Tạp chí
Bài viết giới thiệu những kết quả nghiên cứu về các chất hữu cơ và vai trò của chúng trong độ phì nhiêu của đất. Trong đất Việt Nam chất hữu cơ được thành tạo và phân giải rất nhanh sản sinh ra chủ yếu các mùn chua, chi phối tính chất lý, hóa, sinh học của đất. Sinh khối cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng cho cây trồng và có thể bù đắp lượng lấy đi. Trả lại tàn dư cây trồng, tận dụng cỏ dại, cây phân xanh trồng xen có thể giảm đáng kể lượng bón phân khoáng. Độ phì nhiêu tăng dần, năng suất và phụ phẩm tăng, lại làm tốt đất hơn ở các năm tiếp theo. Vòng tuần hoàn chất hữu cơ như vậy cung cấp cơ sở cơ bản cho việc sử dụng quĩ đất dốc hiệu quả và lâu bền.
I, Chất hữu cơ là yếu tố tiên quyết hình thành đất
Trong khuôn khổ hoạt động nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, vai trò của chất hữu cơ đã được tổng quan, đóng góp vào các tài liệu về đất Việt Nam (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999).
Đất đai mà loài người đang sử dụng là kết quả tạo lập bởi các lực lượng tự nhiên trải qua lịch sử hàng triệu năm. Một trong các tác nhân biến đá thành đất là thảm thực vật và sự khác nhau cơ bản giữa đá khoáng không có sự sống với đất đai có độ phì nhiêu nuôi sống muôn loài là sự có mặt của các-bon trong đất. Bởi vậy điều kiện bắt buộc để đất đai không bị thoái hóa là tạo lập một cân bằng hữu cơ ổn định dưới thảm cây xanh thường xuyên phủ đất theo không gian và thời gian.
Quá trình mùn hóa: Vai trò mùn trong đất có tác dụng làm tăng dung tích hấp thu của đất, tạo cấu trúc đất tơi xốp, tạo điều kiện cho bộ rễ cây phát triển tốt, vì phần lớn lượng rễ cây phân bố ở lớp đất 0-30 cm. Nguồn cung cấp chất hữu cơ cho đất là thảm thực vật, hằng năm cành lá rơi rụng trong rừng có thể tới 8,5 tấn/ha đến 22 tấn/ha, thân rễ thực vật chết hằng năm cũng để lại khối lượng chất hữu cơ lớn.
Càng lên cao quá trình phân giải xác hữu cơ càng chậm hơn và do nhiệt độ thấp nên quá trình khoáng hóa giảm, hàm lượng mùn trong đất cao hơn, có tầng thảm mục, thường gọi là đất mùn thô trên núi cao. Tỷ lệ các bon của axit humic trên các bon axit fulvic đất núi thấp thường nhỏ hơn 1 thể hiện rõ axit fulvic trong thành phần mùn trội hơn axit humic. Đây là đặc trưng cho đất đỏ vàng hình thành trong điều kiện nóng ẩm, nghèo bazơ. Chỉ có ở đất giàu bazơ như đất đen trên đá bọt núi lửa, đất mùn trên núi cao tốc độ phân giải chất hữu cơ chậm nên axit humic trội hơn axit fulvic; tỷ số các-bon (C) axit humic trên các-bon (C) axit fulvic biến động trong khoảng từ 1 đến 2 (Nguyễn Tử Siêm, 1974; Nguyễn Tử Siêm, 1976; Nguyễn Tử Siêm, D.S. Orlov, V. M. Fridland, 1977).
Những đất có hàm lượng hữu cơ khoảng 3% trở lên được xếp vào đất thuận lợi cho canh tác, đất dưới 1% vào loại rất nghèo hữu cơ nên trong canh tác phải bón nhiều phân hữu cơ (hoặc chất hữu cơ) cho đất đã bị kiệt màu. Diện tích rừng đã bị phá lớn gấp nhiều lần diện tích thực canh tác làm giảm nhanh hàm lượng hữu cơ trong đất, gây thoái hóa độ phì nhiêu đất. Canh tác nương rẫy miền núi làm giảm nhanh hàm lượng chất hữu cơ trong đất, vì vậy sau một vài vụ phải bỏ hoang cho thảm thực vật khôi phục độ phì nhiêu. Do canh tác nương rẫy, diện tích rừng bị phá lớn gấp nhiều lần diện tích trồng trỉa thực tế. Vai trò mùn quan trọng trong việc phục hồi lớp đất canh tác 0-30 cm (cấu trúc tơi xốp, dung tích hấp thu, thuận lợi cho bộ rễ phát triển).
Nguồn cung cấp chất hữu cơ cho đất là thảm thực vật, hàng năm cành lá rơi rụng trong rừng có thể lới 8,5 đến 22 tấn/ha, thân rễ thực vật chết hàng năm cũng để lại khối lượng chất hữu cơ lớn. Sự phân huỷ chất hữu cơ được thực hiện nhanh chóng trong điều kiện nhiệt đới ẩm, trước tiên là côn trùng (nhất là mối) phân huỷ thảm khô và sau đó vi sinh vật tham gia biến đổi tiếp theo để hình thành các chất mùn là các hợp chất hữu cơ cao phân tử có cấu trúc đặc biệt (Nguyễn Tử Siêm, 1976; Nguyễn Tử Siêm, 1976; Nguyễn Tử Siêm, D.C. Orlov, V.M. Fridland, 1977).
Tầng đất mặt 20-30 cm là tầng giàu hữu cơ và mùn nhất trong phẫu diện đất dự trữ lớn các chất dinh dưỡng trong đất. Càng lên cao nhiệt độ càng giảm, quá trình phân giải xác hữu cơ càng chậm và quá trình khoáng hoá giảm, hàm lượng mùn trong đất cao hơn, hình thành tầng thảm mục (đất mùn thô trên núi cao). Tỷ lệ cacbon của axit Humic trên cacbon axit Fulvic đất núi thấp, thường nhỏ hơn 1 thể hiện rõ axit Fulvic trong thành phần mùn trội hơn axit Humic. Đây là đặc trưng cho đất đỏ vàng hình thành trong điều kiện nóng ẩm, nghèo bazơ. Chỉ có ở đất giàu bazơ như đất đen trên đá bọt núi lửa, đất mùn trên núi cao tốc độ phân giải chất hữu cơ chậm có axit Humic trội hơn axit Fulvic; tỷ số cacbon axit Humic trên cacbon axit Fulvic biến động trong khoảng từ 1 đến 2. Những đất có hàm lượng hữu cơ khoảng 3% trở nên được xếp vào đất thuận lợi cho canh tác, đất dưới 1% vào loại rất nghèo hữu cơ canh tác phải bón nhiều phân hữu cơ cho đất đã bị kiệt màu. Canh tác nương rẫy ở miền núi làm giảm nhanh hàm lượng hữu cơ trong đất, vì vậy chỉ làm được vài vụ phải bỏ hoang cho thảm thực vật khôi phục độ phì nhiêu đất đai. (Nguyễn Tử Siêm, 1976; Nguyễn Tử Siêm, D.C. Orlov, V.M. Fridland, 1977).
II. Các hợp chất mùn chi phối độ phì nhiêu đất
Chất hữu cơ mà sản phẩm phân giải cuối cùng là các hợp chất mùn là một chỉ tiêu quan trọng của độ phì nhiêu đất. Nghiên cứu thành phần nguyên tố, đặc tính quang học và cấu trúc bằng phổ hồng ngoại cho thấy các axit mùn đất có nhân thơm trùng ngưng kém, mạch nhánh phát triển. Hợp chất mùn đất rất giàu các nhóm chức CH2 và CH4, độ bão hòa kiềm thấp và dễ dàng tham gia các phản ứng liên kết với kim loại. Mặt tích cực của hiệu ứng này là các axit mùn tạo chelat với các kim loại độc hại như Al3+, Fe3+ làm vô hiệu hóa chúng và giúp ngăn ngừa sự cố định lân.
Bằng phương pháp qua rây phân tử thấy rằng các axit humic đất nhiệt đới Việt Nam thành tạo chủ yếu bởi các nhóm có trọng lượng phân tử lớn, ít các nhóm có trọng lượng phân tử thấp so với đất nhiệt đới và ôn đới (Nguyễn Tử Siêm, 1974). Axit fulvic khá đồng nhất, trọng lượng phân tử thấp, có tính phá hủy mạnh keo khoáng. Các hợp chất lipoit trong đất phản ánh rõ mức độ suy giảm chất hữu cơ mới bổ sung vào đất (Siêm N.T., Orlov. D.S., Ammosova I.M., 1975). Humin và các hợp chất hữu cơ khoáng khác có vai trò liên kết các hạt đất rời rạc hình thành đoàn lạp, tạo cho đất có cấu trúc viên tơi xốp.
Chất hữu cơ đất là nguồn dinh dưỡng thực vật đáng kể, trong đất lúa ngay cả khi có bón phân thì 50- 80% N là từ chất hữu cơ đất. Tàn dư cây trồng có ý nghĩa lớn trong việc trả lại dinh dưỡng cho đất. Chẳng hạn rơm rạ chứa khoảng: 0,6%N; 0,1% P; 1,5%K; 5% Si; 01 % S và 40% C. Khối lượng rơm rạ khoảng 3 đến 10 t/ha là một nguồn dinh dưỡng đáng kể.
Tương quan rất chặt chẽ giữa C và N tổng số trong đất cho phép sử dụng chất hữu cơ như một chỉ số tốt để đánh giá khả năng cung cấp N của đất. Bằng phương pháp ủ yếm khí đất phù sa sông Hồng trong 2 tuần thấy rằng nhóm chất hữu cơ bị khoáng hóa chiếm trung bình 25% tổng số chất hữu cơ đất. Về lý thuyết với tốc độ khoáng hóa đạm là 5% trong một vụ, thì hàm lượng 0,2% N trong đất có thể đáp ứng lượng đạm cần để sản xuất 5 t thóc/ha, tuy nhiên do khả năng mất đạm khá lớn trên đống ruộng nhiệt đới (do rửa trôi, phản đạm hóa…) nên bón đạm luôn luôn là cần thiết để thâm canh lúa (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên 1999).
Đất Việt Nam có năng lực cố định lân rất mạnh tùy thuộc vào thành phần khoáng vật và hàm lượng chất hữu cơ. Trong cùng một loại đất thì sự phụ thuộc của năng lực giữ chặt lân vào chất hữu cơ là rất rõ ràng.
Bảng 1. Sự cố định lân phụ thuộc vào chất hữu cơ đất
| Loại đất | Chất hữu cơ (%) | P bị giữ chặt (ppm P) |
| Đất nâu đỏ trên bazan
Đất đỏ vàng trên phiến thạch
Đất vàng đỏ trên sa thạch |
6,87
3,22 5,87 2,54 4,80 1,80 |
688
1100 475 663 250 118 |
Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, 1976.
Trên đất bazan thoái hóa mất đi 1% chất hữu cơ có thể làm tăng năng lực cố định lên 300 – 400 ppm P (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1991). Lượng phản hấp phụ tương quan thuận với P dễ tiêu, chất hữu cơ và tỉ lệ SiO3/R2O3. Tuần hoàn chất hữu cơ là biện pháp làm giầu P trong đất. Rơm rạ vùi vào đất hoặc đốt thành tro trả lại đất khoảng 8 đến 12 kg P/ha/một vụ.
Chất hữu cơ trong đất và thảm thực vật là nguồn kali rất lớn bù đắp lại lượng kali do rửa trôi và cây trồng lấy đi hàng năm. Rơm rạ chứa 1,2 đến 2,7% K tức là lớn hơn nhiều lần so với lượng K bón vào đất. K trong rơm rạ có thể hòa tan trong nước và dễ tiêu đối với cây. Nhiều loài cây hoang dại cũng là nguồn kali sinh học đáng kể (như cỏ lào, cỏ tranh, quì dại…). Về mặt dinh dưỡng mà nói, đưa vật liệu hữu cơ vào đất (cày vặn rạ, tủ gốc, phủ đất…) chính là một biện pháp hoàn trả kali. Phát đốt cỏ dại trong khi canh tác là biện pháp tăng cường tức thời kali trao đổi tương tự như bón phân khoáng, Chất hữu cơ cũng là nguồn cung cấp silic, lưu huỳnh và vi lượng.
Trong các kết quả nghiên cứu rất thường gặp mối tương quan chặt chẽ giữa chất hữu cơ với các yếu tố vật lý, hóa học và hóa lý quyết định độ phì nhiêu của đất. Hệ số tương quan có độ tin cậy cao giữa C% với sức chứa ẩm tối đa (r=0,77), với N (r=0,85), với P dễ tiêu (r=0,57), với K trao đổi (r=0,52), với dung tích hấp thu (r=0,62), và với tỉ lệ kim loại kiềm của CEC (r=0.68) (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999).
Từ các kết quả nghiên cứu có thể khẳng định rằng chế độ chất hữu cơ đất có ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn dinh dưỡng, trạng thái dễ tiêu và các điều kiện hấp thu trao đổi chất của cây trồng. Thông qua việc điều khiến chế độ hữu cơ có thể điều chỉnh độ phì nhiêu tạo một nền đất thâm canh bền vững.
Hiệu quả sử dụng trực tiếp chất hữu cơ làm phân bón là rất thuyết phục. Cây phân xanh họ đậu có thể làm giảm yêu cầu về phân N hóa học khoảng 30-40kg N/ha. Hàm lượng N trong thân lá lạc vùi vào đất 30-44N kg/ha làm tăng năng suất lúa 1 – 2 tấn/ha
III, Vai trò của biện pháp sinh học đối với nền nông nghiệp sinh thái
Vai trò của biện pháp sinh học đối với nền nông nghiệp sinh thái bền vững thể hiện như sau (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999).
- Tạo một lớp phủ nhanh chóng bảo vệ đất, chống xói mòn và dòng chảy trên mặt, tăng nguồn sinh thuỷ;
- Giữ chất dinh dưỡng và nước bớt trôi theo chiều sâu và kéo dinh dưỡng ở dưới sâu lên tầng đất canh tác;
- Bổ sung đáng kể vào nguồn dinh dưỡng cây trồng, đặc biệt là đạm (cây phân xanh họ đậu có thể cung cấp từ 200 dến 300 kg N/ha) và kali (300-350 kg K2O/ha), chống lại sự giữ chặt lân và góp phần giải phóng lân dễ tiêu;
- Nâng cao dung tích hấp thu và thành phần kim loại kiềm trong tổng số ba dơ trao đổi;
- Tạo cấu trúc đất làm cho đất tơi xốp, tăng độ thấm nước và giữ nước;
- Điều hoà tiểu khí hậu khu vực và môi trường đất chung quanh hệ rễ cũng như trong cả quần thể cây trồng;
- Cây trồng xen cải thiện căn bản thành phần nông phẩm, lương thực thực phẩm, tăng hợp phần protein trong bữa ăn con người và khẩu phần gia súc;
- Tăng nguồn gỗ củi đun và góp phần cải thiện môi trường;
- Tăng cường tính đa dạng của sản phẩm nông lâm nghiệp;
- Tăng cường tuần hoàn chất hữu cơ trong môi trường, do vậy tăng tính đệm đối với tác động ô nhiễm;
- Tôn tạo cảnh quan tự nhiên, văn hoá và du lịch.
Trong hợp tác với FAO-UNEP, ISRIC (Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm) đánh giá về thoái hoá nhân tác đối với đất Việt Nam phát hiện rằng hai biện pháp có tác động lớn nhất giảm thiểu thoái hoá đất là biện pháp sinh học và biện pháp quản lý canh tác đất. Việt Nam là 1 trong 5 nước Đông Nam Á có thoái hoá do nước nghiêm trọng (chiếm 20% lãnh thổ). Kiểu thoái hoá mất lớp mặt đất diễn ra phổ biến hơn cả. Tiếp theo là sự thoái hoá hoá học đất gây chua hoá, mặn hoá, phèn hoá, kiệt màu đất, suy sụt độ phì nhiêu. Nguyên nhân gây thoái hoá bao gồm cả các hoạt động phi nông nghiệp và nông nghiệp; trong nông nghiệp đó là bố trí sai cơ cấu cây trồng, lạm dụng cơ giới, trồng chay, phá rừng, đốt nương, chăn thả gia súc không kiểm soát. Tất cả đều liên quan đến lớp phủ thực bì, điều đó phù hợp với tiến độ mất rừng 50% trong nửa thế kỷ qua (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999). Kết quả công trình cũng cho thấy rằng sử dụng đất hợp lý với sự yểm trợ của thảm cây phủ là giải pháp khả thi, hài hoà sinh thái nhân văn mà nông dân ta ưu tiên lựa chọn.
IV Chất hữu cơ trong mối quan hệ với thoái hóa đất và hoang mạc hóa
Để xác định đúng vai trò của thảm thực vật, quần thể động vật và vi sinh vật đối với quĩ đất, chúng ta trở về với một câu hái cơ bản “Đất khác với đá bột thế nào ?”. Câu hái đơn sơ này có câu trả lời cũng đơn giản nhưng rất bản chất “Chúng khác nhau ở sự có mặt chất hữu cơ”. Chính nhờ chu trình C trong tuần hoàn chất hữu cơ loài người chúng ta mới xuất hiện và tồn tại được trên Hành tinh Xanh này, chứ không phải ở đâu khác. Tiếc rằng hàng ngày hàng giờ “điều kiện đủ” này càng ngày càng trở nên “thiếu” vì phá rừng; khai má; nổ mìn; xả thải; đầu độc đất, cây và nước bằng đủ loại hóa chất v.v. tạo nên nghịch lý là càng phát triển tài nguyên đất càng thoái hóa.
Về bản chất, thoái hóa đất là sự suy giảm mức năng lượng hàm chứa trong chất hữu cơ đất và được chuyển hóa bởi quần thể vi sinh vật đất. Cho nên tốc độ phục hồi độ phì nhiêu đất sẽ phụ thuộc rất lớn vào việc sản xuất liên tục sinh khối và cung cấp cho đất lượng vất chất hữu cơ đủ lớn để bù lại lượng hữu cơ bị mất do khoáng hoá và rửa trôi. Chỉ khi có được một cân bằng dương về mùn thì độ phì nhiêu đất mới có thể duy trì lâu bền hoặc cải thiện thêm và các biện pháp nông học (giống, bón phân, tưới nước…) mới có thể phát huy đày đủ tác dụng (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999).
Về mặt vật lý, vai trò của mùn đất hết sức quan trọng, có tác dụng làm tăng dung tích hấp thu của đất, tạo cấu trúc tơi xốp cho đất tạo điều kiện cho rễ cây phát triển; vì phần lớn lượng rễ cây phân bố lớp đất mặt 0-30cm. Chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng thực vật quan trọng trên đất dốc. Phần lớn dự trữ đạm trong đất đồi núi là lấy từ nguồn hữu cơ, vì dạng đạm khoáng trong đất là rất hạn chế, trung bình không vượt quá 0,25% với biên độ từ 0,3% đến 0,02%. Các nghiên cứu đều dễ dàng phát hiện thấy có tương quan thuận rất chặt chẽ giữa hàm lượng đạm tổng số và chất hữu cơ trong đất với mức độ tin cậy rất cao. Hàm lượng chất hữu cơ đất là thước đo mức độ cung cấp đạm từ đất (Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm, 1998).
Khác với đất ngập nước, trên đất canh tác cạn, dạng NO3– và NH4+ không đáng kể và liên tục bị rửa trôi đáng kể ra khỏi tầng đất. Thế nhưng việc bón phân đạm khoáng để nâng cao hàm lượng đạm tổng số trong đất lên quả thật không dễ dàng chút nào. Những theo dõi của chúng tôi trong các thí nghiệm phân khoáng lâu năm (ví dụ thí nghiệm đối với chè ở Phú Mãn, Hoà Bình) và thực tế sản xuất (cà phê thâm canh ở Tây Nguyên) đều không phát hiện thấy chiều hướng tăng N tổng số một cách chắc chắn. Các thí nghiệm dài hạn khẳng định bón phân N lâu năm không cải thiện đáng kể tình trạng N trong đất. Như vậy việc bón phân N khoáng là một giải pháp tình thế để cung cấp N dễ tiêu hơn là để tạo ra độ phì nhiêu tiềm năng về đạm. Cũng chính vì vậy phân đạm hoá học luôn phải bón liên tục hàng vụ, chứ không thể bón một lượng cao và không nên chờ đợi hiệu lực tồn tại của nó (Lương Đức Loan, Hồ Công Trực, Nguyễn Tử Hải, 1998; Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm, 1998).
Trong đất đồi núi miền Bắc Việt Nam, lân tổng số từ trung bình đến nghèo, cao nhất chỉ có trong đất nâu đá bazan (0,2 – 0,3 %). Song đứng về độ phì nhiêu thực tế thì tổng số lân ít có ý nghĩa vì tuyệt đại bộ phận lân ở dạng khó tiêu đối với cây trồng. Chất hữu cơ đóng vai trò đặc biệt trong việc giải phóng lân và duy trì nồng độ lân dễ tiêu trong dung dịch đất. Đất đồi núi Việt nam rất giầu sắt và nhôm làm cho năng lực cố định cao và tốc độ cố định lân rất nhanh. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy có mối quan hệ tỷ lệ nghịch rất chắc chắn giữa hàm lượng chất hữu cơ đất và năng lực cố định lân. Mất chất hữu cơ làm cho năng lực cố định lân tăng vọt dẫn đến giảm hiệu lực phân lân bón vào đất. (Trần Khải, Nguyễn Tử Siêm, 1995; Lương Đức Loan, Hồ Công Trực, Nguyễn Tử Hải, 1998; Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1998).
Trong đất dốc thoái hóa vùng đồi núi Al-P và Fe-P chuyển hóa từ dạng hoạt động sang dạng cố kết chuyển hoá từ dạng hoạt động sang dạng cố kết có thể đạt đến 45%-55% tổng số lân khoáng. Tổng số các dạng lân khó tan (hoạt động và không hoạt động) có thể chiếm 95-100% lân tổng số. Sự chuyển hoá này làm cho lân dễ tiêu giảm xuống rất thấp chỉ 2-3 mg/100g đất trong khi mức độ lân dễ tiêu trong đất thường cần 8-10 mg/100g đất đối với nhiều cây trồng (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1987). Với năng lực chelat hoá cao, các hợp chất hữu cơ có thể liên kết với các ion Fe3+, Al3+, loại trừ độc tính của chúng, tránh cho lân khỏi bị giữ chặt và giải phóng lân từ dạng bị giữ chặt tạm thời (nhóm phôtphat hoạt động) sang dạng hoà tan (Nguyen Tu Siem, et al., 1994; Nguyen Tu Siem, Thai Phien, 1995).
Trên địa hình dốc kali luôn luôn có nguy cơ bị rửa trôi trong khi phần lớn cây trồng lại có nhu cầu kali cao (cây có củ, cây có sợi, chè, cà phê, mía, cây ăn quả). Như đã biết, việc bón kali hoá học ở vùng đồi núi là rất thấp cho nên cân bằng kali nếu có đạt được ở mức nào đó trên đất dốc chính là dựa vào nguồn kali hữu cơ (từ cỏ dại, phụ phẩm cây trồng, phân xanh v.v.) (Lương Đức Loan, Hồ Công Trực, Nguyễn Tử Hải, 1998; Thái Phiên, Trần Minh Tiến, Trần Quang Thống, Nguyễn Tử Siêm, Trần Đức Toàn, 1998).
Như trên đã trình bày, chất hữu cơ có tương quan chặt chẽ với phần lớn tính chất hoá học quyết định độ phì nhiêu đất, là nguồn chủ yếu của các cation trao đổi trong đất. Các hợp chất mùn hoá và axit hữu cơ đất đồi núi Việt Nam khá giầu các nhóm chức nhờ vậy đóng góp quan trọng vào phức hệ hấp thu trong khi phần khoáng có vai trò tương đối ít quan trọng hơn do khoáng sét phần nhiều có kiểu cấu trúc 1:1 vốn có khả năng trao đổi thấp. Hơn nữa các đất dốc thường nghèo keo khoáng. Bởi thế CEC phụ thuộc nhiều vào lượng keo hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ-khoáng, phần cung cấp điện tích mang dấu âm trong phức hệ trao đổi. Trong đất có thành phần cơ giới nhẹ sự phụ thuộc của CEC vào chất hữu cơ càng mạnh mẽ so với phụ thuộc vào phần khoáng của đất, điều này đúng với cả đất đồng bằng và đất đồi núi. Sự phụ thuộc của CEC vào khối lượng hữu cơ trong các đất có khoáng trội là kaolinit và gibsit tỏ ra mạnh hơn so với đất có khoáng trội là montmorillonit hay smectit. Rất thường thấy trong quá trình canh tác CEC giảm song song với sự suy thoái chất hữu cơ đất. Theo dõi trên nương trồng sắn luân lưu với lúa nương trên đất phiến thạch ở Bắc Thái cho thấy CEC chỉ còn là 9,5 me/100g đất và hàm lượng C chỉ còn 2,4% trong khi trị số tương ứng trong đất dưới rừng 30 năm trước là 17 me/100 g đất và C 4,3%.(Nguyen Tu Siem, et al., 1994; Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999).
Việc đưa chất hữu cơ mới vào đất làm tăng CEC rõ rệt ngay cả đất vốn đã có hàm lượng mùn khá cao như đất nâu đỏ bazan, điều đó chứng tỏ chất hữu cơ mới có hoạt tính cao hơn là chất hữu cơ nội tại của đất mà vị trí hấp thu đã bị bão hoà. Hơn nữa, việc vùi chất hữu cơ mới vào đất làm cho đất giầu hydrat cacbon, axit humic, apocrenic, fulvic là những hợp chất có nhiều nhóm chức và mạch nhánh có phản ứng trao đổi, liên kết mạnh (Nguyễn Tử Siêm, 1974; Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên 1999). Kết quả nghiên cứu cho thấy đất thoái hoá có vùi phân xanh làm tăng đáng kể CEC và tỷ lệ kim lạo kiềm Ca2+ và Mg2+ trong thành phần dung tích hấp thu (bình quân của 11 mẫu phân tích)
Bảng 2. Ảnh hưởng của phân xanh đến cation trao đổi của đất
| Không bón phân xanh | Có bón phân xanh | |
| CEC (me/100 g đất) | 12,6 | 18,2 |
| Ca2++Mg2+/CEC (%) | 8,8 | 10,4 |
Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999.
Các cây lương thực và cây hàng hoá đòi hỏi thâm canh cao và sinh lời lớn, đặc biệt là các giống lai, đều tập trung ở vùng đất thấp dẫn đến việc phân khoáng được bón ưu tiên cho đồng bằng và thung lũng, trong khi đất đồi núi vẫn ở tình trạng sử dụng theo kiểu khai thác độ phì nhiêu tự nhiên là chính (Lê Thị Dung, Thái Phiên, 1998).
V, Biện pháp sinh học nâng cao tuần hoàn chất hữu cơ đất
5.1. Cây cải tạo đất chủ yếu
Biện pháp áp dụng phổ biến là trồng các băng cây xanh cố định đạm (họ đậu) theo đường đồng mức (hedgerow). Các loài cố định đạm sử dụng phổ bién là cốt khí (Tephrosia candida), keo đậu (Leucaena glauca), đậu triều Ấn độ (Cajanus Cajan), Muồng hoa pháo (Calliandra calothyrsus) trong đó cốt khí là cây sử dụng phổ biến nhất. Ngoài các cây thân gỗ trên, một số loại cá cũng được sử dụng như cá voi (Elephant grass), cá sả, cá vertiver. Các loài cây cố định đạm làm băng cây xanh ngoài tác dụng bảo vệ đất, nâng cao độ phì đất còn có nhiều tác dụng khác như lá làm thức ăn chăn nuôi, lá có tinh dầu, cây cho quả ăn được. Nhược điểm của băng cây xanh là chiếm diện tích đất canh tác nên người dân thường không muốn áp dụng vì lợi ích trước mắt. Ngoài ra băng cây xanh có khi là nơi cư trú của một số loài sâu bệnh. Sau đây giới thiệu tóm tắt một số loài cây cố định đạm làm băng xanh (Thái Phiên, Trần Minh Tiến, Trần Quang Thống, Nguyễn Tử Siêm, Trần Đức Toàn, 1998; Lương Đức Loan, Hồ Công Trực, Nguyễn Tử Hải, 1998).
Cốt khí: Cây thân gỗ cao 2-3 m, nhiều cành lá, có thể sống trên nhiều điều kiện đất đai khác nhau, cây rất chụi hạn nhưng kém chịu úng, chịu lạnh. Do vậy ở miền núi phía Bắc cây kém phát triển. Cây có khả năng phân cành, tái sinh tốt, có thể trồng một lần, duy trì tới 4-5 năm. Một cây 3 tuối có thể phủ 1.2-1.5 m2. Năng suất xanh khá cao, có thể đạt 25-30 T/ha, trung bình 15-20 tấn. Lá chứa 3.5-4% đạm, 0.3% lân, và 1% kali. Nếu làm bằng chống xói mòn luân phiên nên trồng hàng cách hàng 5-10m, cây cách cây 0.5-1.0 m tuỳ độ dốc. Kỹ thuật trồng rất đơn giản. Hạt ngâm 4-5 giờ để nẩy mầm, mỗi hố bá 4-5 hạt, lấp đất máng 2-3 cm (Nguyễn Tử Siêm, 1993, Journal Contour No 14).
Cây keo dậu: (Leucaena glauca hoặc L.leucocephala) còn có tên khác là bình linh, táo nhơn me dại. Cây thân gỗ cao 3-4 m, quả dài tới 20cm, hoa trắng hoặc vàng. Năng suất lá và cành có thể đạt 5-10 tấn khô/ha. Khi gieo cần xử lý nước sôi 5 phút. Keo dậu trồng làm cây bóng cho chè, cà phê, với khoảng cách 5x5m’ trồng dày tỉa thưa làm củi. Cây còn được trồng làm cây chủ thả cánh kiến.
Cây đậu triều: Là cây thân gỗ lưu niên, giống cũ cao 4-6m, tồn tại tới 10 năm. Đặc điểm đậu triều có thể chịu hạn tốt nhất trong các cây họ đậu, thời gian sinh trưởng ngắn (100 ngày cho thu hoạch), để làm củi, phân xanh, hạt làm thức ăn gia súc hoặc cho người. Trước khi gieo, hạt xử lý nước sôi hoặc ngâm nước ấm 4-5 giờ. Làm phân xanh hoặc lấy củi sau 1 năm cắt cách gốc 1m để tái sinh chồi.
Muồng hoa pháo: là cây đa mục đích, mọc nhanh, có chùm hoa đá. Cây cao 4-6 m, nơi tốt có thể cao 12m, phù hợp với nhiều loại đất, kẻ cá đất chua. Cây có sinh khối lá xanh lớn, hàm lượng đạm cao (4.5%), thân và cành làm củi và than hầm, với chất lượng cao 4500-4750 Kcalo/kg gỗ khô. Cây có thể chặt và tái sinh chồi liên tiếp 20 năm.
Điền thanh. Các loài điền thanh đều chịu ngập úng khá, trồng thích hợp trong vùng lúa nước, có loài chịu mặn tốt là cây điền thanh hạt tròn (S. paludosa). Điền thanh thường làm phân xanh cao vài mét, khả năng sinh chồi; khả năng cố định N cao. Làm thức ăn gia súc rất tốt nhờ sinh trưởng nhanh, giầu N, thân mềm, lá và hoa đều ăn được.
Muồng lá tròn. là cây phân xanh chịu đất cát pha, chua, nghèo, chịu hạn khá nhưng không chịu úng. Cây cao 1,5-2,0 m, bộ rễ ăn sâu 0,5-0,7 m. Hàm lượng trung bình trong lá và cành non: N 3,3%, P2O5 0,3%, K2O 1%. Dùng làm cây phân xanh, cây phủ đất, che bóng. Trồng thuần cải tạo đất, năng suất rất cao trên 50 tấn chất xanh. Do chịu bóng nên có thể gieo xen vào cây lâu năm khi chưa giao tán; gieo làm các băng chống xói mòn, cắt định kỳ 2-3 lần, mỗi lần cách nhau 40 ngày (Lương Đức Loan, Hồ Công Trực, Nguyễn Tử Hải, 1998).
Đậu công. Cây bụi cao 2,5-3,0 m, thân mềm, tái sinh mạnh, bộ rễ ăn rất sâu (tới 2 m). Thảm lá rụng dày, lấn át cỏ dại khoẻ; được 3-4 lứa, năng suất cao. Đậu công rất thích hợp cho việc tạo băng xanh, trồng xen trong cây lâu năm, bộ rễ sâu hút nước và dinh dưỡng lên không tranh chấp với cây trồng chính.
Đậu mèo. Thời gian sinh trưởng một năm, nhưng nhờ khả năng tái sinh mạnh nên trồng một lần có thể để duy trì vài năm tuỳ thời tiết. Do đậu mèo ở Việt Nam có một vài nhược điểm, ít phổ biến rộng, năm 1992 đã nhập giống đậu mèo Thái Lan, thân dài (2,5-3,0 m), mọc khoẻ, sát đất tạo thành một thảm tươi dày 40-50 cm chống xói mòn tốt. Với nhiều nốt sần lớn đường kính 2-3 mm, phủ tối đa 11 m2/cây, sau 45 ngày với mật độ 1m x 1m cây có thể che phủ đất hoàn toàn. Khả năng chịu cắt khá tốt, ở Tây Nguyên lứa cắt đầu cho 30-35 tấn chất xanh/ha, một tháng sau cắt lần 2 cho 20-28 tấn/ha. Cây đạt được yêu cầu phủ xanh vụ mưa, phủ khô vụ hạn. Bộ lá trút vào mùa khô không có nguy cơ tranh chấp nước với cây trồng chính. Tại Đắc Lắc sau 100 ngày có thể đạt 27-41 tấn tươi/ha tương ứng với 4-6 tấn khô/ha. Trồng dày 1 m x 1m sau 100 ngày năng suất chất khô có thể tăng gấp rưỡi so với trồng thưa 1,5 m x 1,5 m.
Đậu hồng đáo. Ưu điểm quan trọng là cây phân xanh có thể ăn hạt, tái sinh khoẻ, trồng quanh năm. Năng suất chất xanh từ 30-40 tấn/ha hay 5- 7 tấn khô/ha. Năng suất hạt 1,2 – 1,5 tấn/ha, sau đó dùng để lấy chất xanh (12-15 tấn/ha). Nếu không lấy hạt thì sau 2 tháng lấy chất xanh làm phân (30-35 tấn/ha), thu lá non có thể dùng làm thức ăn cho lợn. Là cây chịu hạn và đàn áp cỏ dại.
Đậu nho nhe. Còn gọi là đậu Cao Bằng là cây hàng năm, có thân leo, mềm, thời gian sinh trưởng 140-160 ngày, khả năng tái sinh mạnh, tốc độ phủ đất nhanh, sau 2 tháng đã phủ kín đất. Năng suất chất xanh đạt 30 tấn/ha. Thân lá giầu đạm và kali, chứa 3,7% N; 0,85% P2O5, 3% K2O. Phổ biến trồng xen, trồng gối với ngô. Thu bắp ngô, để lại thân làm giá cho đậu leo và thu hoạch vào tháng 11. Trồng xen trong ngô được 25 tấn chất xanh và 0,5 – 1.0 tấn/ha.
Cỏ Vetiver. (hương lau, cỏ hương bài, hương căn thảo). Cỏ bảo vệ đất: tạo băng mềm nhanh và lưu niên; cao 2 m, hệ rễ khoẻ, ăn rộng 50 cm, sâu 50 cm, rễ chính sâu tới 3 m. Chịu hạn, sâu bệnh, đất xấu, chăm sóc tối thiểu; thân ngầm không bị cháy, chịu chăn thả mạnh. Vetiver có thể dùng làm băng chống xói mòn cho đất dốc, đường, đê, đập. Dầu vetiver (hương căn thảo du) đã được mô tả từ lâu trong Kinh Vệ đà, dùng làm hương liệu, nước hoa. Tỷ lệ dầu ở rễ là 3%, năng suất dầu 50 kg/ha/năm (Thái Phiên, Trần Thị Tâm, La Nguyễn, 1998).
5.2. Các mô hình sử dụng băng cây xanh canh tác trên đất dốc
Sử dụng băng cây xanh cốt khí bảo vệ đất, cung cấp chất xanh nâng cao độ phì đất trong trồng chè ở vùng đồi. Đây là mô hình rất phổ biến áp dụng ở vùng đồi trung du trồng chè. Băng cốt khí còn có tác dụng thu hút côn trùng, sâu bệnh cư trú nên dễ có điều kiện tiêu diệt chúng.
Sử dụng băng cây xanh để thâm canh sắn đồi. Người ta trồng các băng xanh (cây muồng, cốt khí) lấy lá làm phân, thân cây làm củi.
Mô hình quế – cốt khí làm băng chắn: Ở Thác Bà (Yên bái) có thể gặp các mô hình trồng quế có băng chắn là cốt khí. Cốt khí che bóng cho quế non và được đốn phát 4 lần trong năm để làm phân xanh. Sau 3 năm cốt khí đốn làm củi và đuợc trồng lại.
Sử dụng băng cây xanh để canh tác lúa rẫy: ở xã Ngọc Phái (Bắc Kạn) canh tác lúa rẫy có cốt khí tạo thành băng theo đường đồng mức. Sau 4 năm canh tác năng suất lúa ổn định, đã áp dụng toàn xã.
Sử dụng băng cây xanh trên vùng nhiệt đới bán khô hạn: Vùng Phan Rang, đất trung tính và rất khô hạn. Người dân làm ruộng bậc thang rộng 5-10m trồng đậu đỗ, lạc, củ đậu… Trên các trồng cây keo dậu theo đường đồng mức. Cây keo dậu được đốn lấy phân xanh, thân làm củi.
Mô hình trồng cây cố định đạm trên đất nương rẫy bá hoá: ở Hoà Bình trồng đậu triều, cốt khí, keo dậu. Mật độ rất dày (10.000 cây/ha). Kết quả cho thấy: keo dậu cho khối lượng chất hữu cơ cao nhất 41 tấn/ha cung cấp một lượng đạm đáng kể (40-100 kg N /ha/18 tháng ). Kết quả là rút được 1/2 thời gian bá hoá (khoảng 4-5 năm, năng suất lúa nương đạt 910-960 kg/ha/vụ tương đương với đất bá hoá có rừng tự nhiên phục hồi lại sau 6 năm (Nguyễn Tử Siêm và ctv, 2004).
5.3 Một số mô hình nông –lâm kết hợp trên đất dốc
Mô hình Bồ đề hoặc Mỡ kết hợp lúa nương, ngô. Bồ đề (Styrax tonkinensis) là một trong những cây nguyên liệu giấy mọc nhanh trên đất còn tính chất đất rừng và được trồng phổ biến, là cây rụng lá vào mùa đông nên dễ trồng NLKH giữa Bồ đề + lúa cạn hoặc ngô. Lúa cạn có thể trồng dưới rừng Bồ đề tới 3-4 năm; hạn chế cá dại chít, chè vè, nứa tái sinh…tạo điều kiện cho rừng Bồ đề phát triển tốt.
Mô hình Lim xanh -Dứa. Lim xanh (Erythrophloeum fordii) là cây họ đậu, tán lớn cũng được gây trồng ở nhiều vùng. Dứa ta thuộc nhóm dứa đá Tây Ban Nha (Red Spanísh) cây cao, to, quả khá lớn (800 – 1.000 g). Mô hình đã áp dụng trên 50 năm.. Sau 30 năm kinh doanh dứa cho năng suất trung bình hàng năm 3-4 tấn quả /ha/năm.
Mô hình trồng Bời lời trồng xen. Bời lời đá (Litsea glutinosa) là cây gồ vá có tinh dầu dùng làm nhang đốt, keo dán và dược liệu. Ở Tây Nguyên bời lời được trồng dày 5000 cây /ha, năm đầu có thể trồng xen ngô, đậu, đỗ và năm thứ 2 trồng xen sắn, đậu đỗ. Ngô đạt 1800kg hạt/năm, sắn 4.500 kg sắn khô, đậu đỗ trồng xen 150-300kg/ha.Từ năm thứ 6 bắt đầu tỉa thưa rừng (thu vá 1000 cây/ha). Tuổi khai thác bời lời đá 7 năm sau đó kinh doanh rừng chồi.
Mô hình NLKH dưới rừng luồng, tre trúc. Luồng Thanh Hoá được trồng phổ biến ở nhiều tỉnh trung du miền Bắc; mô hình NLKH với rừng luồng là trồng xen lúa nương, ngô, lạc, sắn, thiên niên kiện trong thời gian 2 năm đầu. Năm đầu đất tốt trồng lúa nương (NS đạt 1.5-2 tấn /ha/vụ); năm thứ hai trồng sắn (3-5 tấn sắn tươi /ha/vụ). Thiên niên kiện là cây thuốc thân ngầm, dưới tán rừng, có thể khai thác hàng năm, thân, rễ có tinh dầu.
Các mô hình trồng rừng quế , hồi theo phương thức NLKH. Quế trồng rất dày ,mật dộ 10.000-20.000 cây/ha. Sắn trồng thưa 6500 gốc/ha. Năm thứ 4 quế vẫn cần tán che nên thường để sắn lưu 2 năm. Ở Ba Chẽ (Quảng Ninh) có tập quán trồng xen dứa ta dưới rừng quế đã khép tán (5 tuổi). Mô hình trồng Hồi + Trám kết hợp cây nông nghiệp tại Lạng Sơn: trồng hỗn giao Hồi 300 cây + Trám trắng 50-70 cây trám trắng. Trồng rừng Hồi + Chè Shan có thể xen cốt khí và dứa. Trồng rừng Hồi xen tre vầu. và trồng xen cây nông nghiệp trong 3 năm đầu. Sau 8 năm sẽ có rừng Hồi xen vầu trong đó Hồi chiếm tầng trên.
LỜI KẾT
- Đất khác với đá ở chỗ có mặt carbon hữu cơ, khoáng vật dù bị phong hóa vật lý và hóa học thành những phần tử mịn đến mấy cũng chưa bắt đầu quá trình thành thổ tạo nên độ phì nhiêu nếu chưa có mặt của quá trình hình thành các hợp chất mùn. Tiền đề cơ bản này quyết định một nguyên lý quan trọng trong sử dụng đất là duy trì mức độ mùn đất thông qua tuần hoàn chất hữu cơ đất. Xu thế và sản phẩm của quá trình mùn hóa là sản phẩm phân giải chất hữu cơ là mùn kém bền, fulvat hoá chiếm ưu thế. Ngay cả acid humic cũng trùng ngưng kém, phân tử lượng thấp, dễ di động. C liên kết hờ với các sesquioxyt là nhóm trội, dễ hoà tan và có năng lực phá huỷ mạnh khoáng vật. Do vậy cả rửa trôi và lessivage đều có thể sảy ra.
- Hợp chất hữu cơ đất rất giầu nhóm chức có khả năng chelat hoá Al3+, Fe3+ và các kim loại nặng, có thể tận dụng vô hiệu hoá kim loại nặng độc hại, giảm giữ chặt P, tăng hiệu lực phân lân. Chất hữu cơ đất có quan hệ đến hầu hết chỉ số chi phối độ phì nhiêu (N, P dễ tiêu, K trao đổi, CEC,…), mất hữu cơ kéo theo hàng loạt hệ quả. Do vậy, muốn duy trì độ phì, sử dụng đất lâu bền phải tạo lập một nền hữu cơ cân bằng động.
- Duy trì và thúc đẩy chu trình tuần hoàn chất hữu cơ trong đất cần chú trọng các điểm sau đây trong quản lý đất nông lâm nghiệp nước ta:
– Điều kiện nhiệt đới ẩm vô cùng thuận lợi cho việc hình thành một sinh khối lớn trên mặt đất cũng như dưới mặt đất, đặc biệt đối với các cây nông nghiệp, rừng trồng. Ngoài phần thu hoạch kinh tế, thì sản phẩm phụ và tàn dư là đáng kể, cần tận dụng trả lại đất.
– Trên nền nhiệt và độ ảm trung bình khá cao, tốc độ khoáng hoá nhanh, hệ số mùn hoá thấp, suy giảm mùn và N là xu thế phổ biến sau khi khai hoang đất đưa vào vào canh tác. Cần bổ sung nguồn hữu cơ mới liên tục để duy trì cân bằng.
– Nhiều năm qua, các công thức tuần hoàn chất hữu cơ được phát triển và áp dụng với các cây trồng khác nhau đã thành công, khẳng định đây là một giải pháp quản lý đất bền vững cả về kinh thế, xã hội và môi trường.
Nguyễn Tử Siêm
