Luận văn thạc sĩ soil biochemical property response to drought effects under land use change in the context of climate change

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu soil biochemical property response to drought effects under land use change in the context of, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Bui Hanh Mai
• Người hướng dẫn: Dr. Hoàng Thị Thu Duyên
• Trường học: Vietnam Japan University
• Chuyên ngành: Climate Change and Development
• Đề tài: Soil Biochemical Property Response To Drought Effects Under Land-Use Change In The Context Of Climate Change
• Loại tài liệu: Master’s Thesis
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• PLEDGE
• ACKNOWLEDGMENT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background and motivation of the study
• 1.2. Drought in the world
• 1.3. Drought in Vietnam
• 1.4. Impact of drought and land use change on soil properties
• 1.4.1. Impacts of drought on soil microbial activities and biochemical properties
• 1.4.2. Impacts of land use change on soil microbial activities and biochemical properties
• 1.5. Objects and scope of the research
• 1.6. Research questions and hypothesis
• 1.7. Remote sensing data
• 1.8. Methods of identifying and calculating drought indicators
• 1.9. Soil sampling and processing
• 1.10. Determination of MBC and MBN
• 1.11. Identification of microbial basal respiration
• 2. CHƯƠNG 2: [Tiêu đề chương 2 không rõ trong fulltext]
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Land use and land cover maps
• 3.2. Drought progress characteristic
• 3.3. Basic soil properties
• CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 4.1. Recommendations for future research
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa đất

Hạn hán là một trong những hiện tượng khí hậu cực đoan có ảnh hưởng sâu sắc đến môi trường và sinh thái. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa của đất ngày càng trở nên nghiêm trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng hạn hán không chỉ làm giảm độ ẩm của đất mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong đất, từ đó làm giảm khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Việc thay đổi sử dụng đất, đặc biệt là chuyển đổi từ rừng sang đất nông nghiệp, càng làm trầm trọng thêm tình trạng này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong giai đoạn 1990-2005, khoảng 13 triệu hecta rừng đã bị phá hủy để chuyển đổi sang đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm chất lượng đất và khả năng giữ nước.

1.1. Định nghĩa và nguyên nhân gây ra hạn hán

Hạn hán được định nghĩa là tình trạng thiếu hụt nước kéo dài, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh thái. Nguyên nhân chính của hạn hán bao gồm biến đổi khí hậu, sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu và sự thay đổi trong mô hình lượng mưa. Theo IPCC (2019), sự gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan, bao gồm hạn hán, đã gây ra những tác động tiêu cực đến an ninh lương thực và hệ sinh thái đất.

1.2. Tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa đất

Hạn hán làm giảm độ ẩm của đất, dẫn đến sự suy giảm hoạt động của vi sinh vật và giảm khả năng phân hủy chất hữu cơ. Điều này ảnh hưởng đến sự hình thành và duy trì chất lượng đất. Các nghiên cứu cho thấy rằng, trong điều kiện hạn hán, lượng carbon hữu cơ trong đất giảm, làm giảm khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho cây trồng.

II. Thách thức từ việc thay đổi sử dụng đất trong bối cảnh hạn hán

Việc thay đổi sử dụng đất, đặc biệt là chuyển đổi từ rừng sang đất nông nghiệp, đã tạo ra nhiều thách thức cho tính chất sinh hóa của đất. Sự chuyển đổi này không chỉ làm giảm diện tích rừng mà còn làm suy giảm chất lượng đất, dẫn đến tình trạng khô hạn nghiêm trọng hơn. Theo nghiên cứu, việc chuyển đổi này đã làm giảm khả năng giữ nước của đất, từ đó làm tăng nguy cơ hạn hán. Các hoạt động nông nghiệp không bền vững cũng góp phần làm suy giảm chất lượng đất và gia tăng tình trạng khô hạn.

2.1. Tác động của việc chuyển đổi từ rừng sang đất nông nghiệp

Chuyển đổi từ rừng sang đất nông nghiệp làm giảm lượng chất hữu cơ trong đất, dẫn đến sự suy giảm khả năng giữ nước và dinh dưỡng. Nghiên cứu cho thấy rằng, đất nông nghiệp thường có hàm lượng carbon hữu cơ thấp hơn so với đất rừng, điều này ảnh hưởng đến khả năng chống chịu của đất trước hạn hán.

2.2. Các hoạt động nông nghiệp không bền vững và tác động của chúng

Các hoạt động nông nghiệp không bền vững, như việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu, đã làm suy giảm chất lượng đất. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tính chất sinh hóa của đất mà còn làm giảm khả năng phục hồi của đất sau các đợt hạn hán. Việc quản lý đất đai bền vững là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực này.

III. Phương pháp nghiên cứu tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa đất

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để đánh giá tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa của đất dưới sự thay đổi sử dụng đất. Các phương pháp bao gồm thu thập dữ liệu từ xa, phân tích mẫu đất và đánh giá hoạt động của vi sinh vật trong đất. Việc sử dụng dữ liệu từ vệ tinh giúp xác định các khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề từ hạn hán và thay đổi sử dụng đất. Các chỉ số sinh hóa như carbon hữu cơ và nitơ hữu cơ cũng được đo lường để đánh giá chất lượng đất.

3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu từ xa

Phương pháp thu thập dữ liệu từ xa sử dụng công nghệ vệ tinh để theo dõi sự thay đổi của đất và tình trạng hạn hán. Dữ liệu này giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao và đánh giá tác động của hạn hán đến tính chất sinh hóa của đất.

3.2. Phân tích mẫu đất và đánh giá hoạt động vi sinh vật

Phân tích mẫu đất được thực hiện để đo lường các chỉ số sinh hóa như carbon hữu cơ và nitơ hữu cơ. Đánh giá hoạt động của vi sinh vật trong đất cũng được thực hiện để hiểu rõ hơn về tác động của hạn hán đến hệ sinh thái đất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hạn hán có tác động tiêu cực đến tính chất sinh hóa của đất, đặc biệt là trong các khu vực có sự thay đổi sử dụng đất. Các chỉ số sinh hóa như carbon hữu cơ và nitơ hữu cơ giảm đáng kể trong điều kiện hạn hán. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc quản lý đất đai bền vững có thể giúp cải thiện chất lượng đất và tăng khả năng chống chịu trước hạn hán. Các kết quả này có thể được áp dụng để xây dựng các chiến lược quản lý đất đai hiệu quả hơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

4.1. Tác động của hạn hán đến chất lượng đất

Nghiên cứu cho thấy rằng hạn hán làm giảm chất lượng đất, dẫn đến sự suy giảm hoạt động của vi sinh vật và giảm khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Các chỉ số sinh hóa như carbon hữu cơ và nitơ hữu cơ giảm đáng kể trong điều kiện hạn hán.

4.2. Chiến lược quản lý đất đai bền vững

Việc áp dụng các chiến lược quản lý đất đai bền vững có thể giúp cải thiện chất lượng đất và tăng khả năng chống chịu trước hạn hán. Các biện pháp như trồng cây che phủ, sử dụng phân bón hữu cơ và quản lý nước hiệu quả là cần thiết để bảo vệ đất.

V. Kết luận và triển vọng tương lai về nghiên cứu

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng hạn hán có tác động nghiêm trọng đến tính chất sinh hóa của đất, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và thay đổi sử dụng đất. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa hạn hán và tính chất sinh hóa của đất là rất quan trọng để phát triển các chiến lược quản lý đất đai hiệu quả. Triển vọng tương lai của nghiên cứu này là tiếp tục theo dõi và đánh giá tác động của hạn hán đến đất đai, từ đó đề xuất các giải pháp bền vững nhằm bảo vệ tài nguyên đất.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu về hạn hán và đất

Nghiên cứu về tác động của hạn hán đến đất là rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất sẽ giúp xây dựng các chiến lược quản lý hiệu quả hơn.

5.2. Đề xuất cho nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp quản lý đất bền vững và đánh giá tác động của các biện pháp này đến chất lượng đất trong điều kiện hạn hán. Việc áp dụng công nghệ mới và phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu quả của các nghiên cứu này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang gia tăng cường độ và tần suất của các hiện tượng thời tiết cực đoan, trong đó hạn hán kéo dài gây áp lực nặng nề lên hệ sinh thái đất và an ninh lương thực. Theo bảng xếp hạng Chỉ số Rủi ro Khí hậu Dài hạn (CRI giai đoạn 1999–2018), Việt Nam đứng thứ 6 trong số 10 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi thiên tai cực đoan. Tại tỉnh Quảng Nam, đợt hạn hán nghiêm trọng đã làm hư hại 4.841 trên tổng số 44.500 ha lúa vụ Hè Thu, hơn 660 ha lúa mất trắng do xâm nhập mặn, và hơn 3.000 ha đất canh tác không thể gieo cấy do thiếu nước tưới. Song song với đó, quá trình chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ rừng tự nhiên sang đất trồng trọt diễn ra mạnh mẽ, ước tính làm thất thoát 180 đến 200 Pg Carbon sinh khối trên phạm vi toàn cầu trong hai thế kỷ qua.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu và Phát triển của học viên Bùi Hạnh Mai tại Trường Đại học Việt Nhật (Đại học Quốc gia Hà Nội) tập trung giải quyết bài toán: Đánh giá tác động tương tác giữa hạn hán và chuyển đổi mục đích sử dụng đất đến các đặc tính sinh hóa và hoạt tính vi sinh vật đất. Nghiên cứu thực hiện tại huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam với chuỗi dữ liệu khí tượng và ảnh vệ tinh giai đoạn 2000–2019 kết hợp thực nghiệm phòng thí nghiệm từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2020. Mục tiêu cốt lõi là xác định ngưỡng suy giảm của Carbon sinh khối vi sinh vật (MBC), Nitơ sinh khối vi sinh vật (MBN) và tốc độ hô hấp của đất khi độ ẩm giảm từ mức tối ưu 60% xuống mức hạn hán 10% dung tích giữ nước (WHC). Kết quả cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng chiến lược quản lý đất bền vững và thích ứng biến đổi khí hậu tại khu vực miền Trung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai khung lý thuyết nền tảng: Lý thuyết động thái vật chất hữu cơ trong đất (SOM Dynamics) và Mô hình chu trình sinh địa hóa Carbon - Nitơ trong điều kiện stress phi sinh học. Trong hệ sinh thái đất, độ ẩm là nhân tố giới hạn chi phối quá trình khuếch tán cơ chất và hoạt động sống của quần xã vi sinh vật. Khi đất bị khô hạn nghiêm trọng, vi sinh vật rơi vào trạng thái ngủ sinh lý (dormancy) hoặc bị tiêu diệt do sốc thẩm thấu, làm gián đoạn quá trình khoáng hóa dưỡng chất.

Năm khái niệm then chốt được vận dụng xuyên suốt đề tài gồm:

1. Carbon sinh khối vi sinh vật (MBC): Phần Carbon nằm trong tế bào vi sinh vật sống, đóng vai trò là kho dự trữ dinh dưỡng linh động.
2. Nitơ sinh khối vi sinh vật (MBN): Nguồn Nitơ hữu cơ dễ chuyển hóa, phản ánh khả năng cung cấp dinh dưỡng khoáng cho cây trồng.
3. Hô hấp cơ bản của đất (Microbial Basal Respiration): Lượng CO2 phát thải từ hoạt động dị hóa của vi sinh vật, chỉ thị cho cường độ trao đổi chất của đất.
4. Dung tích giữ nước tối đa (WHC - Water Holding Capacity): Tỷ lệ phần trăm lượng nước tối đa mà đất có thể giữ lại chống lại trọng lực.
5. Chỉ số hạn K (Nguyen Trong Hieu Index): Tỷ số giữa lượng bốc hơi tiềm năng và lượng mưa tháng/năm, dùng để phân cấp độ khô hạn khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tiếp cận liên ngành kết hợp công nghệ viễn thám, khảo sát thực địa và phân tích thực nghiệm sinh hóa đất:

• Phương pháp chọn mẫu và cỡ mẫu: Đất nghiên cứu được lấy ở tầng mặt độ sâu 0–30 cm tại xã Đại Nghĩa, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam vào ngày 3 tháng 1 năm 2020. Hai loại hình sử dụng đất liền kề được chọn là đất rừng tự nhiên và đất trồng dứa chuyên canh có cùng điều kiện địa hình và loại đất (thành phần cơ giới thịt pha limon - silt loam). Việc lựa chọn hai vị trí đồng nhất về nguồn gốc thổ nhưỡng giúp loại trừ các yếu tố gây nhiễu địa chất khi so sánh tác động của mục đích sử dụng đất. Mỗi nghiệm thức thực nghiệm được lặp lại 4 lần (cỡ mẫu n = 4) để đảm bảo độ tin cậy thống kê.
• Nguồn dữ liệu thứ cấp: Chuỗi số liệu khí tượng 20 năm (2000–2019) thu thập từ hai trạm Tam Kỳ và Trà My thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (IMHEN). Dữ liệu viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh MODIS Land Cover (MCD12Q1 độ phân giải 500 m) cho các năm 2003, 2008, 2013 và 2018, được xử lý và phân loại bằng phần mềm QGIS 3.
• Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Dung tích giữ nước (WHC) được xác định theo phương pháp Naeth cải tiến. MBC và MBN được định lượng bằng phương pháp xông hơi khử trùng Chloroform (CFE) với hệ số chuyển đổi lần lượt là 0,45 cho MBC và 0,54 cho MBN. Hô hấp cơ bản của đất được đo bằng bình kín ủ ở 28°C, hấp thụ CO2 bằng dung dịch NaOH 1N và chuẩn độ định lượng bằng HCl 0,1N tại các mốc 6 giờ, 18 giờ, 24 giờ và 48 giờ.
• Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm SPSS 20.0 để thực hiện kiểm định t-test độc lập, phân tích phương sai một nhân tố (ANOVA) và tương quan Pearson ở mức ý nghĩa thống kê p < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích chuỗi số liệu khí tượng và chỉ số hạn K giai đoạn 2000–2019 chỉ ra rằng hạn hán tại Quảng Nam diễn biến phức tạp và tập trung chủ yếu vào mùa khô từ tháng 2 đến tháng 8. Trong 19 năm theo dõi, có 11 năm xuất hiện hạn hán nghiêm trọng, trong đó tháng 2 và tháng 4 ghi nhận chỉ số K cao nhất với lượng mưa tháng dưới 30 mm. Dữ liệu viễn thám MODIS cho thấy diện tích rừng chiếm ưu thế trên 60% tổng diện tích tự nhiên nhưng đã suy giảm 8,34% trong giai đoạn 2003–2013 trước khi phục hồi nhẹ vào năm 2018, trong khi đất nông nghiệp chiếm 5,23% và có xu hướng mở rộng nhẹ thêm 0,83%.

Thứ hai, hạn hán nhân tạo gây suy giảm mạnh Carbon sinh khối vi sinh vật (MBC). Khi độ ẩm đất bị rút cạn từ mức tối ưu 60% WHC xuống mức hạn hán 10% WHC, giá trị MBC giảm rõ rệt ở cả hai loại đất, đạt mức 1019,2 ug/g ở đất rừng và 972,4 ug/g ở đất trồng dứa. Ngược lại, điều kiện ủ ẩm ổn định 60% WHC kích thích vi sinh vật phát triển mạnh mẽ, làm tăng MBC đáng kể so với thời điểm ban đầu.

Thứ ba, Nitơ sinh khối vi sinh vật (MBN) ở đất rừng cao vượt trội so với đất trồng dứa ở tất cả các nghiệm thức xử lý ẩm (chênh lệch từ 2 đến 5 lần, p < 0,05). Tỷ lệ MBN/TN ở đất rừng đạt 0,0073%, cao gấp hơn 5 lần so với mức 0,0014% ở đất trồng dứa. Tỷ số C:N ở cả hai loại đất dao động quanh mức xấp xỉ 7:1, phản ánh tiềm năng phân giải chất hữu cơ cao khi gặp độ ẩm thích hợp.

Thứ tư, cường độ hô hấp cơ bản của đất bị ức chế nghiêm trọng bởi điều kiện hạn hán. Khi độ ẩm duy trì ở 10% WHC, lượng CO2 phát thải trong 48 giờ giảm từ 29,5 đến 35,2 mg CO2/kg đất so với nghiệm thức đủ ẩm 60% WHC. Đáng chú ý, tỷ lệ MBC:MBN ở cả hai loại đất đều đạt giá trị cao trên 20, cho thấy sự thống trị của quần thể vi nấm chịu hạn so với vi khuẩn trong điều kiện thiếu nước.

Thảo luận kết quả

Sự sụt giảm sâu của MBC và hô hấp vi sinh vật trong điều kiện ẩm 10% WHC bắt nguồn từ cơ chế vật lý và sinh học: khi các vi mao quản trong đất mất nước, màng nước liên kết bị đứt gãy khiến cơ chất hữu cơ không thể khuếch tán đến tế bào vi sinh vật, buộc chúng phải đóng băng hoạt động hoặc chết đi. Xu hướng hô hấp tăng nhẹ trở lại sau 24 giờ ủ hạn được lý giải bởi sự tồn tại của hệ sợi nấm (fungal hyphae) có khả năng vươn dài kết nối các nguồn tài nguyên rời rạc trong đất khô.

Sự khác biệt rõ rệt về MBN giữa đất rừng và đất trồng dứa phản ánh tác động tiêu cực của hoạt động canh tác nông nghiệp. Đất rừng duy trì tầng thảm mục giàu chất hữu cơ, tạo môi trường đệm vững chắc bảo vệ vi sinh vật. Ngược lại, đất trồng dứa bị xáo trộn tầng mặt do cày xới, kết hợp việc bón nhiều phân đạm khoáng vô cơ dạng amôn (NH4+) đã làm gia tăng quá trình nitrat hóa sinh ion H+, dẫn đến hiện tượng chua hóa đất (pH đất dứa thấp hơn đất rừng rõ rệt, p < 0,05) và làm rửa trôi các cation kiềm trao đổi.

Các kết quả nghiên cứu được minh chứng trực quan thông qua các dạng đồ thị và bảng biểu chuẩn hóa:

• Biểu đồ cột so sánh biến động MBC và MBN giữa 3 nghiệm thức độ ẩm (Ban đầu 60% WHC, Ủ đối chứng 60% WHC, Ủ hạn 10% WHC).
• Đồ thị đường thể hiện động thái phát thải CO2 tích lũy theo thời gian đo 6h, 18h và 24h.
• Đồ thị phân tán thể hiện mối tương quan nghịch có ý nghĩa thống kê giữa chỉ số MBN và cường độ hô hấp của đất rừng ở mức ẩm 10% WHC (hệ số tương quan Pearson r = -0,73, p < 0,05).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của hạn hán và suy thoái chất lượng đất do chuyển đổi mục đích sử dụng, bốn nhóm giải pháp hành động được đề xuất:

1. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng thích ứng hạn hán cục bộ: Ủy ban nhân dân huyện Đại Lộc phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Nam rà soát, chuyển đổi dứt điểm 100% diện tích đất trồng lúa bấp bênh nước tưới (khoảng hơn 3.000 ha) sang các mô hình cây trồng cạn có giá trị kinh tế và nhu cầu nước thấp trong giai đoạn 2021–2025.
2. Áp dụng kỹ thuật che phủ hữu cơ và canh tác nông lâm kết hợp: Các hợp tác xã và hộ nông dân canh tác dứa tại vùng đồi dốc cần duy trì lớp tàn dư thực vật sau thu hoạch hoặc sử dụng màng phủ sinh học đạt độ che phủ tối thiểu 70% diện tích bề mặt. Kỹ thuật này giúp giảm 30–40% lượng nước bốc hơi mặt đất, giữ ẩm cho tầng rễ và nâng tỷ lệ MBC/SOC lên trên mức 0,06% trước năm 2026.
3. Cải tạo độ chua và tối ưu hóa quản lý dinh dưỡng đất: Trạm Khuyến nông địa phương hướng dẫn người dân cắt giảm 25–30% lượng phân đạm hóa học gốc amôn, thay thế bằng 5–10 tấn phân hữu cơ vi sinh/ha/năm kết hợp bón vôi nông nghiệp định kỳ. Mục tiêu nâng độ pH đất canh tác từ dưới 4,5 lên mức tối ưu 5,5–6,0 trong lộ trình 2022–2025.
4. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo hạn sớm dựa trên ảnh viễn thám: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Nam chủ trì tích hợp dữ liệu chỉ số hạn K và ảnh vệ tinh MODIS độ phân giải cao để lập bản đồ cảnh báo nguy cơ hạn hán theo thời gian thực (tần suất cập nhật 1 tháng/lần trong mùa khô từ tháng 2 đến tháng 8 hàng năm), giảm thiểu thiệt hại cây trồng tối thiểu 20% vào năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị ứng dụng và học thuật thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

1. Cán bộ quản lý ngành nông nghiệp và tài nguyên môi trường: Sử dụng bản đồ biến động lớp phủ và phân tích chỉ số hạn K 20 năm để hoạch định chính sách phân vùng sử dụng đất, lập kế hoạch phân bổ nguồn nước tưới hợp lý tại các địa bàn thường xuyên chịu hạn như miền Trung.
2. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tiếp cận khung phương pháp thực nghiệm chuẩn hóa quốc tế về định lượng MBC, MBN qua phương pháp CFE và kỹ thuật đo hô hấp vi sinh vật bằng bình bẫy kiềm, làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu sinh thái học đất.
3. Kỹ sư nông nghiệp và chủ trang trại canh tác cây ăn quả: Áp dụng các chỉ số sinh hóa đất (tỷ lệ MBC:MBN, MBN:TN) làm công cụ chẩn đoán nhanh độ phì nhiêu và sức khỏe đất, từ đó điều chỉnh chế độ tưới duy trì ẩm độ đất trên 60% WHC và kỹ thuật bón phân hữu cơ cân đối.
4. Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan phát triển quốc tế: Khai thác bộ số liệu thực chứng để thiết kế các dự án phục hồi đất suy thoái, xây dựng mô hình sinh kế nông nghiệp bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hạn hán lại làm suy giảm mạnh sinh khối vi sinh vật (MBC) trong đất?
Hạn hán làm độ ẩm đất tụt xuống mức 10% WHC, gây co nguyên sinh và phá vỡ cấu trúc màng tế bào của các vi sinh vật nhạy cảm. Đồng thời, sự thiếu hụt các màng nước liên kết trong mao quản đất ngăn cản sự vận chuyển cơ chất dinh dưỡng, khiến phần lớn vi sinh vật ngừng hô hấp hoặc bước vào trạng thái ngủ sinh lý.

Đất rừng tự nhiên và đất trồng dứa tại Đại Lộc khác nhau như thế nào về mặt sinh hóa?
Đất rừng duy trì độ ẩm tự nhiên cao hơn, độ chua thấp hơn và sở hữu lượng Nitơ sinh khối (MBN) cao gấp 2 đến 5 lần so với đất trồng dứa. Hoạt động cày xới và bón phân đạm vô cơ liên tục trên đất dứa đã thúc đẩy quá trình chua hóa đất và làm thất thoát nghiêm trọng nguồn chất hữu cơ dự trữ.

Ý nghĩa của tỷ số MBC:MBN cao trên 20 trong kết quả nghiên cứu là gì?
Tỷ số MBC:MBN phản ánh cơ cấu quần xã vi sinh vật. Tỷ số lớn hơn 20 chứng minh nấm chiếm ưu thế áp đảo so với vi khuẩn trong cả hai loại đất. Nấm có hệ sợi phát triển giúp hút nước và khoáng chất ở khoảng cách xa, tạo khả năng chống chịu và duy trì hoạt tính sinh học tốt hơn dưới áp lực khô hạn kéo dài.

Phương pháp xông hơi khử trùng Chloroform (CFE) có ưu điểm gì trong đánh giá MBC và MBN?
Phương pháp CFE sử dụng hơi Chloroform để phá hủy màng tế bào vi sinh vật trong 24 giờ, sau đó chiết tách Carbon và Nitơ hòa tan bằng dung dịch K2SO4 0,5M. Phương pháp này cho kết quả định lượng sinh khối tổng số nhanh chóng, chính xác và có độ lặp lại cao hơn so với các kỹ thuật đếm khuẩn lạc truyền thống.

Kết quả nghiên cứu giúp ích gì cho công tác điều tiết mùa vụ tại địa phương?
Nghiên cứu chỉ ra đỉnh điểm hạn hán rơi vào tháng 2 và tháng 4, trùng với giai đoạn sinh trưởng nhạy cảm của cây trồng vụ Đông Xuân. Chính quyền và nông dân có thể chủ động chuyển dịch lịch thời vụ hoặc áp dụng tưới tiết kiệm, phủ bổi giữ ẩm nhằm duy trì độ ẩm đất trên 60% WHC trong các tháng cao điểm này.

Kết luận

• Đã xác lập bức tranh tổng thể về diễn biến hạn hán 20 năm (2000–2019) tại Quảng Nam với 11 năm hạn nặng, đồng thời ghi nhận sự biến động diện tích đất rừng giảm 8,34% và đất nông nghiệp tăng nhẹ.
• Chứng minh thực nghiệm mức ẩm hạn hán 10% WHC làm suy giảm mạnh Carbon sinh khối vi sinh vật (xuống mức dưới 1020 ug/g) và ức chế 29,5–35,2 mg CO2/kg phát thải hô hấp cơ bản của đất.
• Xác nhận đất rừng tự nhiên có khả năng bảo tồn Nitơ sinh khối (MBN) và tỷ lệ khoáng hóa Nitơ (MBN/TN = 0,0073%) vượt trội hoàn toàn so với đất trồng dứa chuyên canh.
• Chỉ ra ưu thế sinh tồn tuyệt đối của quần thể vi nấm chịu hạn trong đất với tỷ số MBC:MBN luôn duy trì ở mức cao trên 20.
• Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ gồm chuyển đổi cơ cấu cây trồng, che phủ tàn dư hữu cơ và kiểm soát bón phân đạm khoáng để phục hồi độ phì đất.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm liên ngành đầu tiên về phản ứng sinh hóa của đất trước stress hạn hán tại vùng duyên hải miền Trung. Trong giai đoạn 2025–2027, các nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng phân tích thành phần loài vi sinh vật bằng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới (NGS). Các cấp chính quyền và cộng đồng canh tác cần nhanh chóng đưa các giải pháp nông nghiệp sinh thái vào thực tiễn để bảo vệ tài nguyên đất và đảm bảo sinh kế bền vững trước thách thức biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI VIETNAM JAPAN UNIVERSITY BUI HANH MAI SOIL BIOCHEMICAL PROPERTY RESPONSE TO DROUGHT EFFECTS UNDER LAND-USE CHANGE IN THE CONTEXT OF CLIMATE CHANGE MASTER’S THESIS LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI VIETNAM JAPAN UNIVERSITY BUI HANH MAI SOIL BIOCHEMICAL PROPERTY RESPONSE TO DROUGHT EFFECTS UNDER LAND-USE CHANGE IN THE CONTEXT OF CLIMATE CHANGE MAJOR: CLIMATE CHANGE AND DEVELOPMENT CODE: 8900201.02QTD RESEARCH SUPERVISOR: Dr. HOANG THI THU DUYEN Hanoi, 2020 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] PLEDGE I assure that this thesis is the result of my own research and has not been published. The use of results of other research and other documents must comply with regulations. The citations and references to documents, books, research papers, and websites must be in the list of references of the thesis.

Author of the thesis Bui Hanh Mai LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TABLE OF CONTENT LIST OF TABLES. i LIST OF FIGURES. ii LIST OF ABBREVIATIONS. iv CHAPTER 1: INTRODUCTION .1 Background and motivation of the study .3 Drought in the world .4 Drought in Vietnam .5 Impact of drought and land use change on soil properties .1 Impacts of drought on soil microbial activities and biochemical properties .2 Impacts of land use change on soil microbial activities and biochemical properties .6 Objects and scope of the research .7 Research questions and hypothesis .2 Remote sensing data .2 Methods of identifying and calculating drought indicators.3 Soil sampling and processing .5 Determination of MBC and MBN .6 Identification of microbial basal respiration.

25 CHAPTER 3: RESULTS AND DISCUSSION .1 Land use and land cover maps .2 Drought progress characteristic .3 Basic soil properties. 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Land use and land cover maps .2 Drought progress characteristics .3 Soil properties and microbial activities. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS .2 Recommendations for future research. 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF TABLES Table 2.

Land cover types description. Classification used for K indices. Methodologies to analyze soil physic-chemical properties. The basic properties of forest soil and pineapple soil.

30 i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF FIGURES Figure 1. Drought concept relevant to climate change. Drought releases ecological and socio-economic impacts. Average monthly sunshine hours (2000 - 2019) in Quang Nam.

Average monthly temperature (2000 - 2019) in Quang Nam. Average monthly precipitation (2000 - 2019) in Quang Nam. Average monthly evaporation (2000 - 2019) in Quang Nam. Soil sampling locations at Phiem Ai Village, Dai Nghia Commune, Dai Loc District, Quang Nam Province.

Experiment setup for drought condition. Design experiment to analyze soil respiration. Land-use and land cover maps in Quang Nam (2003 – 2018). The total area of each type of land use and land cover in Quang Nam 2003 – 2018.

Drought frequency month during 2000 – 2019. K indices of mean drought months in dry season. K indices of drought months during dry season (2000 – 2019). MBC of forest soil and pineapple soil.

MBN of forest soil and pineapple soil. MBC:MBN ratio of two soil types and three treatments. The ratios of MBC to SOC and MBN to TN of both soils. The microbial basal respiration in the difference soil moistures of both soil.

The amount of CO2 after three periods incubators at three treatments. The correlation between MBN and soil respiration of forest soil in incubated with 10% WHC. 36 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LIST OF ABBREVIATIONS ANOVA One-way analysis of variance C Carbon ENSO El Nino Southern Oscillation Gt Gigaton IMHEN Institute of Meteorology, Hydrology and Climate Change IPCC International Panel on Climate Change MBC Microbial biomass carbon MBN Microbial biomass nitrogen MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer N Nitrogen SOC Soil organic carbon SOM Soil organic matter TC Total carbon TN Total nitrogen WHC Water holding capacity iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ACKNOWLEDGMENT To complete this thesis, I would like to express my sincere thanks to the lecturers and staff of Program of Climate Change and Development, Vietnam Japan University, Vietnam National University, Hanoi, and other lecturers and students of Soil Sciences Department of Vietnam National University of who guided and facilitated me to complete my thesis on time. I would like to express my deepest and most sincere thanks to my supervisor - Dr.

Hoang Thi Thu Duyen, advisor - Dr. Kotera Akihiko, Prof. Phan Van Tan and Dr. Nguyen Van Quang - Lecturers of Climate Change and Development program, Vietnam Japan University, VNU for their dedication and valuable comments on thesis.

In addition, the research has also received support and help from leaders and staff of Quang Nam Crop Production and Plant Protection Subdepartment and Department of Agriculture and Rural Development Dai Loc District so that I could collect information related to the thesis. Last but not least, the author also appreciates financial support of VNU project (code QG. 1086/QĐ-ĐHQGHN), without this support the implementation is impossible. Finally, I would like to dedicate this thesis to my parents and friends as a gesture of my thanks for their constant support and belief in me.

iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Background and motivation of the study Climate change is a natural process but it is boosted by anthropogenic activities (IPCC, 2012) and the rapid increases in CO2 concentrations over the last few centuries, which leads to a series of unpredictable weather events. Drought/severe drought is one of the consequences of climate change, which is projected to increase unprecedentedly in prone areas (IPCC, 2019). The world temperature is supposed to increase over 1.5 to 2 oC in the period of 2081 to 2100 (Collins et al. Each increase of atmospheric temperature results in 7% increase of atmospheric moisture holding capacity (Sun et al.

Therefore, precipitation becomes more condensed, and hence, prolonged dry season over a year. In drought-sensitive areas, such as the Mediterranean, north-eastern Asia, West Asia, many regions of South America and the majority of Africa (IPCC, 2019), global warming exacerbates drought severity by accelerating evaporation, enhancing shortage of soil moisture (Figure 1. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Drought concept relevant to climate change.

Drought releases ecological and socio-economic impacts (Wilhite, 2000) Excessive extraction of surface and underground water under drought context for agricultural production will proceed desertification in cultivated areas. As a consequence, land-use change occurs in response to the high demand for expanded cropland due to population growth, and the reduction of soil moisture and quality. During 1990 – 2005, 13 million hectares forest destroyed per year (FAO, 2006) to convert from forest land to cropland, which reduces soil C sequestration and a rapid biomass C loss, releasing up to 180 – 200 Pg (pentagrams) C emissions in the last two centuries (Ramesh et al. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Land-use change, as well as drought, have an impact on the biochemical properties of the soil.

Increasing frequency, intensity and timing of drought is predicted to lead to reduce the functions of microorganism, which is essential of ecosystem sustainability (McHugh et al. Moreover, the structure of the soil microorganisms is greatly influenced by land use, land cover, and agricultural activities. Those factors impact on SOM and lead to regulating the microbial structure appropriately (Moon et al., 2016; Bissett et al. Thus, it could impact on soil microbial biomass and the usage C efficiency of microorganism (Bauhus et al.

Terrestrial plants are the main sources of soil organic matter (SOM) which retains moisture in different soil horizons. However, during 20 years (1980 – 2000), more than 80% of newly cultivated land came from the intact and disturbed forests (Gibbs et al. Land conversion from forest to cultivated land reduces SOM content, leading to a decline in soil moisture content and lowering resistance and resilience capacity of the terrestrial ecosystem to drought impacts (de Vries et al. This land-use change also triggers potential drought events as the soil is over- exploited for intensive agricultural production, which causes exhaustion in soil nutrients, bio-balance and hence soil WHC.

In tropical dry land ecosystems, studies in land-use change under drought are still restricted when compared with the total coverage of wet ecosystems around the world (Ramesh et al. Therefore, the study “Soil biochemical property response to drought effects under the land-use change in the context of climate change” is conducted in Quang Nam, Vietnam to elucidate the relationship between abiotic factor (soil moisture) and biotic factor (microbial biomass and activity). During the period 1999 – 2018, Vietnam ranks 6th among 10 countries most affected by the extreme weather events in the table of Long-term Climate 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Risk Indices (CRI) (Eckstein et al., 2019), especially the increase of drought frequency causes negative impacts on the production activities of local people. Quang Nam, where is located in the South Central region with diverse terrain conditions and harsh climate, severely impacted by drought.

Due to drought in the Southern sub-regions and South Central are highly sensitive to ENSO (Le et al. According to the People's Committee of Quang Nam province (2010) and IMHEN (2009), the prolonged drought damaged, 4,841/44,500 hectares of summer-autumn rice in plain districts; 660 hectares of rice were lost due to saline intrusion. In addition, there are over 3,000 hectares of rice that cannot be sown due to aridity, along with 5,000 hectares of crops lacking irrigation water and nearly 5,000 people suffer from water shortages in the midland and mountainous districts of Quang Nam. From the beginning of the Summer-Autumn season in 2019, the weather was abnormal and the hot and sunny situation happened continuously and lasted for many days.

The storage capacity in many irrigation and hydropower reservoirs is only about 20 – 60% of the designed capacity, lower than the average many years. Many small reservoirs have dried up (EVN, 2019). This study was conducted to provide a general overview of the biochemical and microbiological activity of two different land-use types, namely forest and pineapple land in Quang Nam, under drought conditions. The findings will provide stakeholders in Quang Nam with scientific background for adaptation strategy to climate change while maintaining soil health.

Moreover, in order to mitigate the effect of climate change, the identification of management practices and appropriate land-use in each location is one of the necessary methods. Thus, this study performs with three main objectives: 1. To define areas under drought impacts in Quang Nam in recent years. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

To demonstrate the effect of drought on microbial activities including microbial biomass C and N (MBC and MBN) and microbial community composition in different land-use. To evaluate nutrient mineralization under drought impacts in different land-use.2 Research framework Thesis is built around three main research objectives and follows an interdisciplinary approach using remote sensing, field methods, laboratory methods, and comprehensive analysis of collected data (Figure 1. The three main factors (drought, land-use change, soil microorganism activities) are closely intertwined. The first objective uses MODIS data, field-survey and drought indicess to estimate the change of land-use, especially forest land and cropland, as a basis for drought area, frequency, and severity drought identification.

The second and third objective involves laboratory methods to estimate microbial biomass and microbial respiration based on a commonly- applied approach used in global studies and their interaction with the changing of climate in Quang Nam. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Climate change - Precipitation - Temperature - Wind Physical properties Bulk density Drought Soil texture Biological properties MBN and MBC Chemical properties pH Land-use Soil respiration Total Carbon change Total Nitrogen Impact Solutions Interaction Figure 1.3 Drought in the world As mention above, drought directly affects agriculture.