lượng thảm thực vật ảnh hưởng đến lượng chất hữu cơ được bổ sung vào đất. Thảm thực vật phong phú cung cấp nhiều tàn dư thực vật cho đất.
• Quản lý đất: Các hoạt động canh tác như cày xới, bón phân, sử dụng thuốc trừ sâu,… có thể ảnh hưởng đến hàm lượng SOM. Cày xới quá mức có thể làm tăng tốc độ phân hủy và mất SOM.
• Địa hình: Độ dốc và hướng dốc ảnh hưởng đến xói mòn và tích tụ SOM. Đất dốc dễ bị xói mòn, dẫn đến mất SOM.
• Loại đất: Các loại đất khác nhau có khả năng giữ SOM khác nhau. Đất sét có khả năng giữ SOM cao hơn đất cát.

Tìm hiểu về SOM là rất quan trọng trong nông nghiệp bền vững. Việc duy trì và tăng cường hàm lượng SOM giúp cải thiện sức khỏe và năng suất của đất, góp phần vào an ninh lương thực và bảo vệ môi trường.

Phân tích SOM

Việc phân tích SOM giúp đánh giá chất lượng đất và đưa ra các biện pháp quản lý đất phù hợp. Một số phương pháp phân tích SOM thường được sử dụng bao gồm:

• Xác định hàm lượng Carbon hữu cơ (SOC): Đây là phương pháp phổ biến nhất để đánh giá SOM. Hàm lượng SOC thường được biểu thị bằng phần trăm trọng lượng đất khô. Có nhiều phương pháp để xác định SOC, ví dụ như phương pháp đốt cháy khô (dry combustion) hay phương pháp Walkley-Black (oxy hóa bằng K₂Cr₂O₇).
• Xác định hàm lượng Nitơ hữu cơ (SON): Nitơ là một chất dinh dưỡng quan trọng có trong SOM. Tỷ lệ C/N trong SOM cũng là một chỉ số quan trọng phản ánh tốc độ phân hủy và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của SOM.
• Phân tích các thành phần của humus: Các phương pháp như chiết xuất kiềm và phân tích quang phổ có thể được sử dụng để xác định các thành phần của humus như humin, axit humic và axit fulvic.
• Phân tích hoạt tính sinh học của đất: Các chỉ số như hô hấp của đất, hoạt tính enzyme, và sinh khối vi sinh vật có thể được sử dụng để đánh giá hoạt động sinh học của đất, liên quan mật thiết đến quá trình phân hủy SOM.

Quản lý SOM

Việc quản lý SOM hiệu quả là rất quan trọng để duy trì và cải thiện sức khỏe đất. Một số biện pháp quản lý SOM bao gồm:

• Bón phân hữu cơ: Bổ sung các vật liệu hữu cơ như phân chuồng, phân xanh, compost vào đất giúp tăng hàm lượng SOM.
• Luân canh cây trồng: Luân canh cây trồng với các loại cây trồng có bộ rễ phát triển mạnh giúp tăng lượng chất hữu cơ bổ sung vào đất.
• Che phủ đất: Sử dụng lớp phủ đất như rơm rạ, cỏ khô giúp giảm xói mòn và tăng cường hoạt động của vi sinh vật đất.
• Giảm thiểu xới đất: Giảm thiểu xới đất giúp giảm tốc độ phân hủy SOM và duy trì hàm lượng SOM trong đất. Phương pháp canh tác không xới đất (no-till) là một ví dụ điển hình.
• Trồng cây che phủ đất: Trồng cây che phủ đất trong thời gian không canh tác giúp bảo vệ đất khỏi xói mòn và bổ sung chất hữu cơ vào đất.
• Sử dụng chế phẩm sinh học: Sử dụng các chế phẩm sinh học chứa vi sinh vật có lợi giúp tăng cường phân hủy chất hữu cơ và cải thiện cấu trúc đất.

Tầm quan trọng của việc nghiên cứu SOM

Nghiên cứu về SOM đóng vai trò quan trọng trong việc:

• Phát triển các phương pháp canh tác bền vững, bảo vệ và cải thiện chất lượng đất.
• Ứng phó với biến đổi khí hậu thông qua việc lưu trữ carbon trong đất.
• Nâng cao năng suất cây trồng và đảm bảo an ninh lương thực.
• Bảo vệ môi trường bằng cách giảm ô nhiễm đất và nước.

• Brady, N.C., and Weil, R.R. (2008). The Nature and Properties of Soils. 14th edition. Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey.
• Stevenson, F.J. (1994). Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions. John Wiley & Sons, New York.
• Magdoff, F., and Van Es, H. (2009). Building Soils for Better Crops. Sustainable Agriculture Research and Education (SARE), University of Vermont.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để xác định hàm lượng SOM trong đất một cách chính xác và hiệu quả?

Trả lời: Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng SOM, bao gồm phương pháp đốt cháy khô (xác định tổng carbon hữu cơ) và phương pháp Walkley-Black (oxy hóa bằng $K_2Cr_2O_7$). Phương pháp đốt cháy khô được coi là chính xác hơn nhưng đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Phương pháp Walkley-Black đơn giản và tiết kiệm hơn, thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm thông thường. Ngoài ra, việc phân tích các thành phần của humus (humin, axit humic, axit fulvic) và tỷ lệ C/N cũng cung cấp thông tin hữu ích về chất lượng SOM.

Bên cạnh bón phân hữu cơ, còn những biện pháp nào khác có thể áp dụng để tăng cường SOM trong đất nông nghiệp?

Trả lời: Ngoài bón phân hữu cơ, một số biện pháp khác có thể áp dụng để tăng cường SOM bao gồm: luân canh cây trồng (đặc biệt là cây trồng họ đậu), che phủ đất (sử dụng rơm rạ, cỏ khô), giảm thiểu xới đất (áp dụng phương pháp canh tác không cày xới hoặc xới xáo tối thiểu), trồng cây che phủ đất trong thời gian không canh tác, và sử dụng chế phẩm sinh học chứa vi sinh vật có lợi cho đất.

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến quá trình phân hủy SOM và hàm lượng SOM trong đất như thế nào?

Trả lời: Biến đổi khí hậu, đặc biệt là sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa, có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình phân hủy SOM. Nhiệt độ cao có thể đẩy nhanh tốc độ phân hủy, dẫn đến giảm hàm lượng SOM trong đất. Thay đổi lượng mưa có thể ảnh hưởng đến độ ẩm đất, cũng ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật phân hủy SOM. Ở những vùng đất khô hạn, sự gia tăng nhiệt độ có thể làm trầm trọng thêm tình trạng mất SOM.

Vai trò của SOM trong việc cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây trồng là gì?

Trả lời: SOM đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây trồng bằng cách tăng khả năng giữ nước của đất. Humus trong SOM có khả năng giữ nước gấp nhiều lần trọng lượng của nó. Đất giàu SOM có thể giữ được nhiều nước hơn, cung cấp độ ẩm cho cây trồng trong thời gian khô hạn. Ngoài ra, SOM cũng giúp cải thiện cấu trúc đất, tạo điều kiện cho rễ cây phát triển sâu hơn, tiếp cận nguồn nước ngầm.

Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý SOM trong thực tế?

Trả lời: Để đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý SOM, cần theo dõi và đo lường các chỉ số liên quan đến SOM trong một khoảng thời gian nhất định. Các chỉ số này bao gồm hàm lượng carbon hữu cơ (SOC), hàm lượng nitơ hữu cơ (SON), tỷ lệ C/N, hoạt tính sinh học của đất, cấu trúc đất, khả năng giữ nước của đất, và năng suất cây trồng. Việc so sánh các chỉ số này trước và sau khi áp dụng biện pháp quản lý SOM sẽ giúp đánh giá hiệu quả của biện pháp đó.