Luận án nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng bắc trung bộ

Đất cát biển Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha, chiếm 41% diện tích đất cát biển cả nước. 148 trang · Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam · 2018.

• Tác giả: Bùi Thị Phương Loan
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Quang Hà
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Nông nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiện Trạng Hữu Cơ Và Biện Pháp Nâng Cao Khả Năng Cố Định Các Bon Trong Đất Cát Biển Vùng Bắc Trung Bộ
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.2.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. Tính mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
• 1.1. Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất
• 1.1.1. Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất
• 1.1.2. Thành phần chất hữu cơ của đất
• 1.1.3. Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất
• 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất hữu cơ và tổng hợp chất mùn trong đất
• 1.1.5. Vai trò và lợi ích của chất hữu cơ trong đất
• 1.1.6. Các biện pháp cải thiện chất và lượng của chất hữu cơ trong đất và trong các loại sử dụng đất
• 1.1.7. Tổng quan về đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, quá trình hình thành, phân loại, tính chất và vai trò chất hữu cơ trong đất cát biển
• 1.1.7.1. Ðiều kiện và quá trình hình thành đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và một số tính chất đất
• 1.1.7.2. Phân bố các loại đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 1.1.7.3. Nguy cơ thoái hoá hữu cơ trong đất cát biển và vai trò hữu cơ trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 1.1.7.4. Các loại sử dụng đất chính trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và ảnh hưởng của chúng đến tính chất đất cát biển
• 1.1.8. Cơ sở khoa học, kinh nghiệm quốc tế và trong nước về ứng dụng mô hình để đánh giá hàm lượng các bon trong đất và tính tổng lượng phát thải KNK
• 1.1.8.1. Mô hình tính toán phát thải mê tan (MEM)
• 1.1.8.2. Mô hình phát thải khí mê tan từ hệ thống canh tác lúa (MERES)
• 1.1.8.3. Mô hình tính toán cân bằng các bon (EX-ACT)
• 1.1.8.4. Mô hình sinh địa hóa trong đất (DNDC)
• 1.1.8.5. Dự báo biến đổi khí hậu vùng Bắc Trung Bộ theo kịch bản BĐKH
• 3. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 2.2.2. Thời gian nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra
• 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng
• 2.4.3. Phương pháp phân tích đất
• 2.4.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
• 2.4.5. Phương pháp ứng dụng mô hình hóa
• 2.4.6. Phương pháp phân tích hiệu quả thí nghiệm và mô hình
• 2.5. Một số đặc tính về tính chất đất và vật liệu hữu cơ sử dụng trong thí nghiệm
• 2.5.1. Tính chất đất tại vùng nghiên cứu
• 2.5.2. Hàm lượng dinh dưỡng các loại vật liệu sử dụng tại vùng nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và các loại sử dụng đất
• 3.1.1. Đặc điểm khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ
• 3.1.2. Hiện trạng sản xuất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 3.2. Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất
• 3.2.1. Một số đặc điểm lý, hóa học của đất cát biển trên một số loại/kiểu sử dụng đất
• 3.2.1.1. Ảnh hưởng của các loại/kiểu sử dụng đất đến một số tính chất lý học đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 3.2.1.2. Ảnh hưởng của kiểu sử dụng đất đến một số tính chất hóa học đất trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 3.2.2. Đặc điểm hữu cơ trên các loại sử dụng đất cát biển ở vùng Bắc Trung Bộ
• 3.2.2.1. Ảnh hưởng của loại/kiểu sử dụng đất đến hàm lượng các bon hữu cơ (OC%), axít humic và axít fulvic trong đất cát biển Bắc Trung Bộ
• 3.2.3. Mối quan hệ giữa hữu cơ trong đất (các bon hữu cơ và các axít mùn) với các tính chất vật lý trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
• 3.3. Nghiên cứu nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ
• 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển
• 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH và các biện pháp che tủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ trong đất cát biển
• 3.3.3. Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ trong đất cát biển trên các loại hình sử dụng đất thông qua mô hình trình diễn
• 3.3.4. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trên các loại sử dụng trong đất cát biển
• 3.3.5. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến tích lũy các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong các loại sử dụng trên đất cát biển
• 3.3.6. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến năng suất và hiệu quả kinh tế
• 3.3.7. Ứng dụng mô hình DNDC để mô phỏng tích lũy các bon hữu cơ và xác định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH
• 3.3.8. Mô phỏng sự thay đổi lượng SOC trên các loại sử dụng đất chuyên lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu (2 vụ lạc) trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH
• 3.3.9. Mô phỏng và dự báo phát thải khí nhà kính trong loại sử dụng chuyên lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu (2 vụ lạc) theo kịch bản BĐKH đến năm 2035
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đất cát biển Bắc Trung Bộ

Đất cát biển Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha, chiếm 41% diện tích đất cát biển cả nước. Đặc điểm của loại đất này là lớp mặt màu trắng hoặc trắng xám, với khả năng tích lũy oxyt sắt lớn. Tuy nhiên, đất cát biển có nhiều hạn chế trong sản xuất nông nghiệp do nghèo dinh dưỡng và chất hữu cơ. Việc nâng cao khả năng cố định carbon trong đất cát biển là cần thiết để cải thiện độ phì nhiêu và bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc điểm và phân loại đất cát biển

Đất cát biển được phân thành ba nhóm chính: cồn cát trắng, cồn cát vàng và đất cát ven biển. Thành phần cơ giới của đất cát biển chủ yếu là cát đến cát rời, với khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng rất kém. Điều này dẫn đến sự khoáng hóa nhanh chóng của chất hữu cơ trong đất, làm giảm khả năng sản xuất nông nghiệp.

II. Tác động của chất hữu cơ đến khả năng cố định carbon

Chất hữu cơ trong đất đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ phì nhiêu và khả năng sản xuất của đất. Hàm lượng chất hữu cơ không chỉ là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật mà còn ảnh hưởng đến quá trình khoáng hóa và chất dinh dưỡng trong đất. Việc tăng cường chất hữu cơ sẽ giúp nâng cao khả năng hấp thụ carbon và cải thiện chất lượng đất.

2.1. Vai trò của chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đất, khả năng giữ nước và cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng. Suy giảm hàm lượng các bon hữu cơ trong đất có thể ảnh hưởng lớn đến độ phì của đất và sản xuất nông nghiệp. Do đó, việc duy trì và nâng cao chất hữu cơ là cần thiết để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

III. Các biện pháp nâng cao khả năng cố định carbon

Để nâng cao khả năng cố định carbon trong đất cát biển, cần áp dụng các biện pháp canh tác hợp lý, bao gồm cải thiện chất và lượng hữu cơ. Việc sử dụng phân bón hữu cơ, kết hợp với các biện pháp che phủ và giảm phân khoáng sẽ giúp tăng cường hàm lượng các bon trong đất, từ đó nâng cao năng suất cây trồng và bảo vệ môi trường.

3.1. Giải pháp canh tác cải thiện hữu cơ

Các giải pháp canh tác như sử dụng phân hữu cơ, than sinh học và các biện pháp che phủ có thể giúp cải thiện chất lượng đất. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp các loại phân bón hữu cơ với phân khoáng có thể nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất, từ đó góp phần giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nâng cao khả năng cố định carbon trong đất cát biển Bắc Trung Bộ là một nhiệm vụ quan trọng nhằm cải thiện độ phì nhiêu và bảo vệ môi trường. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về các biện pháp canh tác và quản lý đất để đảm bảo phát triển bền vững cho vùng đất này. Việc áp dụng các giải pháp cải thiện chất hữu cơ sẽ không chỉ nâng cao năng suất cây trồng mà còn góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính.

4.1. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu về các loại phân bón hữu cơ và các biện pháp canh tác khác để xác định hiệu quả của chúng trong việc nâng cao khả năng hấp thụ carbon. Đồng thời, việc theo dõi và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến đất cát biển cũng cần được thực hiện để có những điều chỉnh kịp thời trong quản lý đất.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha (chiếm khoảng 41% tổng diện tích đất cát biển của cả nước), phân bố trải dài qua 6 tỉnh từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên - Huế. Đây là loại đất có thành phần cơ giới thô (cát đến cát rời, cát pha chiếm trên 90–98%), dung tích hấp thu (CEC) rất thấp (< 10 cmolc/kg, nhiều nơi < 3 cmolc/kg), nghèo mùn và dinh dưỡng khoáng, khả năng giữ nước và phân bón kém. Dưới tác động của chế độ nhiệt ẩm gió mùa khắc nghiệt, quá trình khoáng hóa chất hữu cơ diễn ra nhanh chóng và triệt để, dẫn đến suy thoái hữu cơ, xói mòn và sa mạc hóa cục bộ.

Các bon hữu cơ trong đất (SOC) chiếm khoảng 58% chất hữu cơ đất (OM), giữ vai trò then chốt trong việc duy trì cấu trúc đất, dung tích hấp thu, khả năng giữ ẩm và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, việc gia tăng tích lũy các bon trong đất canh tác vừa giúp phục hồi độ phì nhiêu đất cát biển, vừa chuyển hóa các bon thành dạng bền vững, giảm phát thải khí nhà kính (CO2, CH4, N2O). Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào phân loại đất hoặc kỹ thuật thâm canh đơn lẻ, chưa giải quyết một cách có hệ thống mối quan hệ giữa các bon hữu cơ, thành phần mùn với tính chất đất, cũng như chưa định lượng được khả năng cố định các bon và dự báo phát thải khí nhà kính theo kịch bản biến đổi khí hậu trên vùng đất này. Luận án "Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ" của nghiên cứu sinh Bùi Thị Phương Loan (chuyên ngành Thổ nhưỡng học, thực hiện tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam dưới sự hướng dẫn của PGS. Phạm Quang Hà và TS. Trần Minh Tiến) được triển khai nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu trên.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu đề xuất được giải pháp nâng cao độ phì nhiêu đất cát biển thông qua cải thiện chất và lượng hữu cơ nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất, bảo đảm hiệu quả của sản xuất trồng trọt, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • Đánh giá được hiện trạng hữu cơ (các bon tổng số và thành phần mùn) trong đất cát biển ở các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ.
   • Xác định được mối quan hệ giữa các bon tổng số trong đất với tính chất vật lý, hoá học trong đất cát biển.
   • Lượng hóa được khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ.
   • Đề xuất được một số biện pháp canh tác cải thiện hữu cơ để nâng cao hiệu quả sử dụng đất góp phần giảm phát thải khí nhà kính (KNK) tại vùng nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Đất cát biển (các chỉ tiêu lý, hóa học, hàm lượng các bon hữu cơ tổng số SOC, các thành phần mùn gồm axit humic và axit fulvic); các loại hình sử dụng đất chính (chuyên lúa, chuyên màu/lạc, chuyên rau); các vật liệu hữu cơ và biện pháp kỹ thuật cải tạo đất (phân khoáng NPK, phân chuồng, phân hữu cơ vi sinh, than sinh học - TSH từ trấu, vật liệu che phủ bằng rơm rạ và ni lông); mô hình sinh địa hóa DNDC.
• Phạm vi không gian: Vùng đất cát biển Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế; các thí nghiệm đồng ruộng và mô hình trình diễn chuyên sâu được bố trí tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An.
• Phạm vi thời gian: Đề tài thu thập số liệu điều tra hiện trạng trong giai đoạn 2013–2015 gắn với Chương trình KHCN-BĐKH/11-15; triển khai thí nghiệm thực địa trong các vụ sản xuất giai đoạn 2013–2015; ứng dụng mô hình hóa dự báo tích lũy SOC và phát thải KNK theo kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2035; luận án bảo vệ năm 2018.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo các nhóm nội dung:

• Bản chất, vai trò của chất hữu cơ và các bon trong đất: Các công trình của Stevenson (1994), Pettit (2004), Sylvia và cs (2005), Nieder và Benbi (2008), Kamau và cs (2008) đã phân tích chi tiết cấu trúc tàn dư thực vật (xenlulo, hemixenlulo, linhin, protein), các phân đoạn mùn (axit humic, axit fulvic, humin) và sinh khối vi sinh vật đất. Quá trình biến đổi chất hữu cơ gồm ba con đường: khoáng hóa (thối mục hiếu khí và thối rữa kỵ khí), mùn hóa và đồng hóa vi sinh vật. Tác giả Trần Văn Chính (2006), Võ Thị Gương (2010), Ngô Thị Đào và Vũ Hữu Yêm (2005) khẳng định phức liên kết giữa keo mùn - khoáng sét - vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong việc hình thành cấu trúc hạt kết, nâng cao dung tích hấp thu (CEC) và cải thiện dung lượng đệm của đất nhiệt đới.
• Biện pháp kỹ thuật cải thiện chất hữu cơ và độ phì đất: Các nghiên cứu của Giller và cs (1997, 1998), Diekow và cs (2005), Gangwar và cs (2005), Anthony và cs (2003) chứng minh việc bón kết hợp phân hữu cơ với phân khoáng, vùi phế phụ phẩm cây họ đậu và rơm rạ giúp duy trì cân bằng các bon dương, tăng đạm tổng số và lân, kali dễ tiêu. Trong nước, Phan Liêu (1978, 1986), Nguyễn Vi và Trần Khải (1978), Nguyễn Tử Siêm và cs (1990, 1999), Nguyễn Công Vinh và cs (1998), Phạm Tiến Hoàng (2003), Ngô Ngọc Hưng và cs (2004), Trần Thị Thu Hà (2004, 2006), Lê Văn Quang và cs (2006), Hoàng Văn Tám và cs (2013, 2014), Nguyễn Thu Hà và cs (2016), Hồ Huy Cường và cs (2016) đã xác định hiệu lực của phân chuồng, phân hữu cơ vi sinh, bón vôi và phân khoáng hợp lý trên đất cát nghèo dinh dưỡng ở miền Trung và Đông Nam Bộ.
• Nghiên cứu ứng dụng than sinh học (TSH) và che phủ đất: Lehmann và cs (2002), Tryon (1948), Piccolo và Mbagwu (1990, 1996, 1997), Liang và cs (2006), Steiner và cs (2007, 2010), Kimetu và cs (2008), Hoàng Minh Tâm và cs (2013), Trần Viết Cường (2015) ghi nhận TSH có diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ cation (Ca2+, Mg2+, K+, NH4+) rất lớn, làm tăng pH và độ bền hạt kết, giảm rửa trôi dinh dưỡng. Nghiên cứu của A. Ramakrishna và cs (2006), P. Ghosh và cs, Nguyễn Thị Chinh và cs (2001) chỉ ra hiệu quả giữ ẩm, chống bốc thoát hơi nước và tăng năng suất cây trồng của việc che phủ bằng rơm rạ và ni lông.
• Ứng dụng mô hình hóa trong đánh giá cân bằng các bon và phát thải KNK: Các mô hình MEM, MERES, EX-ACT và DNDC (DeNitrification-DeComposition) được rà soát. Mô hình DNDC là công cụ mô phỏng quá trình sinh địa hóa của C và N trong đất nông nghiệp, cho phép tính toán biến động SOC và lượng phát thải các khí CH4, N2O theo các kịch bản thời tiết và biện pháp quản lý canh tác.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn: Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về độ phì và cây trồng trên đất cát, nhưng tại vùng Bắc Trung Bộ, dữ liệu định lượng về đặc điểm chất lượng hữu cơ (tỷ lệ axit humic/axit fulvic) theo từng loại hình sử dụng đất còn thiếu; chưa có nghiên cứu kết hợp đồng bộ giữa phân khoáng giảm thiểu với phân hữu cơ, than sinh học và che phủ đất nhằm tối ưu hóa khả năng cố định các bon bền vững; đồng thời chưa có công trình ứng dụng mô hình sinh địa hóa DNDC để mô phỏng động thái SOC và phát thải KNK dưới tác động của biến đổi khí hậu trên nền đất cát biển của vùng.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên lý thuyết về chu trình sinh địa hóa các bon và nitơ trong hệ sinh thái nông nghiệp; cơ chế khoáng hóa và mùn hóa xác hữu cơ theo quan điểm của Stevenson (1994) và Dragunov; thang phân loại hàm lượng chất hữu cơ của W. Siderius (1992); và nguyên lý mô phỏng quá trình phân hủy các bon - đề nitrat hóa của mô hình DNDC.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

• Phương pháp thu thập thông tin và điều tra: Điều tra nông hộ, thu thập số liệu thứ cấp về diện tích, cơ cấu cây trồng, tình hình sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và phụ phẩm nông nghiệp tại các tỉnh Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế).
• Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Bố trí thí nghiệm theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) có lặp lại tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An:
  • Thí nghiệm trên đất chuyên lúa (2 vụ/năm): Đánh giá hiệu lực của phân khoáng kết hợp phân chuồng, phân hữu cơ vi sinh (HCVS) và than sinh học (TSH).
  • Thí nghiệm trên đất chuyên màu/lạc (2 vụ/năm): Đánh giá hiệu lực phối hợp giữa phân bón (khoáng, phân chuồng, HCVS, TSH) và biện pháp che phủ đất (che phủ ni lông, che phủ rơm rạ, không che phủ).
  • Mô hình trình diễn: Ứng dụng giải pháp giảm phân khoáng kết hợp bón phân hữu cơ và TSH trên các loại sử dụng đất chuyên lúa, chuyên lạc và chuyên rau.
• Phương pháp phân tích đất trong phòng thí nghiệm:
  • Thành phần cấp hạt theo phương pháp ống hút Robinson;
  • pH (H2O và KCl) đo bằng máy đo pH tỷ lệ đất:dung dịch 1:2,5;
  • Dung tích hấp thu (CEC) và cation trao đổi (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) bằng phương pháp Amoni axetat pH 7;
  • Đạm tổng số (Nts) theo phương pháp Kjeldahl;
  • Lân tổng số (P2O5ts) và lân dễ tiêu (P2O5dt) theo phương pháp Oniani/Bray II;
  • Kali tổng số (K2Ots) và kali trao đổi (K2Odt) bằng đo quang kế ngọn lửa;
  • Các bon hữu cơ tổng số (OC%) xác định theo phương pháp Walkley-Black;
  • Phân tích thành phần mùn (axit humic và axit fulvic) theo phương pháp Tyurin/Kononova.
• Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng phần mềm DNDC để mô phỏng động thái tích lũy các bon hữu cơ trong đất (SOC) và tính toán tổng lượng phát thải khí nhà kính (CH4, N2O, quy đổi CO2 tương đương - CO2-e) đối với loại hình chuyên lúa và chuyên màu trên đất cát biển đến năm 2035 dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
• Phương pháp xử lý số liệu và phân tích kinh tế: Xử lý thống kê bằng phần mềm Excel và SAS/SPSS (tính giá trị trung bình, sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD, phân tích tương quan, phân tích thành phần chính PCA theo các trục F1, F2); phân tích hiệu quả kinh tế dựa trên chi phí đầu vào, năng suất thực thu, tổng thu, lãi thuần và tỷ suất lợi nhuận.

Chỉ tiêu đất cát biển ban đầu (Nghi Lộc, Nghệ An)	Giá trị ghi nhận
Thành phần cấp hạt cát (0,05 - 2,0 mm)	90,5 - 98,2%
Dung tích hấp thu (CEC)	2,1 - 4,8 cmolc/kg
pHKCl	4,2 - 4,9 (chua đến ít chua)
Hàm lượng OC%	0,25 - 0,65% (rất nghèo đến nghèo)
Đạm tổng số (Nts)	0,02 - 0,06%
Lân dễ tiêu (P2O5dt)	2,0 - 5,0 mg/100g đất
Kali dễ tiêu (K2Odt)	2,5 - 6,8 mg/100g đất

---

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1 tổng thuật các cơ sở khoa học về động thái chất hữu cơ đất, phân loại đất cát biển và các mô hình tính toán phát thải khí nhà kính.

Về hiện trạng đất đai, tổng diện tích đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ là 205,7 - 215,3 nghìn ha, bao gồm 4 nhóm chính: cồn cát trắng (74,7 nghìn ha, chiếm 36,3%), cồn cát vàng (19,1 nghìn ha, chiếm 9,3%), đất cát biển điển hình (106,1 nghìn ha, chiếm 51,7%) và đất cát glây (5,7 nghìn ha, chiếm 2,7%).

Loại đất cát biển	Diện tích toàn vùng (1000 ha)	Tỷ lệ (%)	Thanh Hóa	Nghệ An	Hà Tĩnh	Quảng Bình	Quảng Trị	Thừa Thiên - Huế
Cồn cát trắng	74,7	36,3	-	-	-	27,6	21,7	25,4
Cồn cát vàng	19,1	9,3	1,2	1,99	12,34	-	3,6	-
Đất cát biển điển hình	106,1	51,7	19,6	26,43	25,68	5,6	8,9	19,8
Đất cát Glây	5,7	2,7	-	-	-	3,8	-	1,9
Tổng cộng	205,7	100	20,8	28,42	38,02	37,0	34,2	47,1

Theo điều tra của Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp (2002), 63% diện tích đất cát được sử dụng cho nông lâm ngư nghiệp, trong đó đất cát biển điển hình chiếm tỷ trọng khai thác nông nghiệp cao nhất. Đất cát ven biển có 11 loại phân loại phụ (Đặng Văn Thuyết, 2005) từ cát trắng vàng di động sát biển đến bãi cát xám trắng ngập nước quanh năm.

Về cơ cấu cây trồng, diện tích canh tác chuyên màu đạt 54.170 ha, chuyên 2 vụ lúa đạt 18.170 ha. Diện tích gieo trồng lạc đạt 36.120 ha (26,3%), lúa đạt 36.340 ha (19,9%), khoai lang đông 26.120 ha (14,2%), vừng 26.120 ha (14,2%), rau các loại 15.000 ha (8,2%). Đất cát biển trong vùng có đặc tính nghèo hữu cơ (OM < 1%), hàm lượng mùn chỉ khoảng 0,9%, axit fulvic chiếm ưu thế tuyệt đối so với axit humic (tỷ lệ C_HA/C_FA < 1), cấu trúc hạt kém bền vững, khoáng hóa nhanh khi chịu nhiệt độ cao và chế độ canh tác bón nhiều phân vô cơ.

---

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

Chương 2 mô tả chi tiết vật liệu nghiên cứu, địa bàn thực nghiệm và quy trình phân tích. Địa điểm nghiên cứu đặt tại huyện Nghi Lộc (tỉnh Nghệ An) và khảo sát mở rộng trên các tỉnh duyên hải Bắc Trung Bộ.

Vật liệu nghiên cứu gồm có:

• Đất cát biển điển hình tại Nghi Lộc.
• Cây trồng thí nghiệm: Giống lúa thuần Khang Dân 18, giống lạc L14.
• Vật liệu cải tạo hữu cơ: Phân chuồng hoai mục; Phân hữu cơ vi sinh (chứa vi sinh vật phân giải xenlluloza, cố định nitơ, phân giải lân mật độ 10^6 - 10^8 cfu/g); Than sinh học (TSH) sản xuất từ vỏ trấu bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí; Vật liệu che phủ gồm màng ni lông chuyên dụng và rơm rạ khô sau thu hoạch.
• Khung phân tích thống kê và mô phỏng DNDC: Sử dụng các chuỗi số liệu khí tượng lịch sử và kịch bản biến đổi khí hậu (nhiệt độ tăng, lượng mưa biến động) để nạp vào mô hình DNDC nhằm mô phỏng dòng luân chuyển C-N, tích lũy SOC tầng đất mặt (0–20 cm) và tính toán phát thải KNK.

---

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và mô hình hóa qua 6 tiểu mục chính:

1. Hiện trạng sử dụng đất cát biển và phân bón tại Bắc Trung Bộ

Điều tra cho thấy nông dân vùng đất cát biển sử dụng lượng phân khoáng NPK rất cao nhưng tỷ lệ bón phân chuồng, phân hữu cơ thấp do nguồn cung hạn chế. Nguồn phụ phẩm sau thu hoạch (thân lá lạc, rơm rạ) phần lớn bị đốt hoặc bỏ phí, chưa được vùi trả lại đất một cách hệ thống, dẫn đến hiện tượng suy kiệt độ phì tự nhiên.

2. Hiện trạng lý, hóa học và đặc điểm hữu cơ đất

• Thành phần cơ giới của đất cát biển có tỷ lệ cát chiếm 90–98%, sét chỉ đạt 1–5%, limon 2–6%. Dung tích hấp thu (CEC) biến động từ 2,1 đến 4,8 cmolc/kg đất; hàm lượng cation trao đổi kiềm rất thấp.
• Hàm lượng các bon hữu cơ tổng số (OC%) biến động từ 0,25% đến 0,85% (thuộc cấp nghèo đến rất nghèo theo thang Siderius). Axit fulvic (FA) chiếm tỷ lệ chủ yếu, axit humic (HA) rất thấp, tỷ lệ C_HA/C_FA dao động từ 0,35 đến 0,68.
• Phân tích tương quan và thành phần chính (PCA theo trục F1 và F2) khẳng định hàm lượng OC và các phân đoạn mùn có mối tương quan thuận chặt chẽ với CEC, độ ẩm đất và hàm lượng lân, kali dễ tiêu, đồng thời tương quan nghịch với dung trọng đất.

Chỉ tiêu lý hóa	Chuyên lúa (2 vụ)	Chuyên màu (Lạc - Màu)	Chuyên rau
Cấp hạt cát (%)	90,2 - 93,5	94,1 - 96,8	92,0 - 95,2
pHKCl	4,5 - 4,8	4,3 - 4,6	4,6 - 5,1
CEC (cmolc/kg)	3,8 - 4,8	2,4 - 3,5	3,2 - 4,2
OC (%)	0,55 - 0,82	0,32 - 0,58	0,45 - 0,65
Axit Humic (g/kg)	1,2 - 2,1	0,8 - 1,4	1,0 - 1,6
Axit Fulvic (g/kg)	2,8 - 3,9	2,1 - 2,9	2,3 - 3,2

3. Nghiên cứu nâng cao tích lũy các bon trên đất chuyên lúa

• Kết quả thí nghiệm bón kết hợp phân khoáng với phân chuồng, phân HCVS và than sinh học (TSH) sau 2 vụ canh tác tại Nghi Lộc cho thấy: Công thức bón kết hợp NPK + TSH (hoặc NPK + Phân chuồng + HCVS) làm tăng đáng kể hàm lượng OC%, nâng cao tỷ lệ axit humic và cải thiện pHKCl từ 0,2 đến 0,4 đơn vị.
• Năng suất lúa ở các công thức bón kết hợp hữu cơ và TSH tăng từ 12,5% đến 21,8% so với tập quán nông dân (FP), đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế nhờ giảm tỷ lệ thất thoát đạm do rửa trôi.

4. Nghiên cứu nâng cao tích lũy các bon trên đất chuyên màu (cây lạc)

• Thí nghiệm phối hợp phân bón và che phủ đất trên 2 vụ lạc ghi nhận: Công thức bón phân khoáng kết hợp phân chuồng, TSH và che phủ rơm rạ hoặc màng ni lông giúp giữ ẩm đất cao hơn đối chứng từ 2,5 - 4,8%, làm giảm dung trọng, tăng độ xốp đất.
• Hàm lượng OC% trong đất tăng từ 0,35% lên 0,62–0,71%; hàm lượng axit humic tăng rõ rệt so với công thức chỉ bón phân khoáng đơn thuần.
• Năng suất củ lạc khô đạt cao nhất ở công thức bón NPK kết hợp TSH + che phủ màng phủ nông nghiệp hoặc che phủ rơm rạ, vượt đối chứng không che phủ từ 18,2% đến 34,5%, mang lại lợi nhuận tăng từ 8,5 đến 14,2 triệu đồng/ha.

5. Kết quả mô hình trình diễn giải pháp cải thiện hữu cơ và giảm phân khoáng

• Mô hình trình diễn trên các loại sử dụng đất (chuyên lúa, chuyên lạc, chuyên rau) với công thức giảm 20–25% lượng phân khoáng NPK, bổ sung phân hữu cơ vi sinh (1–2 tấn/ha) kết hợp than sinh học (3–5 tấn/ha) đã duy trì được năng suất cây trồng ổn định hoặc cao hơn tập quán cũ từ 8,2–15,6%.
• Chỉ tiêu hóa học đất sau mô hình: CEC tăng trung bình 0,8–1,5 cmolc/kg; hàm lượng OC% tăng 0,15–0,28%; hàm lượng Nts, P2O5dt và K2Odt đều có xu hướng tích lũy dương so với trước thí nghiệm.

6. Ứng dụng mô hình DNDC mô phỏng tích lũy SOC và phát thải KNK đến năm 2035

• Động thái tích lũy SOC: Kết quả mô phỏng theo kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy: Nếu tiếp tục canh tác theo tập quán độc canh bón phân khoáng đơn thuần, hàm lượng SOC trên đất cát biển chuyên lúa và chuyên màu sẽ tiếp tục suy giảm do nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ khoáng hóa. Ngược lại, áp dụng công thức bổ sung than sinh học và phụ phẩm hữu cơ hàng năm giúp lượng SOC duy trì xu thế tăng ổn định từ 0,08 đến 0,22 tấn C/ha/năm.
• Dự báo phát thải KNK:
  • Trên đất chuyên lúa: Phát thải CH4 chiếm ưu thế trong điều kiện ngập nước vụ xuân và hè thu (dao động 85–160 kg CH4/ha/vụ). Việc bổ sung TSH và quản lý nước hợp lý làm giảm phát thải CH4 và N2O từ 11,5% đến 23,0% so với đối chứng.
  • Trên đất chuyên màu (2 vụ lạc): Phát thải khí oxit nitơ (N2O) là nguồn chính (1,2–3,5 kg N/ha/vụ). Áp dụng che phủ kết hợp TSH làm giảm cường độ phát thải N2O.
  • Tổng lượng phát thải KNK quy đổi (CO2-e/ha/năm) ở công thức áp dụng gói kỹ thuật cải thiện hữu cơ thấp hơn đáng kể so với canh tác truyền thống trên cả hai hệ thống cây trồng.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

• Luận án đã xác lập một cách có hệ thống cơ sở dữ liệu về hiện trạng chất lượng hữu cơ đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, định lượng cụ thể tỷ lệ các bon hữu cơ tổng số (SOC), axit humic và axit fulvic theo từng loại hình sử dụng đất (chuyên lúa, chuyên màu, chuyên rau).
• Làm sáng tỏ quy luật tương quan giữa hàm lượng các bon hữu cơ và các phân đoạn mùn với các đặc tính lý học (thành phần cơ giới, dung trọng, độ ẩm) và hóa học (CEC, pH, Nts, lân và kali dễ tiêu) trên đất cát biển nhiệt đới.
• Ứng dụng thành công mô hình sinh địa hóa DNDC để định lượng tốc độ tích lũy các bon hữu cơ và dự báo lượng phát thải khí nhà kính (CH4, N2O, CO2-e) trên đất cát biển chuyên lúa và chuyên màu theo kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2035.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Đề xuất được quy trình kỹ thuật canh tác cải thiện độ phì đất cát biển: giảm 20–25% phân khoáng NPK kết hợp bón phân hữu cơ vi sinh, than sinh học nguồn gốc phế phụ phẩm (vỏ trấu) và che phủ đất bằng rơm rạ/ni lông cho cây lúa và cây lạc.
• Gói giải pháp kỹ thuật vừa tăng năng suất cây trồng (lúa tăng 12,5–21,8%, lạc tăng 18,2–34,5%), tăng hiệu quả kinh tế cho nông dân, vừa cải tạo tính chất lý hóa học của đất cát, nâng cao khả năng cố định các bon bền vững và giảm phát thải khí nhà kính.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Các thí nghiệm thực địa đồng ruộng mới được thực hiện tập trung tại huyện Nghi Lộc (tỉnh Nghệ An) trong thời gian 2–3 năm canh tác; số liệu mô phỏng DNDC chịu ảnh hưởng bởi các giả định của kịch bản biến đổi khí hậu chung và thông số đầu vào tại một điểm nghiên cứu đại diện, chưa bao phủ hết tính đa dạng vi khí hậu của toàn vùng Bắc Trung Bộ.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục theo dõi dài hạn (trên 5–10 năm) động thái cố định các bon của than sinh học và vật liệu hữu cơ trên nhiều tiểu vùng đất cát ven biển khác nhau; nghiên cứu sâu hơn về quần xã vi sinh vật đất tham gia vào quá trình khoáng hóa - mùn hóa; hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất than sinh học quy mô nông hộ gắn với chuỗi giá trị cây trồng cạn trên đất cát.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Là tài liệu chuyên khảo tham khảo có giá trị trong các chuyên ngành Thổ nhưỡng học, Nông hóa học, Khoa học Môi trường và Trồng trọt; cung cấp phương pháp luận kết hợp giữa điều tra nông học, thí nghiệm đồng ruộng phân tích mùn và ứng dụng mô hình sinh địa hóa DNDC.
• Đối với cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học thực chứng phục vụ xây dựng các đề án quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững, các chương trình hành động ứng phó với biến đổi khí hậu, phát triển nông nghiệp giảm phát thải (nông nghiệp các bon thấp) tại các tỉnh duyên hải miền Trung.
• Đối với cán bộ khuyến nông và nông dân: Hướng dẫn các giải pháp kỹ thuật cụ thể về liều lượng phân bón hữu cơ, cách sử dụng than sinh học từ trấu và kỹ thuật che phủ đất nhằm tăng năng suất và giữ ẩm cho đất cát.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có những hạn chế chính nào đối với sản xuất nông nghiệp?
Đất có thành phần hạt cát chiếm trên 90–98%, cấp hạt sét và limon rất thấp; dung tích hấp thu CEC rất nhỏ (< 10 cmolc/kg, nhiều nơi < 3 cmolc/kg); đất chua đến ít chua (pHKCl 4,2–5,0); rất nghèo chất hữu cơ (OC% thường < 0,6%, OM < 1%), nghèo đạm, lân và kali dễ tiêu; khả năng giữ nước và dinh dưỡng rất kém, khoáng hóa hữu cơ diễn ra nhanh chóng.

2. Tỷ lệ giữa axit humic (HA) và axit fulvic (FA) trong đất cát biển vùng nghiên cứu có đặc điểm gì?
Trong đất cát biển Bắc Trung Bộ, tỷ lệ C_HA/C_FA luôn nhỏ hơn 1 (thường dao động từ 0,35 đến 0,68). Điều này phản ánh lượng axit fulvic chiếm ưu thế tuyệt đối so với axit humic do điều kiện nhiệt độ cao, ẩm độ biến động và nghèo cation kiềm thổ làm hạn chế quá trình polymer hóa tổng hợp axit humic bền vững.

3. Than sinh học (TSH) và biện pháp che phủ đất mang lại hiệu quả thực nghiệm cụ thể nào cho cây lạc tại Nghi Lộc?
Bón TSH kết hợp phân chuồng, HCVS và che phủ đất (bằng rơm rạ hoặc ni lông) giúp tăng độ ẩm đất từ 2,5–4,8%, tăng OC% từ 0,35% lên 0,62–0,71%, tăng hàm lượng mùn và axit humic, giúp năng suất lạc củ khô tăng từ 18,2% đến 34,5%, mang lại lợi nhuận tăng từ 8,5 đến 14,2 triệu đồng/ha so với tập quán không che phủ.

4. Mô hình DNDC dự báo xu hướng tích lũy SOC và phát thải KNK đến năm 2035 ra sao?
Mô hình dự báo nếu canh tác chỉ dựa vào phân khoáng thì lượng SOC tiếp tục suy thoái. Ngược lại, nếu bổ sung định kỳ TSH và phân hữu cơ, lượng SOC sẽ tăng đều đặn từ 0,08 đến 0,22 tấn C/ha/năm. Đồng thời, các biện pháp này kết hợp quản lý canh tác hợp lý giúp giảm tổng lượng phát thải CH4 trên đất lúa và N2O trên đất chuyên màu từ 11,5% đến 23,0% so với đối chứng.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Bùi Thị Phương Loan là công trình khoa học nghiên cứu toàn diện về hiện trạng chất hữu cơ và các biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa điều tra nông học, thí nghiệm đồng ruộng và ứng dụng mô hình sinh địa hóa DNDC, luận án đã định lượng rõ quy luật biến động của các bon hữu cơ, thành phần mùn và phát thải khí nhà kính dưới tác động của các biện pháp quản lý đất và kịch bản biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất được gói kỹ thuật canh tác kết hợp phân hữu cơ, than sinh học và che phủ đất giúp tăng năng suất cây trồng, phục hồi độ phì đất cát ven biển và giảm thiểu phát thải khí nhà kính một cách bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có diện tích khoảng 215,3 nghìn ha (chiếm 41% diện tích đất cát biển cả nước), bao gồm 3 nhóm chính: cồn cát trắng, cồn cát vàng; đất cát ven biển (theo bản chú dẫn bản đồ Đất Việt Nam, tỷ lệ 1/1.000), phân bố dọc theo bờ biển từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên - Huế. Đất cát biển vùng này có đặc trưng là có lớp mặt màu trắng hoặc trắng xám, nếu ở địa hình cao thường có một tầng màu vàng hoặc loang lổ đỏ vàng, nhiều nơi xuất hiện kết von. Hình thái phẫu diện đã có sự phân hóa khá rõ, lớp đất mặt thường trắng hơi xám hoặc xám sáng, có nơi hơi vàng; các tầng dưới thường chặt, khả năng tích lũy oxyt sắt lớn nên màu sắc thường vàng hoặc vàng nhạt. Thành phần cơ giới cát đến cát rời - cát pha, nghèo mùn và các chất dinh dưỡng, khả năng trao đổi dung tích hấp thu (CEC) rất thấp, thường chỉ đạt < 10 cmolc/kg; khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng rất kém nên chất hữu cơ trong đất bị khoáng hóa nhanh, khả năng cải tạo hữu cơ cho đất kém.

Nhìn chung, đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ hiện nay là loại đất có rất nhiều yếu tố hạn chế đối với sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là rất nghèo dinh dưỡng, nghèo hữu cơ, hệ quả của chế độ khí hậu thời tiết Bắc Trung Bộ dẫn đến tốc độ khoáng hoá nhanh, triệt để trong quá trình thành tạo đất; do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác. Thực tế chất hữu cơ trong đất tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sự biến hoá vật liệu hữu cơ trong đất là một quá trình sinh hoá học phức tạp, xảy ra với sự tham gia trực tiếp của vi sinh vật, động vật, oxy không khí và nước. Trong đất sét và sét pha, quá trình phân giải xác hữu cơ có chậm hơn ở đất cát và cát pha, song mùn lại được tích luỹ nhiều hơn vì khoáng hoá trong đất sét, sét pha yếu hơn nhiều, các phần tử nhỏ của đất cũng liên kết và giữ mùn tốt hơn.

Duy trì chất hữu cơ và độ ẩm đất được coi là những yếu tố quan trọng hàng đầu giữ vai trò điều tiết độ phì nhiêu của đất. Hàm lượng chất hữu cơ vừa là nguồn năng lượng, vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá và chất dinh dưỡng trong đất. Thông thường chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 58% lượng các bon hữu cơ. Các bon hữu cơ trong đất (SOC) đóng vai trò rất quan trong 2 trong các hệ sinh thái, ảnh hưởng đến cấu trúc đất, khả năng giữ nước của đất, khả năng hình thành các phức chất với các ion kim loại, khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng.

Do vậy suy giảm hàm lượng các bon hữu cơ trong đất có ảnh hướng lớn đến độ phì của đất, mức độ ổn định của đất và sản xuất nông nghiệp. Hơn thế nữa, lượng các bon hữu cơ trong đất đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình cân bằng các bon trong chu trình các bon toàn cầu. SOC vừa là nguồn năng lượng, vừa là dinh dưỡng chính cho vi sinh vật đất, ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá và chất dinh dưỡng trong đất. Chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong việc hình thành, duy trì và phát triển độ phì nhiêu và khả năng sản xuất của đất.

Các bon hữu cơ trong đất nhiệt đới có tuổi phóng xạ thấp, đã ít về lượng lại bị thoái hóa nhanh. Cố định các bon trong đất, đặc biệt là trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có vai trò quan trọng trong việc giữ gìn độ phì nhiêu đất và sử dụng đất bền vững, bảo vệ môi trường. Do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác. Với những lý do trên, luận án: “Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ” được thực hiện nhằm xác định cơ sở khoa học để nâng cao hữu cơ trong đất cát biển, tăng độ phì đất và nâng cao năng suất cây trồng.

Mặt khác nâng cao hữu cơ trong đất cát biển chính là tăng cố định các bon trong đất cát biển, góp phần hình thành các vật liệu hữu cơ bền, tăng quá trình mùn hoá, giảm khoáng hoá và phát thải CO2 góp phần giảm phát thải khí nhà kính. Mục tiêu nghiên cứu 1. Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu đề xuất được giải pháp nâng cao độ phì nhiêu đất cát biển thông qua cải thiện chất và lượng hữu cơ nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất, bảo đảm hiệu quả của sản xuất trồng trọt, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ. Mục tiêu cụ thể: + Đánh giá được hiện trạng hữu cơ (các bon tổng số và thành phần mùn) trong đất cát biển ở các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ.

3 + Xác định được mối quan hệ giữa các bon tổng số trong đất với tính chất vật lý, hoá học trong đất cát biển. + Lượng hóa được khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ. + Đề xuất được một số biện pháp canh tác cải thiện hữu cơ để nâng cao hiệu quả sử dụng đất góp phần giảm phát thải KNK tại vùng nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 2.

Ý nghĩa khoa học: 1. Xác định được đặc điểm chất hữu cơ trong mối quan hệ với loại sử dụng đất và tính chất lý, hóa học của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ làm cơ sở sử dụng đất bền vững. Bổ sung cơ sở khoa học để đề xuất qui trình canh tác hợp lý trên đất cát biển giúp nông dân tăng năng suất trồng trọt, tăng độ phì đất, đảm bảo sản xuất bền vững và góp phần giảm phát thải khí nhà kính. Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần cải thiện độ phì nhiêu đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ, nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất để nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, tạo điều kiện phát triển bền vững nền tăng trưởng xanh cho vùng đất cát ven biển trong định hướng phát triển nền các bon thấp.

Đóng góp vào xây dựng quy trình cải tạo vùng đất cát ven biển nói chung ở nước ta 2. Tính mới của luận án Nghiên cứu khả năng cố định các bon trong đất cát biển trong mối quan hệ với loại sử dụng đất và biện pháp giảm phát thải khí nhà kính. Xác định được các giải pháp kỹ thuật cải thiện hấp phụ các bon trong đất cát biển và dự báo phát thải khí nhà kính theo kịch bản BĐKH đến năm 2035. Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giảm quá trình thoái hóa hữu cơ trong đất, giảm phát thải KNK, phục vụ sử dụng đất bền vững và bảo vệ môi trường.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 1. Chất hữu cơ, vai trò chất hữu cơ trong đất 1. Đặc điểm, vai trò của chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ được định nghĩa như là một nhóm các nguyên tố các bon có nguồn gốc từ sinh vật sống và lắng đọng bên trên hoặc bên trong các thành phần cấu tạo nên trái đất. Chất hữu cơ trong đất bao gồm những tàn dư của tất cả xác động vật và thực vật nằm rải rác trên bề mặt quả đất.

Sự tích lũy các bon trong các loại đất khác nhau là khác nhau. Những vùng đất bị rửa trôi và chứa nhiều axit (đất cát hoặc đất bồi phù sa) thì tỷ lệ phần lớn chất hữu cơ sẽ tồn tại dưới dạng xác thực vật và axit fulvic. Những vùng đất trung tình và đất kiềm tỷ lệ lớn các chất hữu cơ tồn tại dưới dạng axit humic và humin (Pettit 2004). Dấu hiệu cơ bản làm đất khác đá mẹ là đất có chất hữu cơ.

Hàm lượng và tính chất của chúng tác động mạnh mẽ đến quá trình hình thành đất, quyết định nhiều tính chất: lý, hoá, sinh và độ phì nhiêu của đất. Chất hữu cơ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành đất và độ phì nhiêu của đất. Toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong đất được gọi là chất hữu cơ của đất. Chất này bao gồm các tàn dư hữu cơ (xác thực vật, động vật không hoàn toàn giữ được cấu trúc ban đầu), các chất hữu cơ riêng biệt có bản chất đặc trưng hoặc không đặc trưng.

Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các thành phần hữu cơ sau: Tàn dư động thực vật còn tươi (chưa phân hủy); Chất hữu cơ đang thối rữa; Chất hữu cơ bền vững (mùn); Sinh vật sống. Có thể chia chất hữu cơ của đất làm 2 phần: những tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải (rễ, thân, lá cây, xác động vật) vẫn giữ nguyên hình thể và những chất hữu cơ đã được phân giải. Phần hữu cơ sau có thể chia thành 2 nhóm: nhóm những hợp chất hữu cơ ngoài mùn và nhóm các hợp chất mùn. Nhóm hữu cơ ngoài mùn gồm những hợp chất có cấu tạo đơn giản hơn như: protit, gluxit, lipit, linhin, tanin, sáp, nhựa, este, rượu, axit hữu cơ, anđehit.

Nhóm này chỉ chiếm 10% - 15% chất hữu cơ phân giải nhưng có vai trò rất quan trọng với đất và cây trồng. Nhóm các hợp chất mùn bao gồm các hợp chất hữu cơ cao phân 5 tử, có cấu tạo phức tạp, nhóm này chiếm 85% - 90% chất hữu cơ được phân giải (Pettit R. Vai trò chất hữu cơ trong đất: + Đối với tính chất vật lý: Theo nghiên cứu của Cochrane và Aylmore (1994); Thomas và cs (1996) cho thấy chất hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật lý của đất. Một trong những ảnh hưởng quan trọng là hình thành cấu trúc và đuy trì độ bền cấu trúc của đất.

Chất hữu cơ và mùn có tác dụng cải thiện trạng thái kết cấu của đất, các keo mùn gắn kết các hạt đất với nhau tạo thành những hạt kết tốt, bền vững từ đó ảnh hưởng toàn bộ lý tính của đất như chế độ nước (tính thấm và giữ nước tốt hơn), chế độ khí, chế độ nhiệt (sự hấp thu nhiệt và giữ nước tốt hơn), giảm tính dính dẻo, tăng cường khả năng cày xới đất.