CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 1. Ảnh hưởng của phân hữu cơ đối với độ phì đất Độ phì nhiêu của đất hay còn gọi là khả năng sản xuất của đất là tổng hợp các điều kiện, các yếu tố để đảm bảo cho cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, trong đó hữu cơ và độ ẩm là hai yếu tố hàng đầu quyết định độ phì nhiêu của đất. Các nhà khoa học đều cho rằng sử dụng PHC sẽ đem lại giá trị rất lớn và có tác động trực tiếp đến độ phì của đất do có mối quan hệ tương hỗ giữa chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng dễ tiêu, mặc dù hàm lượng dinh dưỡng trong PHC không cao.
Bón PHC không chỉ làm tăng hàm lượng hữu cơ tổng số trong đất, mà còn cải thiện đáng kể hàm lượng các chất dinh dưỡng (đạm, lân, kali) ở cả hai dạng tổng số và dễ tiêu thông qua cơ chế điều hòa các chất dinh dưỡng trong đất, tăng khả năng giữ các chất dinh dưỡng, hạn chế rửa trôi. Chức năng điều hòa dinh dưỡng còn được hiểu ở khả năng chuyển hóa các chất dinh dưỡng từ dạng khó tiêu sang dễ tiêu để cung cấp thêm dưỡng chất cho cây trồng. Nghiên cứu của Agbenin và cộng sự (1997) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của PHC đến độ phì đất tại Nigeria trong hệ thống luân canh lạc và ngô trong vòng 45 năm liên tục trên đất có thành phần cơ giới nhẹ với 7 công thức thí nghiệm bao gồm: i) PHC với mức 5 tấn/ha, ii) PHC kết hợp với NPK, iii) PHC kết hợp với NP, iv) chỉ bón NP, (v) chỉ bón phân NPK; vi) đối chứng (không bón phân) và vii) bỏ hóa tự nhiên. Sau 45 năm nghiên cứu cho thấy hàm lượng các bon trong lớp đất tầng mặt (0-15 cm) ở các công thức bỏ hóa tự nhiên, bón kết hợp PHC với phân khoáng NPK đạt cao hơn, tương ứng là 7,0 - 6,9 g/kg đất so với công thức chỉ bón PHC ở mức 5 tấn/ha hàm lượng hữu cơ trong đất: 5,7 g/kg đất, còn ở các công thức chỉ bón phân vô cơ NP và NPK, hàm lượng hữu cơ trong đất thấp nhất có giá trị tương ứng: 4,7 g/kg đất và 3,1 g/kg đất.
Ngoài ra, các chỉ tiêu khác như đạm hữu cơ, đạm tổng số trong đất ở công thức bón kết hợp PHC với phân khoáng đạt: 501 mg/kg đất gấp 2 lần so với công thức không bón phân và 1,3 lần so với công thức 7 chỉ bón PHC mà không bón phân khoáng. Theo tác giả, hàm lượng hữu cơ cao ở các công thức bỏ hóa tự nhiên là do hữu cơ từ tàn dư thực vật đã được tích tụ qua nhiều năm. Đối với công thức bón PHC kết hợp với phân khoáng, hàm lượng hữu cơ trong đất cao là do sự tích lũy của PHC qua nhiều năm kết hợp với sinh khối rễ của cây trồng, trong khi đó hàm lượng hữu cơ trong đất ở công thức chỉ bón phân khoáng thấp nhất do hữu cơ không được bổ sung hàng năm (phần lớn sinh khối bị lấy đi khi thu hoạch và sinh khối rễ không đủ bù đắp cho hàm lượng hữu cơ trong đất trồng). Như vậy, bón PHC kết hợp với phân khoáng là một giải pháp hữu hiệu để duy trì và nâng cao hàm lượng hữu cơ trong đất, đồng thời cải thiện được độ phì đất thông qua hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất một cách rõ nét.
Nghiên cứu của Azeez và cộng sự (2010) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của bón PHC (hỗn hợp phân gia súc) đến các dạng đạm trong đất bằng phương pháp ủ trong phòng thí nghiệm, lượng hữu cơ bón vào đất được tính toán tương đương với 120 kg N/ha. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng đạm NH 4+ trong đất cao nhất sau 20 ngày ủ là 1,49 mg/kg đất, tăng 0,68 mg/kg đất so với ngày đầu (0,81 mg/kg đất). Sau đó hàm lượng đạm NH4+ trong đất giảm dần, ở ngày thứ 70 sau ủ hàm lượng đạm NH4+ trong đất chỉ còn 0,26 mg/kg đất. Tiếp tục theo dõi ở ngày thứ 90 sau ủ, hàm lượng đạm NH4+ trong đất tăng trở lại 0,42 mg/kg đất và ở ngày thứ 120 là 0,45 mg/kg đất.
Đối với dạng đạm NO3-: đạm NO3- giải phóng chậm hơn, đạt cao nhất ở 55 ngày sau khi ủ với hàm lượng 358,02 mg/kg đất, tăng 331,87 mg/kg so với ngày đầu. Hàm lượng NO3- trong đất giảm dần và thấp nhất là 19,09 mg/kg đất ở 90 ngày sau ủ. Nhưng đến ngày thứ 120 sau ủ thì hàm lượng NO3- trong đất lại tăng trở lại ở mức cao hơn với hàm lượng là 190,2 mg/kg đất do PHC tiếp tục phân giải. Mặc dù tác giả không theo dõi sự biến thiên của hai dạng đạm trong giai đoạn tiếp theo nhưng từ kết quả nghiên cứu cho thấy khi bón PHC, các chất dinh dưỡng trong PHC đã không giải phóng triệt để một lần mà giải phóng từ từ cho phép cung cấp dần các chất dinh dưỡng cho đất theo thời gian.
Nghiên cứu của Azeez và cộng sự (2010) cũng chỉ ra rằng khi bón các loại PHC khác nhau cũng ảnh hưởng đến lượng đạm dễ tiêu được giải phóng trong đất, 8 từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì đất. Tác giả đã sử dụng 3 loại PHC khác nhau (phân gia cầm, phân bò và phân dê) tương đương 120 kg N/ha và ủ trong vòng 120 ngày, kết quả sau 120 ngày ủ cho thấy ở công thức không có phân bón hàm lượng đạm NH4+ trong đất: 0,56 mg/kg đất và đạm NO3-: 117,9 mg/kg đất, do trong đất vẫn tồn tại một lượng hữu cơ nhất định. Ở công thức ủ với phân gia cầm lượng đạm NH4+ đạt 1,11 mg/kg đất, cao gấp đôi so với đối chứng (0,56 mg/kg đất) cũng như các công thức ủ với phân bò và phân dê (0,56 mg/kg đất và 0,51 mg/kg đất). Theo dõi quá trình giải phóng đạm NO3- ở các công thức cho thấy ở công thức ủ phân gia cầm và phân bò thì lượng đạm chênh nhau không đáng kể (124,75 mg/kg đất và 126,40 mg/kg đất), tuy nhiên ở công thức ủ phân dê lượng đạm NO3- chỉ đạt 100,49 mg/kg đất, thấp hơn so với công thức đối chứng là 117,93 mg/kg đất.
Theo tác giả, lượng đạm giải phóng trong đất ở công thức ủ với phân dê thấp hơn so với đối chứng do tỷ lệ C/N của phân dê cao hơn so với phân gia cầm và phân bò. Như vậy, để nâng cao hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất, việc lựa chọn các dạng PHC cũng cần được quan tâm, những loại PHC có tỷ lệ C/N thấp sẽ cải thiện hàm lượng đạm trong đất ngay sau khi bón. Khi nghiên cứu về về khả năng cung cấp đạm cho đất của một số loại hữu cơ Vityakon và cộng sự (2000) đã chỉ ra rằng, quá trình giải phóng đạm trong đất đối với các chất hữu cơ có tỷ lệ C/N thấp như thân lá lạc (C/N = 23), trong điều kiện hảo khí, quá trình khoáng hóa xảy ra ngay sau khi hữu cơ được bón vào đất. Theo dõi diễn biến đạm trong đất nghiên cứu, tác giả cho thấy khi bón thân lá lạc với liều lượng 10 tấn/ha (hàm lượng đạm của thân lá lạc N = 1,73%), hàm lượng đạm trong đất tăng cao nhất sau 4 tuần ủ là 50,1 kgN/ha, tương đương với khoảng 29% lượng đạm bón vào đã được khoáng hóa.
Đối với các loại hữu cơ có tỷ lệ C/N cao như rơm rạ (C/N = 79) và lá cây rừng (C/N = 62) bón với lượng 10 tấn/ha (tỷ lệ đạm trong rơm rạ N = 0,49%, trong lá cây rừng N = 0,68%) thì sau 3 - 4 tuần ủ hàm lượng đạm trong đất giảm so với đối chứng. Nguyên nhân là do VSV đã lấy đạm từ đất để phân giải hữu cơ, hàm lượng đạm trong đất chỉ tăng sau 8 tuần ở cả công thức bón rơm rạ và lá cây rừng (lượng đạm tương ứng ở các công thức là 9,5 - 10,4 9 kg N/ha sau đó giảm dần ở tuần thứ 15 sau khi bón). Trong điều kiện ruộng ngập nước, bón phụ phẩm rơm rạ với lượng 10 tấn/ha vào đất, tốc độ phân giải chậm hơn, hàm lượng đạm trong đất sau 3 tuần hầu như không tăng mà có chiều hướng giảm, hàm lượng đạm trong đất chỉ tăng sau 26 tuần sau khi nước ruộng được rút cạn. Như vậy, để nâng cao hàm lượng đạm trong đất bằng hữu cơ cần phải lựa chọn các nguồn hữu cơ có tỷ lệ C/N thấp và chế độ ẩm trong đất cũng cần phải quan tâm.
Bón PHC có thể làm tăng hàm lượng lân dễ tiêu trong đất đặc biệt là lân ở dạng Calcium photphat (Ca - P). Khi hàm lượng lân dễ tiêu trong đất cao sẽ tạo điều kiện cho cây hấp thu lân một cách dễ dàng, hay nói cách khác hiệu quả sử dụng phân lân của cây sẽ tăng khi bón PHC kết hợp với phân khoáng (Garg và cộng Sự, 2008). Theo tác giả, trong đất, lân (P) có thể tồn tại ở hai dạng lân hữu cơ và lân vô cơ. Lân hữu cơ có trong thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ của tàn tích sinh vật.
Các hợp chất hữu cơ chứa lân gồm có: Phitin, axit nucleic, nucleoproteit, photphatit, sacarophotphat. và trong thành phần vi sinh vật đất. Trong thực tế, trong tầng đất mặt thường chứa nhiều lân hữu cơ hơn các tầng dưới sâu, do vậy hàm lượng phốt pho được tích luỹ trong tầng đất mặt thường cao hơn nhờ sự tích lũy sinh học. Tỷ lệ lân hữu cơ phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn trong đất và dao động trong khoảng từ 10 - 50% của lân tổng số trong đất, việc tích lũy lân như vậy sẽ làm cho đất có độ phì cao hơn và là nguồn dưỡng chất cung cấp cho cây trồng.
Tại Ấn Độ, nghiên cứu của Rekhe và cộng sự (2000) sau 13 năm nghiên cứu khi kết hợp phân hoá học và tàn dư từ cây lúa mỳ trong hệ thống canh tác lúa nước với mức bón như sau: (i) N:P:K (120:60:30) kết hợp 6 tấn phân chuồng và 3 tấn phụ phẩm, (ii) chỉ bón phân hóa học N:P:K (120:60:30) và (iii) đối chứng không bón phân, kết quả cho thấy hàm lượng các bon (OC%) là 0,41% và lân dễ tiêu 14 mg/kg trong khi đó ở công thức đối chứng không bón phân hàm lượng các bon (OC%) chỉ có 0,2 % và lân là 2,2 mg/kg; ở công thức chỉ bón phân hoá học với mức N:P:K (120:60:30) hàm lượng các bon (OC%) là 0,37% và lân dễ tiêu là 1,1 mg/kg.