Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1. Tính chất đất dưới các kiểu sử dụng đất Các kiểu sử dụng đất như là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến các tính chất lý học, hóa học và sinh học đất; ảnh hưởng đến các quá trình xảy ra trong đất như quá trình phân giải chất hữu cơ, quá trình xói mòn, quá trình sa mạc hóa … (Römkens et al. 1999; Negasa et al.
2017; Manpoong and Tripathi 2019). Hàm lượng các bon tổng số thay đổi theo kiểu sử dụng đất và hàm lượng này trong đất rừng tự nhiên là lớn nhất so với các kiểu sử dụng đất khác đã được chứng minh bởi nhiều nghiên cứu (Singh et al. 2018; Manpoong and Tripathi 2019; Ebabu et al. Hàm lượng các bon tổng số trong lớp đất mặt của đất rừng trồng cao su, đất trồng cọ, đất rừng tre, đất bỏ hoang và đất rừng tự nhiên tại khu vực Đông Bắc Ấn Độ dao động trong khoảng từ 2.81% và hàm lượng các bon tăng dần theo thứ tự đất rừng cao su < đất trồng cỏ < đất rừng tre < đất hoang < Đất rừng tự nhiên (Manpoong and Tripathi 2019).
Negasa et al. (2017) cũng nhận định có sự khác biệt lớn về hàm lượng các bon tổng số trong đất giữa nông lâm kết hợp, đất canh tác nông nghiệp truyền thống và đất đồng cỏ tại phía Nam Ethiopia. Giữa các kiểu sử dụng đất khác nhau, giá trị lớn nhất của pH, khả năng trao đổi cation, hàm lượng ni tơ tổng số, hàm lượng phốt pho tổng số , hàm lượng ni tơ, phốt pho dễ tiêu trong đất không có sự đồng nhất giữa các nghiên cứu; nhưng sự khác biệt giữa các kiểu sử dụng đất đều được kết luận bởi hầu hết các nghiên cứu trên thế giới (Singh et al. 2018; Alabi et al.
2019; Panday et al. 2019; Tufa et al. 2019; Tesfahunegn and Gebru 2020; Ebabu et al. Hàm lượng ni tơ tổng số lớn nhất được tìm thấy trong đất dưới rừng với 0.28 % trong nghiên cứu của Tufa et al 2019, trong khi đó hàm lượng này lớn nhất lại được tìm thấy ở đất đồng cỏ với 0.34% trong nghiên cứu của Tellen and 4 Yerima (2018).
Singh et al. (2018) đã đưa ra kết luận rằng hàm lượng N, P và K dễ tiêu lớn nhất được tìm thấy dưới kiểu sử dụng đất rừng và dao động mạnh trong đất ở các kiểu sử dụng đất nông lâm kết hợp và hàm lượng Mg có thể trao đổi cũng được sắp xếp theo thứ tự giảm dần từ đất đồng cỏ, nông lâm kết hợp cho đến nông nghiệp truyền thống. Sự phân bố cũng như sự đa dạng các loài động vật, cộng đồng vi sinh vật trong đất dưới các kiểu sử dụng đất khác nhau cũng đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả (Negasa et al. 2017; Cao et al.
Sự chuyển đồi các kiểu sử dụng đất (ví dụ như từ rừng sang kiểu nông lâm kết hợp, từ đất nông nghiệp (đất trồng ngô) sang đất đồng cỏ) cũng làm cho các tính chất đất thay đổi (Römkens et al. 1999; Bizuhoraho et al. 2018; Tellen and Yerima 2018). Sau hơn 20 năm trồng ngô, hàm lượng các bon tổng số giảm; nhưng hàm lượng này được phục hồi dần lên đến 90% sau 9 năm chuyển sang trổng cỏ (Römkens et al.
Chuyển đổi từ đất trồng rừng sang đất canh tác ngắn ngày đã làm giảm hàm lượng chất hữu cơ, ni tơ dễ tiêu; tăng giá trị pH, tăng dung trọng đất; nhưng phốt pho dễ tiêu, ka li dễ tiêu không thay đổi (Bizuhoraho et al. Kết quả này cũng được kết luận bởi Tellen and Yerima (2018) khi chuyển đổi từ đất rừng tự nhiên sang đất nông nghiệp. Ảnh hưởng của khô hạn đến tính chất đất và vai trò của phốt pho trong hệ sinh thái 1. Ảnh hưởng của khô hạn đến tính chất đất Sự gia tăng cả về cường độ và phạm vi của khí hậu toàn cầu là một trong những nguyên nhân làm cho quá trình khô hạn ngày càng tăng lên về tần suất và cường độ (Schmitt và Glaser 2011, Ouyang và Li 2013).
Khô hạn là một hiện tượng tự nhiên thường xuyên xảy ra trong đất (là quá trình phi sinh học) có tác động thường xuyên nhất đối với nhiều loại đất, đặc biệt là lớp đất mặt thông qua quá trình lý học và sinh hóa học xảy ra trong đất (Blackwell et al. Sự thay đổi hàm lượng nước trong đất có thể ảnh 5 hưởng tới quá trình vật lý bởi các cơ chế khác nhau, và kết quả là sự phá vỡ và thay đổi kích cỡ của các hạt kết cấu đất. Kết cấu đất có thể bị phá vỡ bởi sự đè nén trong suốt quá trình tái ẩm hay bởi sự trương nở khác nhau của khoáng sét khi đất khô được tái ẩm (Bissonnais 1996). Quá trình sinh học bao gồm sự giảm dần và sự chết của vi sinh vật; nguyên nhân bởi sự khô hạn làm cho vi sinh vật bị sốc, không kịp cân bằng áp suất thẩm thấu.
Kết quả của quá trình này là các chất dinh dưỡng được giải phóng vào trong dung dịch đất (Ouyang and Li 2013). Khi thế năng của nước trong đất giảm, tế bào có thể bị phá hủy và các chất dinh dưỡng được giải phóng vào trong dung dịch đất và màng tế bào trở thành một phần của chất hữu cơ. Một số vi sinh vật có thể tồn tại sau giai đoạn khô hạn bởi chúng sản xuất ra các tế bào có khả năng thấm lọc qua màng tế bào. Rất nhiều vi sinh vật cũng đã sử dụng các chất hữu cơ đơn giản với khả năng tái tạo cân bằng cao thông qua khả năng hòa tan cao và hạn chế các ảnh hưởng vật lý trực tiếp (Csonka 1989).
Sự phá vỡ các hạt kết cấu đất sau chu trình khô - tái ẩm giải phóng chất hữu cơ (Denef et al. 2001) và các chất dinh dưỡng, những chất này cung cấp nguồn dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng (Bünemann et al. Một số các chất dinh dưỡng được giải phóng ra từ đất trong suốt giai đoạn khô hạn có thể được sử dụng bởi các loài sinh vật khác hoặc có thể được lưu giữ trong dung dịch đất khi đất khô được tái ẩm (Csonka 1989). Hàm lượng nước trong đất giảm khi khô hạn xảy ra làm giảm hoạt động của vi sinh vật trong đất; kết quả là các bon được giữ trong các hợp chất khó tan hơn và tốc độ phân giải chất hữu cơ bị chậm lại; đồng thời cũng ảnh hưởng đến các quá trình khoáng hóa giải phóng các chất dinh dưỡng dễ tiêu (ví dụ giải phóng ni tơ, phốt pho) (Couˆteaux et al.
1995; Davidson et al. 2012; Manzoni et al. 2012; Sharma and Arora 2015). Tỷ lệ C/N cũng giảm với sự gia tăng cường độ khô hạn (Li and Sarah 2003).
Ảnh hưởng của quá trình khô hạn dến nguồn dinh dưỡng hòa tan (C, N, cũng như P) đã được nghiên cứu (Homyak et al 2017, Sardans 6 et al 2007, Hinojosa et al 2014). Hàm lượng ni tơ dễ tan dưới dạng NH4+ trong đất tăng sau khi trải qua khô hạn (Homyak et al. Tổng hàm lượng phốt pho hòa tan trong đất tăng sau khi trải qua quá trình khô hạn và sự tăng này chủ yếu do sự gia tăng của hàm lượng phốt pho hữu cơ hòa tan (có thể tăng tới 50%) (Sardans and Peñuelas 2007). Cũng trong nghiên cứu sủa Sardans and Peñuelas (2007) hàm lượng K tổng số tăng khoảng 10% nhưng hàm lượng K hòa tan lại giảm tới 20%.
Hinojosa et al (2014) cũng báo cáo về sự thay đổi hàm lượng phốt pho hòa tan và ka li hòa tan trong đất dưới ảnh hưởng của khô hạn. Hàm lượng phốt pho hòa tan ở dạng vô cơ trong tầng đất mặt của đất rừng được giải phóng tăng đến 48 - 76 mg P kg-1 khi sấy khô ở nhiệt độ 60oC (Achat et al. 2012), trong khi đó hàm lượng này tăng đến 70 mg P kg-1 trong tầng thảm mục trên bề mặt đất khi nó được sấy khô trong không khí ở 20 0C (Achat et al. Quá trình khô hạn có thể giết chết đến 58% tổng số vi sinh vật trong đất được thể hiện qua sự giảm của sinh khối vi sinh vật (Van Gestel et al.
1993; Wu and Brookes 2005; Blackwell et al. 2009, Geang et al 2014, Borken and Matzner, 2009) và một số tác giả cũng đã kết luận rằng sinh khối vi sinh vật có thể là nguồn phốt pho vô cùng quan trọng trong dung dịch đất sau khi đất khô được tái ẩm (Turner and Haygarth 2001; Bünemann, E. Khô hạn cũng làm thay đổi thành phần cộng đồng vi sinh vật (Fierer et al. 2003; Chen et al.
2011; Chowdhury 2015, Siebert et al 2018). Bởi vì có thành tế bào dày liên kết với chuỗi polyme, bảo vệ khỏi sự mất nước, nấm thường ít nhạy cảm và có khả năng thích nghi với khô hạn hơn vi khuẩn (Bapiri et al. 2010; Yuste et al. Đối với vi khuẩn, vi khuẩn gram dương thường có sức chịu đựng tốt hơn vi khuẩn gram âm.
Vi khuẩn gram dương có thành tế bào dày, bền vững với sự liên kết với lớp peptidoglycan để giảm sự mất nước, trong khi đó thành tế bào của vi khuẩn gram âm chỉ bao gồm một lớp thành tế bào mỏng bên ngoài màng tế bào (Madigan 2012). Phốt pho trong hệ sinh thái Phốt pho là nguyên tố thiết yếu cho mọi cơ thể sinh vật; đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, quá trình tổng hợp axit nucleic (DNA và RNA); có trong thành phần của phốt pho lipid, trong màng tế bào (Marschner H. 1996; Raghothama and Karthikeyan 2005). Nồng độ phốt pho hòa tan (dạng mà cây trồng có thể sử dụng trực tiếp) trong dung dịch đất rất thấp, thường nhỏ hơn 1 kg trên 1 ha, hay nhỏ hơn 1% của tổng hàm lượng phốt pho trong đất (Holford 1997; Pierzynski and McDowell 2005); dạng phốt pho hòa tan này thường xuyên thiếu, không cung cấp đủ cho nhu cầu của cây (Schachtman et al.
1998) Trong đất, phốt pho tồn tại dưới hai dạng là phốt pho vô cơ và phốt pho hữu cơ. Phốt pho vô cơ (Pi) thường chiếm từ 35 % đến 75 % tổng phốt pho trong đất (Harrison 1987). Tốc độ hòa tan phốt pho từ các hợp chất vô cơ phụ thuộc vào kích thước của các hợp chất vô cơ và độ chua pH (Pierzynski and McDowell 2005; Oelkers and Valsami-Jones 2008). Phốt pho hữu cơ (Po) dao động trong khoảng từ 30 % đến 65 % phốt pho tổng số trong đất; với các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ lớn lượng phốt pho hữu cơ có thể chiếm tới 90% tổng lượng phốt pho tổng số (Harrison 1987).